DE3910676C2 - Luftmassenstrom-Meßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftmassenstrom-Meßeinrichtung mit einem von einem Luftstrom, insbesondere bei einer Verbrennungskraftmaschine, in Querrichtung an­ geströmten ohmschen Luftmassenstrommesser in Form eines als Dünnschicht- oder Heißfilmsensor ausgebildeten, elektrisch definiert beheizbaren Meßwiderstands mit temperaturabhängigem Widerstandswert, mit einer elektrischen Versorgungsquelle hierfür und mit einer Auswerteschaltung zum Bestimmen des momentanen Luft­ massenstroms aus einer elektrischen Betriebskenngröße im Zusammenhang mit der elektrischen Beheizung des Meßwiderstands, Luftmassenstrommesser, insbesondere solche für Verbrennungskraft­ maschinen, arbeiten vielfach nach dem Prinzip, daß bei einem dem Luftstrom ausgesetzten beheizten Meßelement der abgeführte Wärme­ strom proportional dem Luftmassenstrom ist. Dabei unterliegt das beheizte Meßelement, wie ein Hitzdraht, ein Dünnschicht- oder Heißfilmsensor, ein Platinmeßchip oder dergleichen, Verschmutzungseinflüssen, wie einem Ölnebel, einem Flammen­ rückschlag, einer Staubablagerung, einer Erosion, einer Deforma­ tion und dergleichen mehr. Diese Einflüsse führen dazu, daß bei dem Luftmassenstrommesser im betrieb gegenüber seinem Neuzustand erhebliche Fehler auftreten. Es sind bereits verschiedene Vor­ schläge gemacht worden, um diese Fehler zu vermeiden.

In der DE-OS 27 50 050 wird ein zyklisches Abbrennen von Ver­ schmutzungsablagerungen durch Überhitzung des Meßwiderstandes vor­ geschlagen. Gemäß der DE-OS 35 15 206 soll die Verschmutzung eines Heizsensors durch ein stromauf angeordnetes Einfangelement für Schmutzpartikel vermieden werden. Mit der DE-OS 28 27 766 wird vorgeschlagen, auf der der Strömung zugewandten Seite eines Heiz­ sensors eine wärmeisolierende Schicht vorzusehen, damit der sonst die Wärmeableitungsverhältnisse verändernde Einfluß einer Ver­ schmutzung vermieden bzw. so reduziert wird, daß er nicht mehr maßgeblich in Erscheinung tritt. Und schließlich wird gemäß der DE-PS 27 51 196 vorgeschlagen, einen Meßwiderstand nur an solchen Stellen eines Trägers vorzusehen, die weniger verschmutzungsge­ fährdet sind, während an den verschmutzungsgefährdeten Stellen ein Heizwiderstand für den Träger vorgesehen wird.

Die Praxis hat gezeigt, daß derartige Maßnahmen beim betrieblichen Einsatz, insbesondere bei Luftmassenstrommessern im Ansaugsystem von Verbrennungskraftmaschinen, die Probleme der Einflüsse infolge von Verschmutzungserscheinungen nur unbefriedi­ gend und zeitweise lösen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der genannten Art so auszubilden, daß sich auf einfache Weise betriebsbedingte Meßfehler infolge von Ablagerungen sicher vermei­ den lassen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine Luftmassenstrom-Meßeinrich­ tung der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs genannten Merkmale aus, nämlich durch zumindest zwei Teilabschnitte einer mäanderförmigen Widerstandsbahn als Meßwiderstand, die Teilwiderstände bilden und in Luftströmungsrichtung so hintereinander angeordnet sind, daß im wesentlichen nur der vordere Teilwiderstand einer Luftverschmutzung ausgesetzt ist, Meßmittel zum Bestimmen der bei definierter elektrischer Beaufschla­ gung und fehlendem Luftstrom an den Teilwiderständen jeweils auftretenden Teilspannungen und/oder Teilströme, und eine Auswerteeinheit, die mit den so be­ stimmten Teilspannungen und/oder Teilströmen einen Istwert-Sollwert-Vergleich zum Bestimmen einer verschmutzungsbedingten Meßabweichung vornimmt und eine Luft­ strommeßkorrektur durchführt, wobei der in Strömungsrichtung hintere Teilwiderstand der Widerstandsbahn beim Istwert-Sollwert-Vergleich als Bezugsmittel zum Reprä­ sentieren des verschmutzungsfreien Neuzustands des Luftmassenstrommessers dient.

Demgemäß wird über eine erfaßte Meßabweichung eine Luftstrommeßkorrektur dann durchgeführt, wenn der Luftstrommesser im Laufe seines Betriebseinsatzes irgend­ welchen verschmutzungsbedingten Änderungen unterworfen ist. Somit können ohne körperliche oder sonstige Manipulationen am Meßwiderstand die auftretenden Meß­ fehler vollständig ausgeglichen werden. Dabei repräsentiert der hintere Teilwider­ stand der Widerstandsbahn stets den Neustand des Luftmassenstrommessers.

Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 2 besteht die Möglichkeit zu wiederholter Bestimmung von Meßkenngrößen und deren Einbeziehung in die Auswertung.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 ermöglicht auf einfache Weise ein Auswerten der Teilspannungen an den Teilwiderständen. Im Vergleich zu einer Parallelschaltung derselben ist eine Reihenschaltung meßtechnisch einfacher. Dies gilt insbesondere auch in Verbindung mit der Weiterbildung nach Anspruch 4, da dann die Teilspannun­ gen und die jeweiligen Betriebskenngrößen an dem in Reihe geschalteten Wider­ stand spannungsmäßig leicht erfaßbar und auswertbar sind.

Die verschiedenen Spannungen oder sonstigen Meßwerte können gemäß der Wei­ terbildung nach Anspruch 5 über einen Meßstellenumschalter einer einzigen Auswer­ teeinheit zugeführt werden, wodurch sich geringere Gerätekosten ergeben.

Die Weiterbildungen nach Ansprüchen 6 und 7 ermöglichen in Verbindung mit einer Analog/Digital-Wandlung ein besonders einfaches, schnelles, preiswertes und ge­ naues Auswerten sowie Korrigieren.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem in einer Figur zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel einer Luftmassenstrom-Meßeinrichtung näher erläutert.

Gemäß der Figur ist ein Luftmassenstrommesser 26 in Form einer mäan­ derförmig aufgebauten ohmschen Widerstandsbahn 28 ausgebildet, de­ ren zwei Teilwiderstände 30, 32 elektrisch in Reihe geschaltet sind und in bezug auf die Luftströmungsrichtung A hintereinander angeordnet sind. Die Widerstandsbahn 28 hat einen Mittelabgriff 34 und liegt in Reihe zu einem Widerstand 38 an einer elektrischen Versorgungsquelle 36, beispielsweise einer Speisebrücke. Die Teil­ spannungen an den Teilwiderständen 30, 32 werden mittels Opera­ tionsverstärkern 40, 42 erfaßt und dann zusammen mit der Meßspan­ nung am Widerstand 38 einem steuerbaren Meßstellenumschalter 44 zugeführt. Dieser ist über einen ausgangsseitigen Analog/Digital- Wandler 46 mit einer digital arbeitenden Auswerteeinheit 48 verbun­ den. Diese besitzt einen Istwert-Sollwert-Vergleicher 50, ein Kenn­ linien-Korrekturmittel 52, einen Steuergenerator 54 und einen Mikroprozessor 56. Der letztere steuert den gesamten Betriebsab­ lauf der Auswerteeinheit 48, und der Steuergenerator 54 sorgt für eine bedarfsgerechte Umschaltung des Meßstellenumschalters 44. An den Ausgang des Kennlinien-Korrekturmittels 52 bzw. der Auswerte­ einheit 48 ist ein Ausgabeglied 58 für den jeweiligen Luftmassen­ strom angeschlossen.

Beim normalen Betrieb sorgt der Meßstellenumschalter 44 für ein Erfassen der Meßspannung am Widerstand 38. Diese Meßspannung ist in bekannter Weise von der Größe des Luftstroms in Pfeilrich­ tung A abhängig und somit ein Maß für den Luftmassenstrom. Nach erfolgter Analog/Digital-Wandlung wird die Meßspannung in der Aus­ werteeinheit 48 mit Hilfe einer Kennlinie oder dergleichen so um­ gesetzt, daß in dem Ausgabeglied 58 der entsprechende Luftmassen­ strom angezeigt wird. Es wird in bestimmten Betriebszuständen bei fehlen­ dem Luftstrom - und bei definierter Beheizung des Luftmassenstrom­ messers - der Meßstellenumschalter 44 aufeinanderfolgend so umge­ schaltet, daß die Teilspannungen an den Teilwiderständen 30, 32 erfaßt und nach Analog/Digital-Wandlung im Istwert-Sollwert-Ver­ gleicher 50 miteinander verglichen werden. Dadurch ergibt sich eine Meßkenngröße, die sofort als Meßabweichung behandelt werden kann, sofern vorausgesetzt werden kann, daß der in Strömungsrich­ tung hintere Teilwiderstand 32 gegenüber dem Neuzustand unverän­ dert ist, also keine Schmutzablagerung aufweist. Er­ forderlichenfalls kann die Meßkenngröße auch noch mit einer früher erfaßten Meßkenngröße verglichen werden, um eine zuverlässigere Meßabweichung zu erhalten. Die Meßkenngröße bzw. Meßabweichung sorgt im Kennlinien-Korrekturmittel 52 beispielsweise für eine Verschiebung einer Kennlinie. Die neue Kennlinie ist dann für den näch­ sten Meßvorgang gespeichert.

Der Luftmassenstrommesser 26 kann in unterschiedlicher Weise elektrisch beheizt werden, beispielsweise in einer Reihen­ schaltung oder in einer Meßbrücke. Die Beheizungs- und Meßvorgänge können analog oder auch digital, das heißt getaktet, erfolgen. Der Luftmassenstrommesser kann weitgehend beliebig aufgebaut sein und hat im Fall der Ausführungsform die Besonderheit, daß er zwei unterschiedliche Widerstandsbereiche hat, von denen nur einer verschmutzungsgefährdet ist, so daß der andere als Be­ zugswiderstand für den Neuzustand benutzt werden kann. Die Korrektur und Auswertung können mit Hilfe einer Kennlinie oder eines Kennfeldes erfolgen, lassen sich jedoch auch beispielsweise rein digital durch Rechenvorgänge be­ werkstelligen.

Claims (7)

1. Luftmassenstrom-Meßeinrichtung mit einem von einem Luftstrom, insbesonde­ re bei einer Verbrennungskraftmaschine, in Querrichtung angeströmten ohm­ schen Luftmassenstrommesser in Form eines als Dünnschicht- oder Heißfilm­ sensor ausgebildeten, elektrisch definiert beheizbaren Meßwiderstands mit temperaturabhängigem Widerstandswert, mit einer elektrischen Versorgungs­ quelle hierfür und mit einer Auswerteschaltung zum Bestimmen des momenta­ nen Luftmassenstroms aus einer elektrischen Betriebskenngröße im Zusam­ menhang mit der elektrischen Beheizung des Meßwiderstands, gekennzeichnet durch
zumindest zwei Teilabschnitte einer mäanderförmigen Widerstandsbahn (28) als Meßwiderstand, die Teilwiderstände (30, 32) bilden und in Luftströmungs­ richtung so hintereinander angeordnet sind, daß im wesentlichen nur der vorde­ re Teilwiderstand (30) einer Luftverschmutzung ausgesetzt ist,
Meßmittel (40, 42) zum Bestimmen der bei definierter elektrischer Beaufschla­ gung und fehlendem Luftstrom an den Teilwiderständen jeweils auftretenden Teilspannungen und/oder Teilströme, und
eine Auswerteeinheit (48), die mit den so bestimmten Teilspannungen und/oder Teilströmen einen Istwert-Sollwert-Vergleich zum Bestimmen einer verschmut­ zungsbedingten Meßabweichung vornimmt und eine Luftstrommeßkorrektur durchführt, wobei der in Strömungsrichtung hintere Teilwiderstand (32) der Wi­ derstandsbahn (28) beim Istwert-Sollwert-Vergleich als Bezugsmittel zum Re­ präsentieren des verschmutzungsfreien Neuzustands des Luftmassenstrom­ messers (26) dient.

2. Luftmassenstrom-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Speichermittel zur Speicherung der Teilspannungen und/oder Teilströme von in zeitlichen Abständen bei fehlendem oder definiertem Luftstrom durchgeführten Messungen, wobei die Auswerteeinheit diese Meßergebnisse in die Luftstrom­ meßkorrektur einbezieht.

3. Luftmassenstrom-Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung von zwei Teilwiderständen (30, 32) und durch Ver­ gleichen der daran anstehenden Teilspannungen beim Istwert-Sollwert- Vergleich.

4. Luftmassenstrom-Meßeinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ei­ nen zur Widerstandsbahn (28) aus den zwei Teilwiderständen (30, 32) in Reihe geschalteten Widerstand (38).

5. Luftmassenstrom-Meßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen steuerbaren Meßstellenumschalter (44), der eine abwechselnde Messung und Weitergabe der einzelnen Teilspannungen an die Auswerteein­ heit (48) erlaubt.

6. Luftmassenstrom-Meßeinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ei­ nen dem Meßstellenumschalter (44) nachgeschalteten Analog/Digital-Wandler (46) und durch eine diesem nachgeschalteten digitale Auswerteeinheit (48).

7. Luftmassenstrom-Meßeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (48) mit einem digitalen Istwert-Sollwert-Vergleicher (50), mit einem hiervon beeinflußten digitalen Kennlinien- oder sonstigen Korrekturmittel (52), mit einem digitalen Steuergenerator (54) zum Steuern des Meßstellenum­ schalters (44) und mit einem digitalen Mikroprozessor (56) zum Koordinieren der Funktionsabläufe der Auswerteeinheit.