DE4004552C2

DE4004552C2 - Signalverarbeitungsverfahren für einen thermischen Durchflußsensor

Info

Publication number: DE4004552C2
Application number: DE4004552A
Authority: DE
Inventors: Yukinobu Nishimura; Nobutake Taniguchi; Setsuhiro Shimomura; Kouji Tanimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1994-07-07
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: US5301126A; KR900013295A; KR930004080B1; DE4004552A1; US5301126C1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Signalverarbeitungsverfahren für einen thermischen Durchflußsensor zum Detektieren eines Fluid-Durchflusses, und insbesondere ein Signalverarbeitungsverfahren, das die Ansprech-Charakteristik verbessert, wenn sich der Durchfluß ändert.

Das Buch von H. Strickert, Hitzdraht- und Hitzfilmanemometrie, VEB Verlag Technik Berlin 1974, behandelt allgemeine Grundlagen bezüglich der Meßtechnik mit Hitzdraht- und Hitzfilmanemometern.

Die US 46 69 301 beschreibt ein Verfahren zum Messen der Durchflußrate eines Mediums, das durch ein Rohr fließt. Das bekannte Verfahren verwendet einen Durchflußsensor, der gegenüber der Richtung des fließenden Mediums unempfindlich ist. Eine periodische Ausgangssignalcharakteristik des Durchflußmeters wird gewichtet, um das Auftreten von Richtungsänderungen des fließenden Mediums zu bestimmen, um schließlich den tatsächlichen Durchfluß auch z. B. bei pulsierendem Luftfluß bestimmen zu können. Die Kompensation eines Detektionsfehlers, verursacht durch einen Wärmeträgheitseffekt eines Trägersubstrats, wird nicht behandelt.

In der DE 35 35 642 A1 ist eine Einrichtung zur Korrektur von Meßwerten beschrieben, bei der jeder zum Einsatz kommende Meßwertaufnehmer mit einem elektrischen Bauelement gekoppelt ist, dessen elektrische Kenngröße selbsttätig von einem Mikroprozessorsystem ermittelt wird. Anhand dieser Kenngröße kann der Mikroprozessor den eingesetzten Meßwertaufnehmer identifizieren und die richtigen Korrekturwerte an das Rechenprogramm übergeben. Ein thermischer Durchflußsensor oder irgendein anderer Durchflußabnehmer werden in diesem Dokument nicht genannt.

Die US 45 76 039 beschreibt eine bekannte Vorrichtung zur Durchflußdetektion der angesaugten Luft in einem Ansaugrohr eines Motors. Der bekannte Luftflußdetektionssensor verwendet einen Tragrahmen, auf dem eine Heizleitung und weiter flußabwärts eine Widerstandsleitung angeordnet sind, wobei sich eine verzögerte Antwort in Abhängigkeit von der Änderung des Durchflusses ergibt, wenn Wärme von der Heizleitung zur Widerstandsleitung durch den Luftfluß übertragen wird.

In der EP 02 18 232 A1 wird ein Hitzedrahtluftflußmeter beschrieben, wobei der Hitzdraht samt Träger einen speziellen Aufbau hat, um das Einschwingverhalten bei einer plötzlichen Änderung des Luftflusses zu verbessern.

Es ist somit bekannt einen thermischen Durchflußsensor für Luft zum Detektieren des Durchflusses der Ansaugluft in einem Verbrennungsmotor einzusetzen. Ein typisches Beispiel für diesen Typ von Durchflußsensor ist ein Luftdurchflußsensor mit Heizdraht, der einen elektrischen Strom steuert, der durch einen Platindraht geschickt wird, um die Temperatur des Platindrahts festzulegen, der in einem Luftansaugkanal angeordnet ist, und der ein Luftdurchflußsignal gemäß dem Wert des elektrischen Stromes empfängt. Zudem hat als billiger Luftdurchflußsensor vom Heizdrahttyp ein thermischer Luftdurchflußsensor großes Interesse erregt, bei dem Platin auf einer Aluminiumoxidsubstanz oder einem Aluminiumoxidfilm als Ersatz für einen Platindraht abgeschieden ist.

Bei diesem thermischen Luftdurchflußsensor ist es bekannt, daß, wenn der zu messende Luftdurchfluß sich ändert, aufgrund der Wärmeleitung und Wärmespeicherung im Trägerteil die Ausgangsantwort so verzögert wird, daß Fehler in seiner Detektionscharakteristik erzeugt werden. Dabei gibt es in einem Luftdurchflußsensor vom Heizdrahttyp, bei dem ein Platindraht gerade gespannt in einem Luftansaugkanal verläuft, nur einen vergleichsweise geringen Effekt, der durch das Trägerteil verursacht wird. Jedoch gibt es bei einem Luftdurchflußsensor vom Heizdrahttyp, bei dem ein Platindraht auf eine keramische Spule gewickelt ist, und bei einem Luftdurchflußsensor vom thermischen Typ, bei dem Platin auf einem Aluminiumoxidsubstrat oder Aluminiumoxidfilm, wie oben beschrieben, abgeschieden ist, einen beachtlich großen Effekt der Wärmeleitung und der Wärmespeicherung auf der Keramik oder dem Film, die als Trägerteil vorgesehen sind.

Fig. 1 stellt diesen bekannten Typ von thermischen Luftdurchflußsensor dar, bei dem ein rohrförmiges Gehäuse 11 vorgesehen ist, das auch als Kanal für die fließende Luft eingesetzt wird, wobei die Richtung der fließenden Luft durch den Pfeil angegeben ist. R_H gibt den Widerstand mit Temperaturabhängigkeit zum Detektieren des Luftflusses an, der durch Aufdrucken oder Abscheiden von Platin in einer Mäanderform auf einem Aluminiumoxidsubstrat 14 (Fig. 2) ausgebildet und dann getrimmt wird, und in einem Luftkanal mit anderen Widerständen R_K und R_M angeordnet ist. Die Widerstände R_K, R_M, R_H, R₁ und R₂ in bekannter Brückenschaltungsanordnung bilden eine Detektionseinheit des Widerstandswerts und eine geschlossene Schleife mit einem Differenzverstärker 12, so daß R_H auf festgelegte Temperatur oder festgelegten Widerstandswert geregelt wird. Dazu wird der elektrische Strom, der durch R_H geschickt wird, in Übereinstimmung mit dem Luftdurchfluß eingestellt und eine Ausgangsspannung 13 kann gemäß dem Produkt aus dem Wert des elektrischen Stromes und des Widerstandswertes von R_M erhalten werden.

Als nächstes wird die Antwortverzögerung in solch einem Luftdurchflußsensor 1 vom thermischen Typ beschrieben, wenn sich der Luftdurchfluß ändert. Fig. 3 ist eine Darstellung der Antwort eines Luftdurchflußsensor-Signals, wenn sich der Luftdurchfluß stufenartig ändert. Die Antwortcharakteristik ist im wesentlichen gleich zu der Kurve, die einen Knickpunkt bei A hat. In der Figur gibt die Abszisse die abgelaufene Zeit nach der schnellen Änderung des Luftdurchflusses an. Die Ordinate gibt die Änderung des Luftdurchflußsignals bezogen auf die Signaldifferenz zwischen dem stationären Signal vor und nach der Änderung an. Die Zeitverzögerung bis zum Punkt A wird im wesentlichen durch die Verzögerung der thermischen Antwort des Platinwiderstandes R_H und durch die Antwort der Schaltung verursacht. Die Wertabweichung vom neuen stationären Endwert beim Punkt A und die Zeit, bis der Wert vom Punkt A aus den Endwert erreicht, werden hauptsächlich durch die Wärmeleitung und Wärmespeicherung des Aluminiumoxidsubstrats 14 verursacht, das das Trägerteil des Platinwiderstands R_H ist. Fig. 4 ist eine Darstellung, die eine Temperaturverteilung im Aluminiumoxidsubstrat 14 im zuvor erwähnten Betrieb zeigt, wobei die Horizontalachse der Länge des Aluminiumoxidsubstrats 14 mit dem Platinwiderstand R_H darauf entspricht. Die Temperatur um den Platinwiderstand R_H herum (0 bis 2 mm) ist aufgrund dessen Temperaturregelung festgelegt, was durch die zuvor erwähnte Schaltung bewirkt wird. Anschließend (2 bis 14 mm) wird Wärme, die in dem Platinwiderstand R_H erzeugt wird, in die Luft abgegeben, über das Aluminiumoxidsubstrat 14 abgeleitet und in dem Aluminiumoxidsubstrat 14 gespeichert. Um diesen Wärmeverlust zu kompensieren, regelt die geschlossene Schleife den elektrischen Strom durch den Platinwiderstand R_H. Damit ergibt sich für das Ausgangssignal des Luftdurchflußsensors 1, daß es von der Wärmeleitung und der Wärmespeicherung im Aluminiumdioxidsubstrat 14 abhängt. Es kann jedoch eine Charakteristik in dem Zustand erhalten werden, in dem die Wärmebilanz des Aluminiumoxidsubstrats 14 im Gleichgewicht ist, also eine genaue Durchflußcharakteristik in einem stationären Zustand. Andererseits, wenn sich der Luftdurchfluß ändert, kann dieses thermische Gleichgewicht, wie zuvor beschrieben, nicht aufrechterhalten werden, und die Durchflußcharakteristik wird unzutreffend. In Fig. 4 gibt eine Kurve l1 die Temperaturverteilung an, wenn ein geringer Luftdurchfluß vorhanden ist, und entsprechend gibt eine Kurve l2 an, wenn ein großer Luftdurchfluß vorhanden ist. In der Figur liegt die Kurve l2 unterhalb der Kurve l1, da der Kühleffekt des Aluminiumoxidsubstrats 14 vom Luftdurchfluß abhängt. Wenn sich der Luftdurchfluß stufenartig von einem geringen Durchfluß zu einem großen Durchfluß ändert, entspricht die Temperaturverteilung schließlich der Kurve l2. Unmittelbar nach der Änderung entspricht der Luftdurchfluß schon der Kurve l2, die Temperaturverteilung verläuft jedoch noch gemäß der Kurve l1, und der dem Platinwiderstand R_H zugeführte Strom, d. h. das Ausgangssignal des Luftdurchflußsensors 1 vom thermischen Typ wird kleiner als der zutreffende Wert. Genauer gesagt, wenn irgendeine Änderung des Luftdurchflusses auftritt, wird ein anfänglicher Durchflußfehler entsprechend dem Unterschied zwischen der Temperaturverteilung gemäß dem Luftdurchfluß vor der Änderung und der Temperaturverteilung gemäß dem Luftdurchfluß nach der Änderung erzeugt. Der Grad des anfänglichen Durchflußfehlers und seine Dauer im thermischen Luftdurchflußsensor 1, wie er in Fig. 1 gezeigt wird, hängt wesentlich von der Wärmeleitung und der Wärmespeicherung des Aluminiumoxidsubstrats 14 ab, das das Trägerteil ist. Sogar bei einem Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, bei dem die Geometrie des Platinwiderstands R_H und der Dicke des Aluminiumoxidsubstrats 14 in Hinblick auf eine praktisch verwendbare Zuverlässigkeit und Lebensdauer hergestellt wird, ist dennoch ein anfänglicher Durchflußfehler von maximal 30% und von ungefähr 500 ms Dauer vorhanden, und es ist sehr schwierig, diese Antwortverzögerung beim Steuern der Kraftstoffzufuhr des Verbrennungsmotors zuzulassen.

Um diese oben beschriebenen Nachteile auszuräumen, ist, wie z. B. in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 63-134 919 gezeigt wird, ein Verfahren zum Verbessern der Antwortcharakteristik auf eine Luftdurchflußänderung in einem thermischen Luftdurchflußsensor durch Auslegen seiner Konstruktion bekannt. Der so bekannte thermische Luftdurchflußsensor weist jedoch Probleme auf, die darin bestehen, daß sein Aufbau zu kompliziert ist, um einfach hergestellt werden zu können, oder daß seine Herstellungskosten zu hoch sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obenstehenden Probleme zu lösen, und insbesondere ein Signalverarbeitungsverfahren anzugeben, mit dem ein Fehler bei der Durchflußdetektion eines Fluids kompensiert werden kann, der durch die thermische Antwortverzögerung des zur Detektion verwendeten, thermischen Durchflußsensors mit einem Widerstand mit Temperaturabhängigkeit und einem Trägerteil verursacht wird.

Diese Aufgabe wird durch das Signalverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Demnach wird bei dem erfindungsgemäßen Signalverarbeitungsverfahren für einen thermischen Durchflußsensor, um den Durchfluß eines Fluids zu erfassen, mit einem temperaturabhängigen Widerstand und einem Trägerteil für den temperaturabhängigen Widerstand,

- in vorgegebenen Zeitintervallen fortlaufend ein vom Wert des temperaturabhängigen Widerstands abhängiges Ausgangssignal gemessen,
- diesem Ausgangssignal jeweils entsprechend fortlaufend ein Durchflußwert Q_i gemäß der Durchflußcharakteristik für stationäre Durchflußbedingungen zugeordnet,
- einer vorgegebenen Tabelle anhand des so erhaltenen Durchflußwertes Q_i ein Betriebswert CQ_max,i entnommen, der das Temperaturverhalten des Trägerteils durchflußabhängig charakterisiert, wobei die Tabelle den Zusammenhang zwischen den Betriebswerten CQ_max,i und den Durchflußwerten Q_i für den Fall stationärer Durchflußbedingungen angibt,
- ein Rechenwert CQ_i bestimmt, wobei CQ_i gleich CQ_max,i gesetzt wird, falls CQ_max,i=CQ_i-1,
CQ_i gegenüber CQ_i-1 abgesenkt wird, falls CQ_max,i<CQ_i-1, und
CQ_i gegenüber CQ_i-1 erhöht wird, falls CQ_max,i<CQ_i-1,so daß der Rechenwert CQ_i näher an den Betriebswert CQ_max,i angenähert ist, und
- eine Kompensation des jeweiligen Durchflußwertes Q_i mit einem Kompensationsfaktor auf der Grundlage der Differenz von dem Rechenwert CQ_i und dem Betriebswert CQ_max,i vorgenommen.

Durch die Kompensation des jeweiligen Durchflußwertes Q_i mit einem Kompensationsfaktor kann die thermische Antwortverzögerung des Durchflußsensors kompensiert werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2 bis 9 zu entnehmen.

Der Kompensationsfaktor kann eine Maximalgrenze und eine Minimalgrenze haben, um eine Überkompensation zu verhindern und eine Messung des Durchflusses mit hoher Genauigkeit sicherzustellen.

Die Kompensation kann durch Multiplizieren des berechneten Kompensationsfaktors mit dem detektierten Durchflußwert Q_i ausgeführt werden. Dadurch können Unzulänglichkeiten, die durch einen stoßweisen Durchfluß verursacht werden, verhindert werden.

Weitere Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das einen thermischen Luftdurchflußsensor zeigt;

Fig. 2 einen Widerstand R_H auf einem Substrat;

Fig. 3 eine Darstellung der Änderung des Luftdurchfluß- Signals, wenn der Luftdurchfluß stufenartig geändert wird;

Fig. 4 eine Darstellung zweier Temperaturverteilungen im Substrat;

Fig. 5 eine Darstellung einer grundlegenden Anordnung eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors;

Fig. 6 ein Blockdiagramm zu einer Signalverarbeitungseinheit des Kraftstoffeinspritzsystems;

Fig. 7 ein Flußdiagramm zum Signalverarbeitungsverfahren nach dem Patentanspruch 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 einen Kurvenverlauf, der die Beziehung zwischen einem Betriebswert CQ_max und dem Durchfluß angibt;

Fig. 9 ein Flußdiagramm zur Berechnung eines Rechenwertes CQ;

Fig. 10 einen Kurvenverlauf, der eine Änderung des Betriebswertes CQ_max und des Rechenwertes CQ angibt, wenn sich der Luftdurchfluß rapide ändert;

Fig. 11 ein Flußdiagramm zu einem Signalverarbeitungsverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 12 ein Flußdiagramm zur Berechnung des Rechenwertes CQ in dem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 einen Kurvenverlauf, der die Änderung des Betriebswertes CQ_max und des Rechenwertes CQ angibt, wenn sich der Luftdurchfluß rapide in dem zweiten Ausführungsbeispiel ändert;

Fig. 14 ein Flußdiagramm zu einem Signalverarbeitungsverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 15 ein Flußdiagramm zur Berechnung des Rechenwertes CQ in dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 16 einen Kurvenverlauf, der eine Änderung des Betriebswertes CQ_max und des Rechenwertes CQ angibt, wenn sich der Luftdurchfluß rapide in dem dritten Ausführungsbeispiel ändert;

Fig. 17 ein Flußdiagramm zu einem Signalverarbeitungsverfahren gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;

Fig. 18 ein Flußdigramm zur Berechnung des Rechenwertes CQ in dem vierten Ausführungsbeispiel;

Fig. 19 einen Kurvenverlauf, der eine Änderung des Betriebswerts CQ_max und des Rechenwerts CQ angibt, wenn sich der Luftdurchfluß rapide in dem vierten Ausführungsbeispiel ändert;

Fig. 20 ein Flußdiagramm zu einem Signalverarbeitungsverfahren gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 21 ein Flußdiagramm zur Berechnung des Rechenwertes CQ in dem fünften Ausführungsbeispiel;

Fig. 22 einen Kurvenverlauf, der die Änderung des Betriebswertes CQ_max und des Rechenwertes CQ angibt, wenn sich der Luftdurchfluß rapide in dem fünften Ausführungsbeispiel ändert;

Fig. 23 einen Kurvenverlauf zur Beziehung zwischen dem angesaugten Luftdurchfluß und dem Druck in dem Saugrohr;

Fig. 24 ein Zeitdiagramm, daß die Beziehung zwischen dem Durchfluß, dem Betriebswert CQ_max dem Rechenwert CQ und einem Durchflußkompensationswert angibt, wenn ein stoßweiser Durchfluß auftritt.

Im nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele für ein Signalverarbeitungsverfahren für einen thermischen Durchflußsensor gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei wird ein Signalverarbeitungsverfahren für einen thermischen Durchflußsensor beschrieben, der in einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Motors eingesetzt wird. Gemäß Fig. 5 wird ein thermischer Luftdurchflußsensor 1 nach Fig. 1 eingesetzt, und dieser Luftdurchflußsensor ist in einer Position etwas innerhalb einer Luftansaugöffnung eines Luftansaugkanals 2 untergebracht. Die Luft, die in den Luftansaugkanal 2 hinein angesaugt wird, wird über ein Drosselventil 3 angesaugt, das auf der Abflußseite des thermischen Luftdurchflußsensors 1 vorgesehen ist, so daß der Durchfluß der angesaugten Luft eingestellt werden kann. Dann wird die Luft jedem Zylinder über einen Druckausgleichsbehälter 4 zum Dämpfen eines stoßweisen Durchflusses der angesaugten Luft, der auf der Abflußseite des Drosselventils 3 vorgesehen ist, und über einen Ansaugverteiler 5 zum Verteilen der angesaugten Luft zugeführt. Ein Einspritzer 7 zum Einspritzen von Kraftstoff ist auf dem Ansaugverteiler 5 jedes Zylinders befestigt. Ein Kurbelwellenwinkelsensor 8 zum Detektieren einer Drehposition der Kurbelwelle ist an einem Verteiler vorgesehen, der auf einer Nockenwelle (nicht gezeigt) des Motors 6 montiert ist. Ein Luftdurchflußsignal des Luftdurchflußsensors 1 und ein Motorgeschwindigkeitssignal des Kurbelwellenwinkelsensors 8 werden einer Signalverarbeitungseinheit 9 zugeführt, wo in Antwort auf diese und weitere Signale von verschiedenen Sensoren ein Kompensationsbetrieb durchgeführt wird, um die Einspritzimpulsweite oder Einspritzimpulsdauer des Einspritzers 7 zu steuern. Wie in Fig. 6 gezeigt wird, weist die Signalverarbeitungseinheit 9 einen Analog-Digital-Wandler 91 zum Wandeln eines Ausgangsspannungssignals des thermischen Luftdurchflußsensors 1 in ein Digitalsignal auf, eine digitale Schnittstelle 92 zum Wellenglätten eines Ausgangssignals des Kurbelwellenwinkelsensors 8, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 93 zur Verarbeitung der Signale der Elemente 91 und 92, einen ROM 94, in dem ein Programm und Daten wie CQ_max (=CQ_max,i), die weiter unten erläutert werden, gespeichert sind, einen RAM 95 zum kurzzeitigen Speichern von Daten, wie CQ (=CQ_i), die weiter unten erläutert werden, und eine Treiberschaltung 96 zum Erzeugen eines Ausgangssignals. Das grundlegende Verfahren der Verarbeitung besteht darin, daß ein Kompensationsbetrieb für den Luftdurchfluß, wie weiter unten stehend beschrieben wird, mittels des A/D-gewandelten Wertes des Luftdurchflußsensors 1 und des Motorgeschwindigkeitsignals des Kurbelwellenwinkelsensors 8 durchgeführt wird. Dann wird in Antwort auf diese Signale und Betriebswerte die Kraftstoffeinspritzimpulsweite mittels eines bekannten Verfahrens berechnet, um den Einspritzer 7 durch die Treiberschaltung 96 zu steuern.

Der thermische Luftdurchflußsensor 1, der in diesem Kraftstoffeinspritzsystem eingesetzt wird, weist, wie oben beschrieben, notwendigerweise eine Antwortverzögerung aufgrund der Wärmeleitung und der Wärmespeicherungscharakteristik seines Aluminiumoxidsubstrats (Trägerteil) 14 auf, und deshalb ist es notwendig, eine Verarbeitung vorzusehen, die sein Antwortverhalten verbessert.

Im nachfolgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel für das Signalverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 7 bis 10 beschrieben.

Zuerst wird die Ausgangsspannung des Luftdurchflußsensors 1 gemessen, die in einem vorgegebenen Zyklus A/D-gewandelt wird, und der Durchfluß entsprechend der Durchflußcharakteristik zugeordnet. Beim Schritt 101, wenn ein Unterbrechungssignal des Kurbelwellenwinkelsensors 8 zugeführt wird (bei einem Vierzylindermotor alle 30 ms bei einer Umdrehungszahl von 1000 Umdrehungen pro Minute), wird der Luftdurchfluß Q_a (=Q_i) zwischen Motorgeschwindigkeitssignalen berechnet. Dann werden beim Schritt 102 aus einer Tabelle, die im voraus gesetzt worden ist, Daten CQ_max (=CQ_max,i) für den durchschnittlichen Luftdurchfluß Q_a (=Q_i) entnommen, die gelten, wenn der Luftdurchflußsensor 1 in einem stationären Zustand (Fall stationärer Durchflußbedingungen) ist, d. h. in einem thermischen Gleichgewichtszustand. Wenn der Luftdurchflußmeßbereich, wie er in einem Verbrennungsmotor vorkommt, innerhalb einiger g/sec bis zu einigen 100 g/sec liegt, enthält die Tabelle Werte CQ_max=0,3 in dem unteren Durchflußbereich und CQ_max=0 ab dem mittlerem Durchflußbereich nach Fig. 8. Wenn der Luftdurchfluß Q_a (=Q_i) ansteigt, zeigt die Tabelle einen abnehmenden Wert in dem unteren bis zu mittleren Durchflußbereich.

Der Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i) bezieht sich auf die Temperaturcharakteristik des Aluminiumoxidsubstrats 14, die sich entsprechend dem Luftdurchfluß Q_a (=Q_i) ändert.

Dann liest der RAM 95 beim Schritt 103 einen Rechenwert CQ(=CQ_i), der von einem Verarbeitungsprogramm, das in Fig. 9 gezeigt wird, berechnet worden ist. Dieser Rechenwert CQ(=CQ_i) ist mit dem nächsten Programmablauf verknüpft. Anders ausgedrückt, wenn ein Zeitunterbrechungssignal zugeführt wird, das z. B. auf 100 ms beim Schritt 301 festgelegt wird, wird festgestellt, ob der neue Wert CQ_max (=CQ_max,i), der dem Luftdurchfluß Q_a (=Q_i) entspricht, gleich einem vorhergehenden Rechenwert (CQ_i-1) entspricht oder nicht, und wenn beide Werte miteinander gleich sind, wird angenommen, daß der Luftdurchfluß in dem Gleichgewichtszustand ist. Der Wert CQ_max (=CQ_max,i) wird dann als Rechenwert CQ (=CQ_i) festgehalten. Andererseits, wenn diese Werte nicht gleich zueinander beim Schritt 302 sind, wird festgestellt, ob der Wert CQ (=CQ_i-1) größer ist als der erste Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i) oder nicht, und wenn der Wert CQ (=CQ_i-1) größer ist, wird ein vorgebener Wert ΔC von dem Wert CQ (=CQ_i-1) beim Schritt 303 subtrahiert, und wenn der Wert CQ (=CQ_i-1) kleiner ist, wird der vorgegebene Wert ΔC dem Wert CQ (=CQ_i-1) beim Schritt 304 hinzuaddiert. Wie oben beschrieben, wird somit die Verarbeitung so durchgeführt, daß der Rechenwert CQ (=CQ_i) mehr an den Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i) angenähert ist. Dann kann der Rechenwert CQ (=CQ_i) entsprechend der Größer-Kleiner-Beziehung bezüglich des Betriebswertes CQ_max (=CQ_max,i) in dem RAM 95 gespeichert werden.

Beim Schritt 104 in Fig. 7 wird ein Kompensationsfaktor C aus dem Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i) und dem Rechenwert CQ (=CQ_i) berechnet, und bei einem Schritt 105 wird durch Multiplizieren dieses Kompensationsfaktors C mit dem durchschnittlichen Luftdurchfluß Q_a (=Q_i) der kompensierte Luftdurchfluß Q_a* (=Q_i*) berechnet.

Fig. 10 ist ein Zeitdiagramm, das den Fall zeigt, wo sich der Luftdurchfluß in diesem Luftdurchflußsensor 1 rapide erhöht oder erniedrigt, wobei bei einer Zeit t0 das Drosselventil 3 rapide geöffnet und der geöffnete Zustand (großer Durchflußzustand) beibehalten wird, und dann zu einem Zeitpunkt t3 das Drosselventil 3 in den geschlossenen Zustand gebracht wird. Die ausgezogene Linie in Fig. 10(a) gibt die Änderung des tatsächlichen Ansaugluftdurchflusses Q an und die unterbrochene Linie gibt die Änderungen des nicht kompensierten Ansaugluftdurchfluß-Signals Q_a an (vgl. die Ausführungen zu Fig. 3). Die Zeit, die zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 vergeht, variiert in einem Bereich von einigen 100 ms bis zu einer sec, die beachtlich länger ist, verglichen mit den 50 msec, die zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1 vergehen. In Antwort auf den Ausgang Q_a (=Q_i) des Luftdurchflußsensors 1 ändert sich der entnommene Betirebswert CQ_max (=CQ_max,i), wie mit der unterbrochenen Linie in Fig. 10(b) gezeigt wird, und entsprechend dem Ablauf nach Fig. 9 ändert sich auch der Rechenwert CQ (=CQ_i), wie mit der durchgezogenen Linie in Fig. 10(b) gezeigt wird.

Demzufolge variiert der Kompensationsfaktor C in Übereinstimmung mit der Abweichung des Betriebswertes CQ_max (=CQ_max,i) bezüglich des Rechenwertes CQ (=CQ_i), wie in Fig. 10(c) gezeigt wird, und indem dieser Kompensationsfaktor C mit dem Ausgang Q_a (=Q_i) des Luftdurchflußsensors 1 multipliziert wird, kann ein Signal erhalten werden, das das Ansaugluftdurchfluß- Signal Q_a* dem tatsächlichen Ansaugluftdurchfluß Q annähert.

Wie oben beschrieben, ist es so eingerichtet, daß der Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i), der für einen Gleichgewichtszustand des Luftdurchflußsensors 1 bestimmt wird, im voraus gespeichert ist, und dann der Rechenwert CQ (=CQ_i) gebildet wird, der sich in Übereinstimmung mit der Änderung des Betriebswerts CQ_max (=CQ_max,i) und der Größer-oder-Kleiner-Beziehung mit dem Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i) ergibt, während anhand dieser Werte der Kompensationsfaktor C berechnet und der Ausgang des Luftdurchflußsensors 1 durch Multiplikation damit kompensiert wird, wodurch thermische Effekte, die durch das Trägerteil verursacht werden, das den Widerstand mit Temperaturabhängigkeit trägt, eliminiert werden und die Antwortcharakteristik des Luftdurchflußsensors verbessert werden kann.

Im nachfolgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem ersten Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben worden ist, sind keine Grenzen für den Kompensationsfaktor C vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Maximalgrenze und eine Minimalgrenze vorgesehen, um eine Überkompensation zu vermeiden.

Im nachfolgenden wird ein Signalverarbeitungsverfahren, das dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht, mit Bezug auf die Fig. 11 bis 13 beschrieben. Darin entsprechen die Schritte 101 bis 104 und 301 bis 304 genau dem gleich bezeichneten Schritten in den Fig. 7 bis 10, so daß auf eine erneute Beschreibung verzichtet werden kann.

Beim Schritt 105 wird jedoch nunmehr festgestellt, ob der Kompensationsfaktor C größer ist als ein vorgegebener Maximalwert K_max oder nicht, und wenn er größer ist, wird der Kompensationsfaktor C auf den Maximalwert K_max beim Schritt 106 gesetzt. Andererseits wenn der Kompensationsfaktor C kleiner ist als der Maximalwert K_max, wird beim Schritt 107 festgestellt, ob der Kompensationsfaktor C kleiner ist als der Minimalwert K_min oder nicht, und wenn er kleiner ist, wird der Kompensationsfaktor C beim Schritt 108 auf den Minimalwert K_min gesetzt. Wie oben beschrieben ist der Kompensationsfaktor C auf den Wert zwischen dem Maximalwert K_max und dem Minimalwert K_min begrenzt, und, indem der Kompensationsfaktor C mit dem durchschnittlichen Luftdurchfluß Q_a (=Q_i) multipliziert wird, wird der wirkliche Luftdurchfluß Q_a* während dem Schritt 109 berechnet.

Fig. 13 ist ein Zeitdiagramm, das den Fall zeigt, wo der Luftdurchfluß rapide an dem Luftdurchflußsensor 1 erhöht oder erniedrigt wird, wobei bei einem Zeitpunkt t0 das Drosselventil 3 schnell geöffnet und sein Durchflußzustand (großer Durchflußzustand) beibehalten wird, und dann zum Zeitpunkt t3 das Drosselventil 3 schnell in den geschlossenen Zustand gebracht wird. Die ausgezogene Linie in Fig. 13(a) zeigt die Änderung des tatsächlichen Ansaugluftdurchflusses Q und die unterbrochene Linie zeigt die Änderung des nicht kompensierten Ansaugluftdurchfluß-Signals Q_a (=Q_i) (vgl. die Ausführungen zu Fig. 3).

Die Zeit, die vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 vergeht, liegt im Bereich von einigen 100 ms bis einer sec, was beträchtlich länger ist als die 50 ms, die zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1 vergehen. In Antwort auf den Ausgang Q_a (=Q_i) des Luftdurchflußsensors 1 ändert sich der Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i), wie mit der unterbrochenen Linie in Fig. 13(b) gezeigt wird, und in Übereinstimmung mit der Berechnung nach Fig. 12 ändert sich der Rechenwert CQ (=CQ_i) ebenfalls, wie mit der durchgezogenen Kurve in Fig. 13(b) gezeigt wird. Als Ergebnis ändert sich der Kompensationsfaktor C in Übereinstimmung mit der Abweichung des Betriebswertes CQ_max (=CQ_max,i) bezüglich des Rechenwertes CQ (=CQ_i), wie in Fig. 13(c) gezeigt wird, und durch Multiplizieren des Kompensationsfaktors C mit dem Ausgang Q_a (=CQ_i) des Luftdurchflußsensors 1 kann ein Signal erhalten werden, das das Ansaugluftdurchfluß- Signal Q_a* dem tatsächlichen Ansaugluftdurchfluß Q annähert.

Wenn ein solcher Kompensationsbetrieb, wie oben beschrieben, durchgeführt wird, kann der Fall auftreten, daß der Durchflußwert nach der Kompensation bedenklich groß wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch bei den Schritten 105 und 106 festgestellt, ob der Wert des Kompensationsfaktors C innerhalb des Maximalwerts K_max und des Minimalwerts K_min ist oder nicht, und wenn er nicht zwischen diesen Werten ist, wird der Kompensationsfaktor C auf den Maximalwert K_max oder den Minimalwert K_min festgesetzt, um eine Überkompensation zu verhindern.

Das zweite Ausführungsbeispiel ist so ausgelegt, daß der Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i) und der Rechenwert CQ (=CQ_i) zwischen 0,3 und 0 festgelegt sind, und daß der Kompensationsfaktor C durch die Formel (1+CQ-CQ_max) berechnet wird. Bei einer alternativen Ausführung kann jedoch ebenso vorgesehen werden, daß der Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i) und der Rechenwert CQ (=CQ_i) zwischen 30 und 0 festgelegt werden, und die Differenz (CQ-CQ_max) in diesem Wertebereich zum durchschnittlichen Luftdurchfluß Q_a (=Q_i), hinzuaddiert oder von ihm subtrahiert wird, was denselben Effekt erzeugen kann. Dann ist es nicht notwenig den Wert der Differenz (CQ-CQ_max) auf den vorgegebenen Maximalwert K_max und Minimalwert K_min zu begrenzen.

Als nächstes wird ein Signalverarbeitungsverfahren beschrieben, das ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, und zwar anhand der Fig. 14 bis 16, wobei hinsichtlich der Schritte 101 bis 103 und 301 bis 304 wiederum auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen werden kann.

Lediglich in den Schritten 303 und 304 können anstelle von ΔC (Fig. 9 und 12) unterschiedliche Werte ΔC_H und ΔC_L zur Subtraktion oder Addition Verwendung finden.

Als nächstes wird beim Schritt 104 nach Fig. 14 der Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i) mit dem Rechenwert CQ (=CQ_i) verglichen. Wenn der Rechenwert CQ (=CQ_i) größer ist, wird der Kompensationsfaktor C beim Schritt 105 berechnet. Wenn der Rechenwert CQ(=CQ_i) kleiner ist, wird der Kompensationsfaktor C auf Eins gesetzt. Beim Schritt 107 wird das kompensierte Luftdurchfluß- Signal Q_a* durch Multiplizieren des Kompensationsfaktors C mit dem durchschnittlichen Luftdurchfluß-Signal Q_a (=Q_i) berechnet.

Fig. 16 zeigt das entsprechende Zeitdiagramm in Analogie zu den Fig. 10 und 13.

Beim Kompensationsbetrieb wird grundsätzlich, wenn der Luftdurchfluß abnimmt, das Ausgangssignal des Luftdurchflußsensors 1 dem tatsächlichen Durchfluß angenähert. Dabei besteht jedoch die Möglichkeit, daß der kompensierte Wert kleiner sein kann als der tatsächliche Luftdurchfluß Q, und zwar wegen der Ungleichheit des Sensors 1 und aller Teile. In diesem Fall, ist die Kraftstoffzuführung gering und das Luft/Kraftstoffverhältnis wird mager. Insbesondere wenn ein Beschleunigen und ein Abbremsen wiederholt ausgeführt werden, erzeugt der dabei auftretende Fehler einen großen Effekt, bis zum Abwürgen des Motors. Daher wird beim Schritt 104, wenn der Durchfluß nach unten variiert, der Kompensationsfaktor C auf Eins gesetzt, so daß die Kompensation gehemmt wird, um eine Überkompensation des Betriebes zu verhindern.

Als Ergebnis der Hemmung der Kompensation wird mehr Kraftstoff zugeführt, was nur dazu führt, daß das Luft/Kraftstoffverhältnis mehr oder weniger angereichert ist, was kein wesentliches Problem erzeugt.

Im nachfolgenden wird ein Signalverarbeitungsverfahren gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die Fig. 17 bis 19 beschrieben, wobei hinsichtlich der Schritte 101 bis 103 und 301 bis 304 wiederum auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen werden kann.

Dann wird beim Schritt 104 in Fig. 17 der Absolutwert der Differenz zwischen dem Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i) und dem Rechenwert CQ (=CQ_i), die sogenannte Abweichung, berechnet, und es wird festgestellt, ob diese Abweichung, gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert K oder nicht. Wenn die Abweichung kleiner ist als der vorgegebene Wert K, wird das durchschnittliche Luftdurchfluß-Signal Q_a (=Q_i) am Ausgang des Luftdurchflußsensors 1 als kompensiertes Luftdurchfluß-Signal Q_a* festgehalten, und zwar beim Schritt 105. Wenn die Abweichung größer ist, wird der Kompensationsfaktor C beim Schritt 106 berechnet und das kompensierte Luftdurchfluß-Signal Q_a* wird durch Multiplizieren des Kompensationsfaktors C mit dem durchschnittlichen Luftdurchfluß Q_a (=Q_i) beim Schritt 107 berechnet.

Fig. 19 zeigt das entsprechende Zeitdiagramm in Analogie zu den Fig. 10, 13 und 16.

Wenn der Verbrennungsmotor in einem Zustand nahe einem stationären Zustand ist, bei dem der Ansaugluftdurchfluß vergleichsweise langsam variiert, besteht die Möglichkeit, daß ein stoßweiser Durchfluß entsteht, und in diesem Fall wird beim Kompensationsbetrieb die Änderung des Durchflußwertes nach der Kompensation möglicherweise so groß, daß das Signal, das den wirklichen Durchfluß angibt, instabil wird. Um dies zu vermeiden, wird in diesem Ausführungsbeispiel festgestellt, ob die Abweichung des Betriebswertes CQ_max (=CQ_max,i) von dem Rechenwert CQ (=CQ_i) größer ist als ein vorgegebener Wert K oder nicht, und wenn die Abweichung nicht größer ist, nämlich in dem sogenannten stoßweisen Zustand, wird angenommen, daß der Durchfluß stationär und der Kompensationsbetrieb zu hemmen ist. Ein solches Vorgehen ermöglicht es, eine Stabilisierung der Ausgangssignale zu realisieren.

Im nachfolgenden wird ein Signalverarbeitungsverfahren gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die Fig. 20 bis 24 beschrieben. Es entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 7 und 9) mit dem einzigen Unterschied, daß anstelle des durchschnittlichen Luftdurchflußsignals Q_a ein momentanes Luftdurchflußsignal Q tritt.

Fig. 22 zeigt das entsprechende Zeitdiagramm für den Fall, wo der Luftdurchfluß rapide ansteigt oder abfällt, und zwar an dem Luftdurchflußsensor 1, wobei beim Zeitpunkt t0 das Drosselventil 3 rapide geöffnet und der geöffnete Zustand (großer Durchflußzustand) beibehalten wird, und wobei dann beim Zeitpunkt t3 das Drosselventil 3 rapide in den geschlossenen Zustand gebracht wird. Die durchgezogene Linie in Fig. 22(a) gibt die Änderung des tatsächlichen Ansaugluftdurchflusses an, und die unterbrochene Linie gibt die Änderung des momentanen, nicht kompensierten Ansaugluftdurchfluß-Signals Q (=Q_i) an.

Bei einem Verbrennungsmotor mit einem Luftdurchflußsensor 1 besteht die Möglichkeit, daß, wenn ein stoßweiser Durchfluß im Ansaugluftdurchfluß durch ein Zurückblasen vom Verbrennungsmotor erzeugt wird und wenn die Drosselventilöffnung groß ist, ein Fehler zwischen dem stoßweisen Durchflußmittelwert und dem kompensierten Sensorausgangsmittelwert, wie in Fig. 24 gezeigt, vorliegt. Das liegt daran, daß die Zeitkonstante in der Temperaturverteilung am Aluminiumoxidsubstrat 14 des Luftdurchflußsensors 1 groß ist, verglichen mit der Frequenz des stoßweisen Durchflusses, die Zeitkonstante des Platinwiderstandes R_H jedoch sehr unterschiedlich, wenn er gekühlt wird und wenn er erhitzt wird. Als Ergebnis eines stoßweisen Durchflusses bei großer Ladung geht eine Linearität zwischen dem Druck in dem Saugrohr und dem Ansaugluftdurchfluß verloren, und es entstehen Fehler im Luft/Kraftstoffverhältnis und ein nachteiliger Effekt aufs Ausgangssignal. Um solche Nachteile zu vermeiden, die durch einen stoßweisen Luftdurchfluß, wie oben beschrieben, entstehen, wird vorgesehen, daß der Kompensationsbetrieb mit dem momentanen Ausgang des Luftdurchflußsensors 1 ausgeführt wird. Anders ausgedrückt werden, wie in Fig. 24 gezeigt, der Betriebswert CQ_max (=CQ_max,i) und der Rechenwert CQ (=CQ_i) bezüglich der Änderung des momentanen Luftdurchflusses Q (=Q_i) berechnet, ebenso der Kompensationsfaktor C. Durch Multiplizieren des Kompensationsfaktors C mit dem momentanen Luftdurchfluß-Signal Q (=Q_i), kann der wirkliche Luftdurchfluß Q* berechnet werden. Als Ergebnis bleibt die Linearität zwischen dem Druck im Saugrohr und dem kompensierten Ansaugluftdurchfluß-Signal erhalten und ein nachteiliger Effekt durch Fehler im Luft/Kraftstoffverhältnis kann verhindert werden.

Eine geeignete Ausführungsform kann auch als EGR-Durchflußsensor eines Verbrennungsmotors angewendet werden.

Claims

1. Signalverarbeitungsverfahren für einen thermischen Durchflußsensor, um den Durchfluß eines Fluids zu erfassen, mit einem temperaturabhängigen Widerstand und einem Trägerteil für den temperaturabhängigen Widerstand, bei dem

- in vorgegebenen Zeitintervallen fortlaufend ein vom Wert des temperaturabhängigen Widerstands abhängiges Ausgangssignal gemessen wird,
- diesem Ausgangssignal jeweils entsprechend fortlaufend ein Durchflußwert Q_i gemäß der Durchflußcharakteristik für stationäre Durchflußbedingungen zugeordnet wird,
- einer vorgegebenen Tabelle anhand des so erhaltenen Durchflußwertes Q_i ein Betriebswert CQ_max,i entnommen wird, der das Temperaturverhalten des Trägerteils durchflußabhängig charakterisiert, wobei die Tabelle den Zusammenhang zwischen den Betriebswerten CQ_max,i und den Durchflußwerten Q_i für den Fall stationärer Durchflußbedingungen angibt,
- ein Rechenwert CQ_i bestimmt wird, wobei CQ_i gleich CQ_max,i gesetzt wird, falls CQ_max,i=CQ_i-1,
CQ_i gegenüber CQ_i-1 abgesenkt wird, falls CQ_max,i<CQ_i-1, und
CQ_i gegenüber CQ_i-1 erhöht wird, falls CQ_max,i<CQ_i-1,so daß der Rechenwert CQ_i näher an den Betriebswert CQ_max,i angenähert ist, und
- eine Kompensation des jeweiligen Durchflußwertes Q_i mit einem Kompensationsfaktor auf der Grundlage der Differenz von dem Rechenwert CQ_i und dem Betriebswert CQ_max,i vorgenommen wird.

2. Signalverarbeitungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Anfangswert des Rechenwerts CQ_i gleich dem Betriebswert CQ_max,i gesetzt wird, wenn der Durchfluß des Fluids in einem stationären Zustand ist.

3. Signalverarbeitungsverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem bei der Bestimmung des Rechenwerts CQ_i um einen vorgegebenen Wert (ΔC; ΔC_L; ΔC_H) abgesenkt oder erhöht wird.

4. Signalverarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Kompensation durch Multiplizieren des berechneten Kompensationsfaktors mit dem detektierten Durchflußwert Q_i ausgeführt wird.

5. Signalverarbeitungsverfahren nach Anspruch 4, bei dem der Kompensationsfaktor eine Maximalgrenze und eine Minimalgrenze hat.

6. Signalverarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Kompensation nur ausgeführt wird, wenn der Durchflußwert Q_i ansteigt.

7. Signalverarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Kompensation nur ausgeführt wird, wenn die Differenz zwischen dem Betriebswert CQ_max,i und dem Rechenwert CQ_i größer ist als ein vorgegebener Wert (K).

8. Signalverarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Durchflußsensor den Ansaugluftdurchfluß in einem Verbrennungsmotor detektiert.

9. Signalverarbeitungsverfahren nach Anspruch 8, bei dem der Betriebswert CQ_max,i in Antwort auf ein Signal, das von der Rotation des Verbrennungsmotors abhängt, berechnet wird.