用于重新校正廢氣流傳感器的設備和方法

用于重新校正廢氣流傳感器的設備和方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于重新校正廢氣質量流量傳感器的設備，所述設備被設計為氣流計，其中，在裝配之前在控制單元(52)內存儲第一特征曲線族，在該第一特征曲線族內描述與第一傳感器單元(20)的加熱件(44)的熱量輸出相關的廢氣質量流量，在該第一特征曲線族內描述與第一傳感器單元(20)的加熱件(44)的熱量輸出相關的廢氣質量流量是已知的。為了即使在傳感器單元(20、22)上形成臟物的情況下也能得到精確的測量值，建議，在所述控制單元(52)內存儲第二特征曲線族，在該第二特征曲線族上根據在所述加熱件(44)上產生的和通過加熱件(44)在溫度測量件(36)上要被測量的溫度信號能夠確定修正因數，借助所述修正因數能夠將測得的加熱件(44)的熱量輸出換算為已修正的廢氣質量流量。
【專利說明】用于重新校正廢氣流傳感器的設備和方法
[0001]本發明涉及一種用于重新校正廢氣質量流量傳感器的設備，所述設備具有第一傳感器單元、第二傳感器單元和控制單元，所述第一傳感器單元具有加熱件和至少一個溫度測量件，第二傳感器單元具有溫度測量件，借助控制單元能夠在加熱件上產生可控的溫度信號，其中，在控制單元內存儲第一特征曲線族，在該第一特征曲線族內描述與第一傳感器單元的加熱件的熱量輸出相關的廢氣質量流量，本發明還涉及一種用于重新校正廢氣質量流量傳感器的方法，其中，在裝配廢氣質量流量傳感器之前形成第一特征曲線族，并且被存儲在控制單元中，在該第一特征曲線族內描述與第一傳感器單元的加熱件的熱量輸出相關的廢氣質量流量。
[0002]尤其在內燃機內的進氣質量測量領域內已知氣體質量流量計。在此利用根據熱膜氣流計的理論來工作的空氣質量測量器達到特別好的結果。這意味著，傳感器的加熱件被加熱，其中，通過對流將這種加熱件所產生的熱量輸出到流動介質上。加熱件的由此形成的溫度變化或者用于維持加熱件溫度而產生的額外的功率消耗是用于當前質量流量的參數。
[0003]改進的質量流量傳感器近幾年還被用于測量廢氣質量流量,例如在文獻DE 102006 058 425 Al中所描述的。這種用于確定質量流量的設備具有兩個相互間隔的傳感器單元，其中，第一傳感器單元用于通過確定消耗功率或熱量輸出計算質量流量，并且第二傳感器單元用于廢氣流的溫度確定。那么第一傳感器單元的加熱件不是被調節到與溫度測量件具有恒定差值的過熱溫度，就是被調節到恒定的過熱溫度。根據為此所需的額外的功率消耗能夠計算廢氣質量流量。
[0004]為了避免由于沉積而產生的錯誤測量，兩個傳感器都具有加熱件，借助加熱件能夠燃盡在基底上的臟物。除了出現臟物的問題之外，在使用時在廢氣道內還存在這樣的問題，在出現波動和湍流的情況下得到有代表性的測量結果，如它加強地在廢氣道內出現一樣。為此，在文獻DE 10 2006 058 425 Al中建議，依次安置兩個溫度測量件，由此，鑒于總是自上游區域至下游區域的熱輻射而能夠實現方向識別，這種方向識別可以在計算廢氣質量流量時被考慮在內。
[0005]盡管能夠識別方向或識別波動和燃盡沉積物，在運行中還是會越來越多地出現錯誤測量。這種錯誤測量的原因可能在于具有加熱件的第一傳感器的傳感器涂層，所述傳感器涂層不會通過燃燒被去除，反而恰好會在不利的運行狀態下在這種芯片上通過升高的溫度而形成，由此在加熱時在表面上構成無機的化合物。
[0006]出于這種原因，在實際運行中已知一種用于重新校正廢氣質量流量傳感器的方法。因此，在文獻WO 2007/075510A1已知用于重新校正傳感器的方法，其中，首先測量加熱件為了使自身保持在較之溫度測量件的過熱溫度上所產生的功率消耗，然后在沒有流體存在時測量加熱件的功率消耗，并且在此計算在兩種功率消耗之間的差值。因此，應該修正導熱系數以便確定流動速率。然而在此只是關注通過在傳感器上的對流所形成的熱量傳導。而且還沒有注意由于在傳感器單元上不同的涂層構成所產生的不正確的溫度差測量。
[0007]因此，本發明所要解決的技術問題是，提供一種用于重新校正廢氣質量流量傳感器的設備以及方法，借助這種設備和方法通過排除錯誤能夠實現精確的廢氣質量流量測量。
[0008]所述技術問題通過具有權利要求1所述特征的用于重新校正廢氣質量流量傳感器的設備、和通過具有權利要求3所述特征的用于重新校正廢氣質量流量傳感器的方法所解決。
[0009]通過這種設計實現的是，在所述控制單元內存儲第二特征曲線族，在該第二特征曲線族上，根據在加熱件上產生的和借助第一傳感器的溫度測量件確定的溫度信號和通過加熱件在溫度測量件上要被測量的溫度信號能夠確定修正因數，借助所述修正因數能夠將測得的加熱件的熱量輸出換算為已修正的廢氣質量流量，在確定時不僅考慮在對流方面的變化而且考慮熱輻射。在測得的絕對溫度發生變化和延滯時沉積了不同的涂層，因而在完整的特征曲線族中能夠將每個產生的溫度信號和測得的溫度信號精確地與傳感器的狀態相匹配。相應地，對于傳感器單元的不同污染程度，在加熱件上形成的和借助第一傳感器單元的溫度測量件確定的溫度曲線上測量在第二傳感器單元的溫度測量件上的反應溫度曲線，其中，根據反應溫度曲線產生修正因數，并且作為第二特征曲線族存儲在所述控制單元中，所述第二特征曲線族用于在運行時修正利用第一特征曲線族計算的廢氣質量流量。這種重新校正還適用于當在傳感器單元上具有不同的涂層構成的情況下確定盡量無錯誤的廢氣質量流量。
[0010]優選在第一和第二傳感器單元上安置加熱件，由此積碳能夠通過自由燃燒(亦稱“暴露性燃燒”或“自潔式燃燒”)被去除。以這種方式保證了始終能獲得用于發動機控制的快速測量，因為避免了當在基質上有太厚的沉積層時最后會導致傳感器失效的時間上的延滯。相應地，為了避免在重新校正時出現錯誤，在重新校正之前使兩個傳感器單元借助熱阻絲進行自由燃燒。
[0011]在根據本發明的方法的改進方案中，在內燃機的可控的靜止狀態下，通過形成在加熱件上的溫度曲線和測量在溫度測量件上的反應溫度曲線來確定各個要在運行中被應用的修正因數。通過在可控的靜止狀態下的測量，避免了由于在重新校正時在傳感器上出現的流動變化所造成的誤差。
[0012]能夠得到特別好的結果的是，可控的狀態是在未啟動的內燃機情況下的狀態，也即不存在流動，并且反應溫度曲線只與在傳感器單元之間的熱傳遞、輻射和自然對流相關。因此，能夠為重新校正產生非常精確的特征曲線族，并且在運行中被使用。
[0013]特別優選使用這種方法，其中，對于兩個傳感器單元的不同的污染程度，在至少兩個在加熱件上形成的不同的溫度曲線上測量在第二傳感器單元的溫度測量件上的至少兩個反應溫度曲線，其中，根據反應溫度曲線的變化和反應溫度曲線的不同產生修正因數，并且作為第二特征曲線族存儲在控制單元中，所述第二特征曲線族用于在運行中修正利用第一特征曲線族計算的廢氣質量流量。因此保證了，在兩個傳感器單元上的完全不同的涂層構成也能被檢測，因為能夠一起處理時間上的延滯和不同的幅度或者甚至斜率，因而還能夠根據這種涂層構成來實現對計算得到的廢氣質量流量的修正。
[0014]相應地有利的是，在裝配廢氣質量流量傳感器之前已經形成第一特征曲線族，并且存儲在控制單元中，在第一特征曲線族中，根據第一傳感器單元的加熱件的熱量輸出和根據修正因數描述廢氣質量流量，并且所述修正因數分別根據上次測量的反應溫度信號從第二特征曲線族中獲得。
[0015]因此，提供一種用于重新校正廢氣質量流量傳感器的設備和方法，借助這種設備和方法在傳感器的整個使用壽命當中能夠實現與產生的涂層無關的和由此非常精確的對廢氣質量流量的計算，這是通過這種設計實現的，即通過處理反應溫度曲線來確定傳感器的涂層對計算修正因數的影響，并且對第一傳感器總是進行重新校正。
[0016]根據本發明的用于重新校正廢氣質量流量傳感器的設備的實施例在附圖中示出，并且下面同樣還描述了根據本發明的用于重新校正的方法。
[0017]圖1示出在通道中的廢氣質量流量傳感器的示意性側視圖。
[0018]圖2示出廢氣質量流量傳感器的第一傳感器的示意性俯視圖。
[0019]圖3示出廢氣質量流量傳感器的第二傳感器的示意性俯視圖。
[0020]在圖1中所示的廢氣質量流量傳感器被安置在通道10內，所述通道內流過廢氣，并且所述通道被壁12限定邊界。在壁12內設有垂直于通道軸線14延伸的開口 16，廢氣質量流量傳感器的殼體18通過所述開口延伸進通道10內。
[0021]第一傳感器單元20和第二傳感器單元22從殼體18中伸進通道10，所述傳感器由至少多層式的陶瓷基質24、26構成，在所述陶瓷基質上以已知的方式安置鉬薄膜電阻和導體電路28。
[0022]傳感器單元20、22在此通常相互平行地沿著廢氣的主流動方向依次安置，其中，每個傳感器單元20、22的主延伸方向同樣平行于在通道內的主流動方向。通過傳感器單元20、22的連接線與廢氣的主流動方向的平行性，使得傳感器單元不是從正面迎向流體，而只是被流過，這明顯地降低了在支承體上的沉積物。
[0023]所述設備以已知的方式按照熱膜氣流計的理論來工作，并且該設備除了兩個傳感器單元20、22之外在殼體18的與傳感器單元20、22相對置的端部上還具有插塞件30，用于電能供應和向控制單元52傳遞數據的連接線32從該插塞件中伸出。所述控制單元也能夠可選地安置在殼體18內或者集成在發動機控制裝置中。殼體18的固定通過法蘭連接34來實現。
[0024]在圖3中所示的第二傳感器單元22構成溫度傳感器，借助該溫度傳感器測量相應的廢氣溫度。第二傳感器被安置在第一傳感器20的上游，因此測量基本上與第一傳感器20的加熱無關的廢氣溫度，因為在相反布置的情況下就會通過廢氣流使在第一傳感器單元20上產生的熱量也流動到第二傳感器單元22。廢氣溫度的測量通過溫度測量件36進行，該溫度測量件例如能夠由兩個具有不同電阻的鉬薄膜電阻組成。溫度測量件36通過導體電路28、接觸片(Kontaktfahnen) 38和連接線32與控制單元52電連接。這種第二傳感器單元22用于在正常運行時測量需要被測量的氣體流的溫度。此外，在基質24上安置加熱件50，該加熱件具有歐米伽的形狀，以便能夠為了燒掉臟物在基質24上形成均勻的溫度分布。
[0025]在下游的第一傳感器單元20在該實施例中在基質26上具有兩個溫度測量件40、42，這兩個溫度測量件相互無關地通過導體電路28和接觸片38與控制單元52相連接。此夕卜，在基質26上安置加熱件44，該加熱件在內燃機運行時要么加熱到恒定的過熱溫度、要么加熱到與溫度測量件36具有恒定的溫度差值的溫度上。通過現有的流體實現對加熱件44的冷卻，因而這種加熱件需要持續的功率消耗，以便維持可控的過熱溫度。這種功率消耗或散熱在控制單元52中通過所存儲的第一特征曲線族根據現有的和利用傳感器單元22測得的在廢氣質量流中的廢氣溫度被換算，所述被存儲的第一的特征曲線族在傳感器構造之前通過在發動機中對這種在要被測量傳感器類型的實驗來確定。
[0026]在基質26上的兩個溫度測量件40、42的使用被用于確定和考慮廢氣流暫時換向而形成的廢氣波動，如由于吸氣運動和排氣運動在活塞式發動機的廢氣區域內所會出現的。因此，相應下游的溫度測量件42測得比上游的溫度測量件40更高的溫度，因為上游的溫度測量件40的熱量通過廢氣流朝向下游的溫度測量件42傳遞。在換向時，相應地形成沿相反方形的熱量傳遞，因而要么由此得出相應上游的溫度測量件40代表沿著相應方向流動的廢氣流，要么存儲特征曲線族，在該特征曲線族中，對于兩個溫度測量件40、42的不同的流動狀態和溫度，存儲了受兩種可供使用的溫度和由此得到的功率消耗影響的廢氣質量流量。
[0027]第一傳感器單元20的加熱件44為了基質46的均勻加熱被設計為歐米伽形。
[0028]盡管傳感器單元20、22的表面能夠尤其針對炭黑進行自由燃燒，但是，隨著運行時間的增長還會在測量時出現錯誤。這種錯誤源于在第一傳感器單元20上的增多的褐色涂層，它在持續不斷的熱負荷下產生，而這種熱負荷對于通過加熱第一傳感器單元20從而達到過熱溫度來說是不可避免的。由不同的化合物構成幾乎不可溶解的沉積層，這些化合物干擾了正常的測量工作。在那些不在較高溫度下運行的溫度傳感器中就不存在這種沉積物。
[0029]因此，根據本發明在控制單元52中存儲第二特征曲線族，借助該特征曲線族能夠修正第一特征曲線族。這意味著，借助通過第二特征曲線族確定的修正因數根據測得的熱量輸出或功率消耗計算或讀取修正的廢氣質量流量。
[0030]這通過盡可能在內燃機停止狀態下(即在沒有熱量通過流體輸出的靜止狀態下)在加熱件44上產生溫度信號來實現。這種溫度信號形成在溫度測量件36上的反應溫度曲線。這種反應溫度曲線通過在兩個傳感器單元20、22之間的對流和熱輻射和在廢氣質量流量傳感器的殼體38上的熱傳遞產生。根據在傳感器單元20、22上的涂層的類型，與發送的溫度信號相比，反應溫度曲線在的在溫度曲線的幅度、反應時間還有斜率方面產生了與傳感器涂層相關的不同大小的變化。相應地能夠對于不同的反應溫度曲線確定修正因數，并且作為第二特征曲線族存儲在控制單元52中，其中，這種修正因數要么通過理論上的計算方法確定，要么在開始運行前通過對具體的傳感器類型的試驗和對在傳感器單元20、22上的不同涂層情況下的測量來精確地確定。
[0031]在測量的精度上附加的改進能夠這樣實現，即不是僅發送一個溫度信號而是兩個不同的溫度信號，并且測量所述溫度信號的反應溫度曲線，因為由此還能夠實現這樣的結論，在哪個傳感器單元20、22上存在哪個類型的涂層，前提條件是，對于在兩個傳感器單元20,22上的具體的不同的涂層產生第二特征曲線族。
[0032]當然，之前所確定的修正因數總是被應用在運行中的后續測量中。
[0033]為了避免傳感器單元20、22的故障或者在確定修正因數時由于過多的涂層構成而導致的太不精確的測量結果，在重新校正之前首先將兩個傳感器單元20、22借助加熱件44,50進行自由燃燒。
[0034]借助所述的設備和所述的方法能夠實現，即使在在傳感器表面上具有不能燃盡的沉積物，也能在較長的運行時間中得到對于廢氣質量流量的正確的測量結果，這些測量結果對于控制發動機以便降低有害氣體排放和減少消耗來說是必要的。
[0035]應該理解到，獨立權利要求的保護范圍不絕限于所述的實施例。廢氣質量流量傳感器的控制單元的功能當然可以應用到發動機控制中。
【權利要求】
1.一種用于重新校正廢氣質量流量傳感器的設備，所述設備具有第一傳感器單元(20)、第二傳感器單元(22)和控制單元(52)，所述第一傳感器單元具有加熱件(44)和至少一個溫度測量件(40 ;42)，所述第二傳感器單元(22)具有溫度測量件(36)，借助所述控制單元能夠在加熱件(44)上產生可控的溫度信號，其中，在控制單元(52)內存儲第一特征曲線族，在該第一特征曲線族內描述與第一傳感器單元(20)的加熱件(44)的熱量輸出相關的廢氣質量流量，其特征在于， 在所述控制單元(52)內存儲第二特征曲線族，在該第二特征曲線族上，根據在所述加熱件(44)上產生的和借助第一傳感器單元(20)的溫度測量件(40 ；42)確定的溫度信號和通過加熱件(44)在溫度測量件(36)上所被測量的溫度信號能夠確定修正因數，借助所述修正因數能夠將測得的加熱件(44)的熱量輸出換算為已修正的廢氣質量流量。
2.根據權利要求1所述的用于重新校正廢氣質量流量傳感器的設備，其特征在于， 在所述第一和第二傳感器單元(20、22)上安置加熱件(44、50)。
3.一種用于重新校正廢氣質量流量傳感器的方法，其中，在裝配廢氣質量流量傳感器之前形成第一特征曲線族，并且將所述第一特征曲線族存儲在控制單元(52)中，在該第一特征曲線族內描述與第一傳感器單元(20)的加熱件(44)的熱量輸出相關的廢氣質量流量，其特征在于， 對于傳感器單元(20、22)的不同污染程度，在加熱件(44)上產生的和借助第一傳感器單元(20)的溫度測量件(40 ；42)確定的溫度曲線上測量在第二傳感器單元(22)的溫度測量件(36)上的反應溫度曲線， 其中，根據反應溫度曲線產生修正因數，并且將所述修正因數作為第二特征曲線族存儲在所述控制單元(52)中，所述第二特征曲線族用于在運行時修正利用第一特征曲線族計算得的廢氣質量流量。
4.根據權利要求3所述的重新校正廢氣質量流量傳感器的方法，其特征在于， 在內燃機的可控的靜止狀態下通過在加熱件(44)上形成的溫度曲線和在溫度測量件(36)上測量的反應溫度曲線來確定分別要在運行中被應用的修正因數。
5.根據權利要求4所述的重新校正廢氣質量流量傳感器的方法，其特征在于， 可控的狀態是在沒有啟動的內燃機情況下的狀態。
6.根據權利要求3至5之一所述的重新校正廢氣質量流量傳感器的方法，其特征在于， 對于兩個傳感器單元(20、22)的不同的污染程度，在至少兩個在加熱件(44)上形成的不同的溫度曲線上測量在第二傳感器單元(22)的溫度測量件(36)上的至少兩個反應溫度曲線， 其中，根據反應溫度曲線的變化和反應溫度曲線的不同形成修正因數，并且將所述修正因數作為第二特征曲線族存儲在控制單元(52)中，所述第二特征曲線族用于在運行中修正利用第一特征曲線族計算得的廢氣質量流量。
7.根據權利要求3至6之一所述的重新校正廢氣質量流量傳感器的方法，其特征在于， 在裝配廢氣質量流量傳感器之前形成第一特征曲線族，并且將所述第一特征曲線族存儲在控制單元(52)中，在第一特征曲線族中，根據第一傳感器單元(20)的加熱件(44)的熱量輸出并根據修正因數描述廢氣質量流量，并且所述修正因數分別根據上次測量的反應溫度信號從第二特征曲線族中獲得。
8.根據權利要求3至6之一所述的用于重新校正確定廢氣質量流量的設備的方法，其特征在于， 在重新校正之前借助加熱件(44、50)使兩個傳感器單元(20、22)進行自由燃燒。
【文檔編號】G01F1/692GK104335017SQ201380029789
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年7月16日 優先權日:2012年9月7日
【發明者】L.鮑邁斯特, K.沃貝基, D.卡馬里斯 申請人:皮爾伯格有限責任公司