DE19542126A1

DE19542126A1 - Hot film air mass flow measurement sensor for IC engine

Info

Publication number: DE19542126A1
Application number: DE1995142126
Authority: DE
Inventors: Volker Hartmann; Bernhard Staar
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1995-11-11
Filing date: 1995-11-11
Publication date: 1997-05-15

Abstract

The sensor has a primary element (4) arranged in a measurement duct (3). It is provided with at least one resonator (5), branching off from the measurement duct. The primary element in the measurement duct is arranged in the main air duct with at least one resonator volume (5b) connected via a branch channel (5a) to the main duct. The resonator with its natural frequency, is tuned to the critical pulsation frequency in the suction section of the IC engine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Massenstromsensor, insbesondere einen Heiß film-Luftmassenmesser für eine Brennkraftmaschine, mit einem in einem Meßkanal angeordneten Meßfühler, wobei der Meßkanal in einem Haupt- Luftkanal angeordnet sein kann. Zum bekannten Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 43 24 040 A1 oder die EP 0 588 626 A2 verwie sen, ferner ist ein derartiger Massenstromsensor unter der Bezeichnung HFM 5 von der Robert Bosch GmbH in den neueren Vierzylinder-Brenn kraftmaschinen der Mercedes-Benz AG verbaut.The invention relates to a mass flow sensor, in particular a hot film air mass meter for an internal combustion engine, with one in one Measuring channel arranged sensor, the measuring channel in a main Air duct can be arranged. The known prior art For example, refer to DE 43 24 040 A1 or EP 0 588 626 A2 sen, such a mass flow sensor is also called HFM 5 from Robert Bosch GmbH in the newer four-cylinder burner Mercedes-Benz AG engines installed.

Derartige Massenstromsensoren bzw. Heißfilm-Luftmassenmesser sind im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingebaut, um die von der Brenn kraftmaschine angesaugte Luftmasse zu bestimmen. Üblicherweise wird da bei nur ein Bruchteil der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftma sse durch den Meßkanal des Massenstromsensors geleitet, wohingegen der größte Anteil der angesaugten Luftmasse durch einen zum Meßkanal paral lelen Haupt-Luftkanal zur Brennkraftmaschine hin geführt wird. Problema tisch hierbei ist, daß im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine keine kontinu ierliche Luftströmung vorliegt, sondern daß Pulsationen auftreten. Es liegt somit eine schwingende Luftsäule vor, was bei starken Pulsationsamplituden im Haupt-Luftkanal dazu führt, daß - in Abhängigkeit von der Einbaulage des Massenstromsensors bzw. Meßkanales bezüglich des Ansaugtraktes - auch im Meßkanal des Massenstromsensors selbst ein und dieselben Luftpartikel mehrmals am Meßfühler vorbeistreichen und somit mehrmals gemessen werden. Grundsätzlich ist der daraus resultierende Meßfehler auf elektroni schem Wege eliminierbar, wobei gleichzeitig der Meßkanal des Massen stromsensors auf seine Strömungsdynamik hin gezielt ausgelegt wird, um ein klar definiertes Vor- und Rückströmen im Bereich des Meßfühlers zu ge währleisten. Dabei ist jedoch der Meßfühler nur bis zu einer bestimmten Pulsationsfrequenz in der Lage, Vor- und Rückströmungen voneinander zu unterscheiden. Pulsationen mit extrem hohen Pulsationsfrequenzen können aufgrund der Trägheit des Meßfühlers - üblicherweise handelt es sich um ein Thermoelement, das eine sog. thermische Trägheit besitzt - nicht erkannt werden, so daß dann Fehlmessungen die Folge sind. Besonders problema tisch in diesem Zusammenhang ist die Tatsache, daß die Pulsationsfrequen zen in den Kanälen abhängig sind von der aktuellen Schallgeschwindigkeit und somit von der aktuellen Temperatur des zu messenden Luftmassen stromes. Somit ist es auch nicht möglich, auf elektronischem Wege die eben geschilderten Meßfehler zu eliminieren.Such mass flow sensors or hot film air mass meters are in Intake tract of an internal combustion engine installed to the of the Brenn to determine the intake air mass of the engine. Usually there is with only a fraction of the air quantity drawn in by the internal combustion engine passed through the measuring channel of the mass flow sensor, whereas the The largest proportion of the air mass sucked in parallel to the measuring channel lelen main air duct is led to the internal combustion engine. Problema table here is that in the intake tract of an internal combustion engine no continuous air flow is present, but pulsations occur. It lies thus a vibrating column of air in front of what with strong pulsation amplitudes in the main air duct causes - depending on the installation position of the Mass flow sensor or measuring channel with respect to the intake tract - too one and the same air particles in the measuring channel of the mass flow sensor itself Swipe past the sensor several times and therefore measure several times will. Basically, the resulting measurement error is electronic pathways can be eliminated, at the same time the measuring channel of the masses Current sensor is specifically designed for its flow dynamics a clearly defined flow in and out in the area of the sensor guarantee. However, the sensor is only up to a certain one Pulsation frequency able to flow in and out of each other differentiate. Pulsations with extremely high pulsation frequencies can due to the inertia of the sensor - it is usually a Thermocouple that has a so-called thermal inertia - not recognized so that incorrect measurements are the result. Particularly problematic table in this context is the fact that the pulsation frequencies zen in the channels depend on the current speed of sound and thus from the current temperature of the air mass to be measured current. It is therefore not possible to use the electronic means to eliminate the measurement errors described.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für die eben geschilderte Problematik Abhilfemaßnahmen aufzuzeigen.The object of the invention is therefore for the problems just described Show remedial measures.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale der unab hängigen Patentansprüche 1 oder 2 vorgesehen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. To solve this problem, the characteristic features of the unab pending claims 1 or 2 provided. Advantageous training and Further training is the content of the subclaims.

Erfindungsgemäß ist im Bereich des Meßkanales des Massenstromsensors ein Resonator vorgesehen, der die kritischen, da nicht mehr meßbaren Pulsationen im Bereich des Meßkanal-Meßfühlers auslöscht. Bevorzugt ist der Resonator hierzu mit seiner Eigenfrequenz auf diese kritische Pulsa tionsfrequenz im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine abgestimmt, bei wel cher die unzulässig hohen Pulsationsamplituden auftreten. Der Resonator baut somit Gegen-Pulsationen bzw. phasenverschobene Pulsations schwingungen auf, was im Ergebnis zu zumindest deutlich reduzierten Pulsationen im Bereich des Meßfühlers führt. Dabei kann der Resonator di rekt vom Meßkanal abzweigen oder auch nur im Bereich desselben ange ordnet sein, d. h. er kann im Bereich des Meßkanales vom Haupt-Luftkanal selbst abzweigen.According to the invention, the mass flow sensor is in the region of the measuring channel a resonator is provided, which is critical because it can no longer be measured It eliminates pulsations in the area of the measuring channel sensor. Is preferred the resonator with its natural frequency for this critical pulsa tion frequency in the intake tract of the internal combustion engine, at wel The impermissibly high pulsation amplitudes occur. The resonator thus builds counter-pulsations or phase-shifted pulsations vibrations, which resulted in at least significantly reduced results Pulsations in the area of the sensor leads. The resonator di branch off directly from the measuring channel or only in the area of the same be ordered, d. H. it can be in the area of the measuring duct from the main air duct branch off yourself.

Dies sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zeigen auch die im folgenden beschriebenen, lediglich abstrakt dargestellten Prinzipskizzen dreier bevorzugter Ausführungsbeispiele. Dabei zeigt Fig. 1 eine Anordnung mit einem vom Haupt-Luftkanal abzweigenden Resonator, während in den Fig. 2, 3 die Resonatoren vom eigentlichen Meßkanal abzweigen.This and other features and advantages of the invention are also shown in the basic sketches of three preferred exemplary embodiments described below, which are only shown in abstract form. Here, FIG. 1 shows an arrangement with a branching off from the main air channel resonator as in FIGS. 2, 3 branch off the resonators from the actual measurement channel.

In Fig. 1 ist ein kleiner Ausschnitt aus einem Ansaugtrakt einer Brennkraft maschine dargestellt. Gezeigt ist ein Haupt-Luftkanal 1, durch den gemäß Pfeilrichtung einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine ein Luftmassenstrom zugeführt wird. In diesen Haupt-Luftkanal ragt ein Meßelementträger 2 hin ein, der Bestandteil eines ansonsten nicht näher dargestellten Massen stromsensors/Heißfilm-Luftmassenmessers ist. Im Meßelement-Träger 2 ist ein hier mehrfach gekrümmt verlaufender Meßkanal 3 vorgesehen. Innerhalb dieses Meßkanales 3 wiederum ist der eigentliche Meßfühler 4 angeordnet. In Fig. 1 a small section of an intake tract of an internal combustion engine is shown. A main air duct 1 is shown , through which an air mass flow is supplied according to the direction of the arrow of an internal combustion engine, not shown. In this main air duct protrudes a measuring element carrier 2 , which is part of an otherwise not shown mass flow sensor / hot film air mass meter. In the measuring element carrier 2 there is a measuring channel 3 which extends here in multiple curves. The actual sensor 4 is in turn arranged within this measuring channel 3 .

Ein Bruchteil des gemäß der Pfeilrichtung in Fig. 1 von der Brennkraftma schine angesaugten Luftmassenstromes gelangt wie ersichtlich auch durch den Meßkanal 3 und passiert somit den Meßfühler 4, so daß dessen Aus gangssignale, die einer nicht gezeigten elektronischen Auswerteeinheit zu geführt werden, Rückschlüsse über die Größe des von der Brennkraftma schine angesaugten Luftmassenstromes zulassen.A fraction of the air mass flow sucked in by the internal combustion engine according to the direction of the arrow in FIG. 1 also passes through the measuring channel 3 and thus passes through the sensor 4 , so that its output signals, which are fed to an electronic evaluation unit (not shown), allow conclusions to be drawn about the Allow size of the air mass flow drawn in by the internal combustion engine.

Wie eingangs geschildert, treten jedoch in gewissen Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine Fehlmessungen auf, wenn sich die dem Fachmann be kannten, stets auftretenden Luftpulsationen mit hoher Pulsationsamplitude bei gleichzeitig hoher Pulsationsfrequenz bis in den Meßkanal des Heiß- Luftmassenmessers hinein fortsetzen. Dieses Phänomen ist zusätzlich auf grund der sich mit der Lufttemperatur ändernden Luft-Schallgeschwindigkeit temperaturabhängig. Um dieses Phänomen zu eliminieren, ist im wesentli chen im Bereich des Meßkanales 3 ein in seiner Gesamtheit mit 5 bezeich neter Resonator vorgesehen. Dieser Resonator 5 ist mit seiner Eigenfre quenz auf diejenige Drehzahl der Brennkraftmaschine abgestimmt, bei der die geschilderte Fehlmessung stattfindet.As described at the beginning, however, incorrect measurements occur in certain speed ranges of the internal combustion engine if the air pulsations, which are known to the person skilled in the art, always occur with a high pulsation amplitude and, at the same time, a high pulsation frequency, continue into the measuring channel of the hot air mass meter. This phenomenon is also temperature-dependent due to the air-sound velocity changing with the air temperature. In order to eliminate this phenomenon, a resonator designated in its entirety with 5 is provided in the region of the measuring channel 3 . This resonator 5 is tuned with its eigenfrequency to the speed of the internal combustion engine at which the incorrect measurement described takes place.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zweigt der Resonator 5, der in Form eines Stichkanales 5a sowie eines sich daran anschließenden Resonator- Volumens 5b ausgebildet ist, direkt vom Haupt-Luftkanal 1 ab. Diese Gestal tung kann wirkungsvoll sein, wenn das Resonator-Volumen 5b relativ groß ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the resonator 5 , which is designed in the form of a branch duct 5 a and an adjoining resonator volume 5 b, branches off directly from the main air duct 1 . This design can be effective if the resonator volume 5 b is relatively large.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2, 3 zweigt der Resonator 5 direkt vom Meßkanal 3 ab und ist somit im Meßelement-Träger 2 vorgesehen. Da bei besteht beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der Resonator 5 abermals aus einem Stichkanal 5a sowie einem sich daran anschließenden, gegen über dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wesentlich kleineren Resonator- Volumen 5b, während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 lediglich ein Stichkanal 5a vorgesehen ist. Letzterer ist jedoch mit Hilfe eines geeigneten Einstellelementes 6 in seiner Länge veränderbar, was bedeutet, daß durch unterschiedliche Positionierung dieses Einstellelementes 6 - beispielsweise mit Hilfe einer Justierschraube - die Resonanzfrequenz dieses Resonators 5 einstellbar ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, mit Hilfe geeigneter, dem Fachmann bekannter Maßnahmen das Resonator-Volumen 5b in den Fig. 1, 2 zu verändern und somit auch hier gezielt die Resonanzfrequenz des Resonators 5 einzustellen.In the embodiment according to FIGS. 2, 3 of the resonator 5 is branched directly from the measuring channel 3 and is thus in the measuring element carrier 2 is provided. Since in the exemplary embodiment according to FIG. 2, the resonator 5 again consists of a branch channel 5 a and an adjoining resonator volume 5 b, which is considerably smaller than the exemplary embodiment according to FIG. 1, while in the exemplary embodiment according to FIG. 3 only one branch channel 5 a is provided. However, the length of the latter can be changed with the aid of a suitable adjusting element 6 , which means that the resonance frequency of this resonator 5 can be adjusted by different positioning of this adjusting element 6 - for example with the aid of an adjusting screw. Of course, it is also possible to change the resonator volume 5 b in FIGS. 1, 2 with the aid of suitable measures known to the person skilled in the art and thus to set the resonance frequency of the resonator 5 in a targeted manner here as well.

Indem somit durch Vorsehen des Resonators 5 mögliche Pulsationen im Meßkanal 3 mit unzulässig hohen Pulsationsfrequenzen im wesentlichen ausgelöscht werden, werden Meßfehler aufgrund dieser ansonsten vorhan denen Pulsationen im Meßkanal 3 wirkungsvoll vermieden. Dies gilt dabei vorteilhafterweise für sämtliche Temperaturen des in den Kanälen strömen den Luftmassenstromes, da selbstverständlich auch der Resonator 5 selbst den gleichen sog. Temperaturgang aufweist.By thus substantially eliminating possible pulsations in the measuring channel 3 with impermissibly high pulsation frequencies by providing the resonator 5 , measurement errors due to these otherwise existing pulsations in the measuring channel 3 are effectively avoided. This advantageously applies to all temperatures of the air mass flow flowing in the channels, since, of course, the resonator 5 itself also has the same so-called temperature response.

Selbstverständlich können eine Vielzahl von Details, insbesondere konstruk tiver Art, durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Insbesondere kann der Resonator 5 auch an anderen Orten angebaut sein oder anderweitig ausgebildet sein. Selbstverständlich können auch mehrere auf die gleiche oder verschiedene Eigenfrequenzen abgestimmte Resonatoren vorgesehen sein.Of course, a large number of details, in particular of a constructive nature, can be designed quite differently from the exemplary embodiment shown, without departing from the content of the claims. In particular, the resonator 5 can also be installed at other locations or be configured in some other way. Of course, several resonators tuned to the same or different natural frequencies can also be provided.

Claims

1. mass flow sensor, in particular hot film air mass meter for an internal combustion engine, with a in a measuring channel ( 3 ) angeord Neten sensor ( 4 ), characterized by at least one of the measuring channel ( 3 ) abzwei gene resonator ( 5 ).

2. Mass flow sensor, in particular hot film air mass meter for an internal combustion engine with a sensor ( 4 ) in a measuring channel ( 3 ), which is arranged in a main air channel ( 1 ), characterized by at least one of the main air channel ( 1 ) from a branching resonator ( 5 ).

3. Mass flow sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the resonator ( 5 ) is tuned with its Eigenfre frequency to the critical pulsation frequency in the intake tract of the internal combustion engine.

4. Mass flow sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the resonator ( 5 ) is designed in the form of a branch channel ( 5 a) or in the form of a branch channel ( 5 a) at closing resonator volume ( 5 b) .

5. Mass flow sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the resonator ( 5 ) is adjustable with regard to its resonance frequency.