用于确定气体质量流的设备和再校准这种设备的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定气体质量流的设备，其具有为第一传感器单元(20)和第二传感器单元(22)的两个传感器单元和控制单元(52)，该第一传感器单元(20)具有至少一个第一测温元件(40；42)和第一加热元件(44)，该第二传感器单元(22)具有第二测温元件(36)和第二加热元件(50)，借助该控制单元(52)将至少一个测温元件(40；42)调节到受控制的过热温度。虽然产生未能烧尽的沉积物但为了可以确定正确的测量值建议，控制单元(52)与加热元件(50)连接成，使得第二传感器单元(22)的加热元件(50)能调节到受控制的过热温度。
【专利说明】用于确定气体质量流的设备和再校准这种设备的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于确定气体质量流的设备，其具有第一传感器单元、第二传感器单元和控制单元，所述第一传感器单元具有至少一个第一测温元件和第一加热元件，所述第二传感器单元具有第二测温元件和第二加热元件，借助控制单元，将至少一个测温元件调节到受控制的过热温度，本发明还涉及一种再校准用于确定气体质量流的设备的方法，其中，第一传感器单元的第一加热元件调节到受控制的过热温度，然后，根据测温元件的温度计算来自第一传感器单元的至少一个加热元件的散热的质量流。
【背景技术】
[0002]首先从内燃机内的吸入空气量测量区域中已知用于气体质量流测量的设备。特别好的结果在此借助空气质量测量仪获得，该空气质量测量仪按照热膜测速仪的原理工作。这意味着，加热传感器的加热元件，其中，通过对流，将加热元件产生的热量输出到流动的介质上。由此造成的温度变化或为获得加热元件温度附加的功率输入形成一种衡量现有质量流的尺度。
[0003]改进的质量流传感器近年来也用于测量废气质量流，例如在DE102006058425A1中描述那样。用于确定质量流的设备具有两个彼此分离的传感器单元，其中，第一传感器单元用于通过确定损失效率来计算质量流，第二传感器用于确定废气流的温度。然后，将第一传感器单元的加热元件或者调节到具有与测温元件的恒定差的过热温度或者调节到恒定过热温度。从为之所需的附加功率输入中可以推导出废气质量流。不过，要避免使测量结果失真的污染，因此测温元件也具有加热元件，通过该加热元件可以烧尽尤其是在基体上的炭黑沉积物。除了使用在废气线路中时出现的污染问题外还存在，在出现脉冲和湍流时获得代表性的测量结果的问题，如它们加强地出现在废气线路中。为此，在DE102006058425A1中建议，两个测温元件相续布置，由此由于从分别在下游区域的上游存在的传热可以识别方向，该方向识别可以包含在废气质量流的计算之内。
[0004]虽然具有方向或脉冲识别和沉积物烧尽的可能性，但在更长的运行时间之后，由于对传感器的外部影响，例如沉积物的形成而存在测量值偏差。
【发明内容】
[0005]因此，该技术问题是，创造一种用于确定气体质量流的设备以及一种再校准这种设备的方法，通过该设备和方法可实现具有最小测量值偏差的废气质量流测量。
[0006]该技术问题通过一种具有权利要求1的特征的用于确定气体质量流的设备以及一种具有权利要求5的特征的再校准用于确定气体质量流的设备的方法解决。
[0007]通过控制单元这样地与第二传感器单元的加热元件连接，使得加热元件同样可调节到受控制的过热温度，可行的是，两个传感器单元的功能调换。相应地，在识别受控制的稳定的发动机状态时存储所确定的气体质量流，然后切换控制单元并且将第二传感器单元的加热元件调节到受控制的过热温度，并且根据第一传感器单元的测温元件的温度计算来自第二传感器单元的至少一个加热元件的散热的质量流，然后相互比较气体质量流的两个值并且相应于存储在控制单元中的修正表再校准第一传感器单元。改变测量值的沉积物在反向测量时不存在。因此，反向测量的结果在很大程度上无误差，因为第二传感器单元在工作时未加热。然后，可以在之前正确确定的综合特征曲线和已知的稳定发动机状态中推导出正确的参考值，由此可以再校准第一传感器单元以便在工作时检测正确的废气质量流。
[0008]在设备的有利的扩展设计中，加热元件曲折形或Ω形地布置在基体上。由此可以实现在基体上均匀的恒定的温度分布，以此通过不均匀的温度分布避免基体上的测量元件所确定的值之间的测量误差。
[0009]在一种优选的实施方案中，第一传感器单元具有两个与控制单元连接的测温元件。然后，利用在第一传感器单元上的两个测温元件测得的温度差来识别流动方向。这种布置和所描述的方法能够实现对出现的脉冲的探测并因此能够实现临时的流动反向，然后，在计算中可以相应地考虑该流动反向。鉴于此利用，存在给各下游测温元件的散热。
[0010]在设备的有利的扩展设计中，第二传感器单元具有两个与控制单元连接的测温元件。相应地，可以即使在再校准时也通过比较两个测得的温度考虑脉冲并且推断出各个测量元件的误差。
[0011]在再校准质量流传感器的方法的扩展方案中，在下列步骤中，又切换控制单元，从而第一传感器单元的加热元件调节到所述受控制的过热温度。因此，自动地在再校准之后又建立正常工作状态。
[0012]为避免再校准时的误差，在再校准之前借助第二加热元件自由燃烧第二传感器单元，从而在再校准时以传感器单元的实际测量值为基础。
[0013]因此创造一种用于确定气体质量流的设备以及一种再校准这种设备的方法，通过该方法，能够实现在传感器的整个寿命中与出现的沉积物无关地并因此正确地计算废气质量流，方式是执行传感器单元的功能反转和第一传感器单元的一直重新校准。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]按本发明的用于确定质量流的设备的一个实施例在附图中示出，下列与按本发明的用于再校准的方法相同地描述。
[0015]图1示出按本发明的用于确定通道中的质量流的设备的示意性侧视图，
[0016]图2示出用于确定质量流的设备的第一传感器单元的示意性俯视图，
[0017]图3示出用于确定质量流的设备的第二传感器单元的示意性俯视图。
【具体实施方式】
[0018]按本发明的用于确定质量流设备布置在通道10中，该通道10被废气流过并且由壁12限定边界。在壁12中构造垂直于通道轴线14延伸的开口 16，通道10中的用于确定废气质量流的设备的壳体18延伸通过该开口 16。
[0019]第一传感器单元20和第二传感器单元22从壳体18中伸入通道10，该第一传感器单元20和第二传感器单元22通过大多数情况下的多层陶瓷基体24，26形成，在所述基体上以已知的方式设有薄膜钼电阻和印制导线28。
[0020]传感器单元20，22在此通常相互平行地在废气的主流动方向上重叠地布置，其中，各传感器单元20，22的主延伸方向同样平行于主流动方向地位于通道10中。由于传感器单元20，22的连接线平行于废气的主流动方向，废气也不正面流向传感器单元20，22，而是仅从它们上方流过，这明显减小了载体上的沉积。
[0021]设备以已知的方式按热膜测速技术的原理工作并且除了两个传感器单元20，22夕卜，在壳体I的与传感器单元20，22相反的端部上具有插接件30，通过该插接件30，传感器单元20，22借助连接电缆32与控制单元52连接，该控制单元52仅示意性地示出并且备选地或者可以布置在壳体18中或者布置在发动机控制单元中。连接电缆32相应地用于供电和数据传输。壳体18的固定通过法兰连接装置34实现。
[0022]上游的第二传感器单元22形成温度传感器，借助该温度传感器测量各废气温度。这通过测温元件36实现，该测温元件36例如由两个具有不同电阻的薄膜钼电阻构成。测温元件36通过印制导线28和接触片38与控制单元52电连接。该传感器单元22在正常运行中用于测量待测气体流的温度。此外，在基体24上设有加热元件50，该加热元件具有Ω的形状，以建立在基体24上均匀的温度分布。
[0023]在本实施例中，下游的第一传感器单元20具有两个在基体26上的测温元件40，42，这两个测温元件彼此无关地通过印制导线28和接触片38与控制单元52连接。加热元件44在工作时或者加热到恒定的过热温度，或者加热到与第二传感器单元的测温元件36恒定的温度差。通过现有的流动进行加热元件44的冷却，因此它需要固定的功率输入，以获得受控制的过热温度。该功率输入或散热可以在控制单元52中通过存储的综合特征曲线根据现有的和通过传感器单元22测得的废气温度转换成废气质量流。为了消除温度传感器的影响，也就是第二传感器单元22由于在主废气流的方向上的传热受到第一传感器单元20加热的影响，第一传感器单元20布置在第二传感器单元22的下游。
[0024]两个测温元件40，42在基体26上的使用用于确定并且考虑出现的废气脉冲，也就是说废气流的临时的方向反转，如它在往复式活塞发动机的废气区域中由于进气和排气运动预期的那样。在此基于这一点，各下游测温元件42测量比上游测温元件40更高的温度。因为从上游测温元件40中传导出来的热量通过废气流朝下游测温元件42传导。在反向流动时，热量相应地在相反方向上传导，从而或者认为各上游测温元件40代表在相应的方向上流动的废气流，或者存储这样的综合特征曲线，在此综合特征曲线中对于不同的流动状态和两个测温元件40，42的功率输入存储来自两个可供使用的功率输入的废气质量流。
[0025]第一传感器单元20的加热元件44也设计成Ω形，以便能够均匀地加热基体26。
[0026]虽然可以自由燃烧传感器单元20，22的表面，尤其是炭黑，但随着操作小时数的增大，也在测量时产生误差。
[0027]该误差归因于第一传感器单元20上的沉积物，该沉积物由于废气的化学杂质受到持续不断的热负载而产生，该热负载由于第一传感器单元20为了达到过热温度的加热而不可避免。形成几乎不溶解的、由不同化合物组成的沉积层，这些沉积层干扰正常的测量操作。不在升高的温度中工作的温度传感器没有这些沉积层。
[0028]因此，按本发明的第二传感器单元22和尤其是加热元件50这样地与控制单元52连接，使得可以以与第一传感器单元20相同的方式控制该第二传感器单元22。这意味着，在稳定的发动机负载状态下，调换两个传感器单元20，22的功能并且现在将加热元件50加热到为了废气流的温度而提高的过热温度。此处，为保持过热温度所需的附加功率输入也形成一个衡量现有的废气质量流的尺度。
[0029]以这种方式为废气质量流确定的值与由第一传感器单元20为废气质量流确定的值比较，并且借助存储在控制单元52中的综合特征曲线或修正表按照比较值进行第一传感器单元20的重新校准。
[0030]修正表之前通过利用已知运行状态的多次实验在两个传感器单元20，22的作用方式反向时确定。
[0031]在执行再校准程序之前，应当分别将传感器单元20，22的两个加热元件44，50加热至自由燃烧表面，以便避免由于炭黑沉积的测量误差。
[0032]执行的再校准应当为之后的诊断存储。
[0033]通过所描述的设备和所描述的方法可行的是，即使在传感器单元的表面上的沉积物不能烧尽时仍然也可以在一段较长的运行时间内获得有关废气质量流的正确测量结果，该测量结果需要为实现最佳的发动机控制来减少损害性排放和减少消耗量。
[0034]应当清楚的是，主权利要求的保护范围不限于所描述的实施例。当然，废气质量流传感器的控制单元的功能也由发动机控制装置承担。也可以利用两个结构相同的传感器单元，因此即使在通过测量第二传感器单元上的损失效率再校准时也可以考虑流动方向。同样可考虑在各基体上具有仅一个测量元件或测温元件的实施方式。
【权利要求】
1.一种用于确定气体质量流的设备，其具有 第一传感器单元(20)，所述第一传感器单元(20)具有至少一个第一测温元件(40 ；42)和第一加热元件(44)， 第二传感器单元(22)，所述第二传感器单元(22)具有第二测温元件(36)和第二加热元件(50),以及 控制单元(52)，借助所述控制单元(52)能将至少一个第一加热元件(44)调节到受控制的过热温度， 其特征在于，所述控制单元(52)与所述第二传感器单元(22)的加热元件(50)连接成，使得所述第二加热元件(50)能调节到受控制的过热温度。
2.按权利要求1所述的用于确定气体质量流的设备，其特征在于，所述加热元件(40，55)曲折形或Ω形地布置在所述基体(24，26)上。
3.按前述权利要求之一所述的用于确定气体质量流的设备，其特征在于，所述第一传感器单元(20)具有两个与所述控制单元(52)连接的测温元件(40，42)。
4.按前述权利要求之一所述的用于确定气体质量流的设备，其特征在于，所述第二传感器单元(22)具有两个与所述控制单元(52)连接的测温元件(36)。
5.一种再校准用于确定气体质量流的设备方法，其中，将所述第一传感器单元(20)的加热元件(44)调节到受控制的过热温度，然后，根据所述测温元件(36)的温度计算来自所述第一传感器单元(20)的至少一个加热元件(44)的散热的质量流，其特征在于，在识别受控制的稳定的发动机状态时，存储所确定的气体质量流， 然后，切换所述控制单元(52)并且将所述第二传感器单元(22)的加热元件(50)调节到受控制的过热温度，并且根据所述第一传感器单元(20)的所述测温元件(40 ；42)的温度计算来自所述第二传感器单元(22)的所述至少一个加热元件(50)的散热的质量流， 然后，相互比较所述气体质量流的两个值并且按照存储在所述控制单元(52)中的修正表再校准所述第一传感器单元(20)。
6.按权利要求5所述的再校准用于确定气体质量流的设备的方法，其特征在于，在下列的步骤中，再切换所述控制单元(52)，使得所述第一传感器单元(20)的加热元件(44)调节到所述受控制的过热温度。
7.按权利要求5或6所述的再校准用于确定气体质量流的设备的方法，其特征在于，利用所述第一传感器单元(20)上的两个测温元件(40，42)的必要的功率输入或过热温度的差来识别流动方向。
8.按权利要求5至7之一所述的再校准用于确定气体质量流的设备的方法，其特征在于，在所述再校准之前，借助所述第二加热元件(50)自由燃烧所述第二传感器单元(22)。
【文档编号】G01F1/692GK104136894SQ201380011823
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年1月22日 优先权日:2012年3月13日
【发明者】K.沃贝克, L.鲍梅斯特, D.卡玛丽斯, M.施拉梅克 申请人:皮尔伯格有限责任公司