(57)【要約】  風速計として構成されており、制御ユニット（５２）に、組込み前に求められる第１の特性マップが格納されており、第１の特性マップには、第１のセンサユニット（２０）の加熱素子（４４）の熱散逸に応じた排ガス質量流量が記録されている、排ガス質量流量センサを再校正する装置が公知である。センサユニット（２０，２２）上に汚染物がある場合でも正確な測定値を得るために、制御ユニット（５２）に、第２の特性マップが格納されており、第２の特性マップには、加熱素子（４４）に形成された温度信号と、加熱素子を通じて温度測定素子において測定すべき温度信号とに基づいて、修正係数を求めることができ、修正係数を用いて、加熱素子の測定された熱散逸を、修正された排ガス質量流量に換算可能であることが提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス質量流量センサを再校正する装置であって、
加熱素子（４４）と少なくとも１つの温度測定素子（４０；４２）とを有する第１のセンサユニット（２０）と、
温度測定素子（３６）を有する第２のセンサユニット（２２）と、
制御ユニット（５２）であって、該制御ユニット（５２）により、制御された温度信号を前記加熱素子（４４）において形成可能であり、前記制御ユニット（５２）に、第１の特性マップが格納されており、第１の特性マップには、前記第１のセンサユニット（２０）の前記加熱素子（４４）の熱散逸に応じた排ガス質量流量が記録されている、制御ユニット（５２）と、
を備える、排ガス質量流量センサを再校正する装置において、
前記制御ユニット（５２）に、第２の特性マップが格納されており、該第２の特性マップにおいて、前記第１のセンサユニット（２０）の前記加熱素子（４４）において形成されて前記温度測定素子（４０；４２）により検出される温度信号と、前記加熱素子（４４）による前記温度測定素子（３６）において測定すべき温度信号とに基づいて、修正係数を求めることができ、該修正係数を用いて、前記加熱素子（４４）の、測定された熱散逸を、修正された排ガス質量流量に換算可能である、
ことを特徴とする、排ガス質量流量センサを再校正する装置。
【請求項２】
前記第１のセンサユニット（２０）及び前記第２のセンサユニット（２２）に加熱素子（４４，５０）が配置されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
排ガス質量流量センサを再校正する方法であって、
前記排ガス質量流量センサの組付け前に、第１のセンサユニット（２０）の加熱素子（４４）の熱散逸に応じた排ガス質量流量が記録される第１の特性マップを作成して制御ユニット（５２）に格納する、排ガス質量流量センサを再校正する方法において、
センサユニット（２０，２２）のそれぞれ異なる汚染率に対して、第１のセンサユニット（２０）の加熱素子（４４）において形成されて温度測定素子（４０；４２）により検出される温度変化に対応した第２のセンサユニット（２２）の温度測定素子（３６）における反応温度変化を測定し、
該反応温度変化から修正係数を形成して第２の特性マップとして前記制御ユニット（５２）に格納し、第２の特性マップを、運転中、第１の特性マップによって計算された排ガス質量流量を修正するために用いる、
ことを特徴とする、排ガス質量流量センサを再校正する方法。
【請求項４】
その都度運転中に利用すべき修正係数を、内燃機関の制御された停止状態で、前記加熱素子（４４）における温度変化の形成及び前記温度測定素子（３６）における反応温度変化の測定により求める、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記制御された状態は、内燃機関が始動されていない状態である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記両センサユニット（２０，２２）のそれぞれ異なる汚染率に対して、前記加熱素子（４４）に形成されたそれぞれ異なる少なくとも２つの温度変化に対応した前記第２のセンサユニット（２２）の前記温度測定素子（３６）における少なくとも２つの反応温度変化を測定し、該反応温度変化の変更及び反応温度変化の差から修正係数を形成して、該修正係数を、第１の特性マップによって計算された排ガス質量流量を運転中に修正するために用いられる第２の特性マップとして制御ユニット（５２）に格納する、請求項３から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記排ガス質量流量センサの組付け前に、排ガス質量流量が前記第１のセンサユニット（２０）の前記加熱素子（４４）の熱散逸に応じて、かつ修正係数に応じて記録される第１の特性マップを作成して前記制御ユニット（５２）に格納し、
修正係数を、その都度最後に測定された反応温度信号に応じて第２の特性マップから読み取る、請求項３から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
再校正前に、加熱素子（４４，５０）を用いて、両センサユニット（２０，２２）において燃焼除去を行う、請求項３から６までのいずれか１項記載のガス質量流量を特定する装置を再校正する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス質量流量センサを再校正する装置であって、加熱素子と少なくとも１つの温度測定素子を有する第１のセンサユニットと、温度測定素子を有する第２のセンサユニットと、制御ユニットであって、制御ユニットにより、制御された温度信号を加熱素子において形成可能であり、制御ユニットに、第１の特性マップが格納されており、第１の特性マップには、第１のセンサユニットの加熱素子の熱散逸に応じた排ガス質量流量が記録されている、制御ユニットと、を備える、排ガス質量流量センサを再校正する装置、並びに、排ガス質量流量センサを再校正する方法であって、排ガス質量流量センサの組付け前に、第１のセンサユニットの加熱素子の熱散逸に応じた排ガス質量流量が記録される第１の特性マップを作成して制御ユニットに格納する、排ガス質量流量センサを再校正する方法に関する。
【０００２】
ガス質量流量計は、とりわけ内燃機関における吸気質量測定の範囲において知られている。この場合、特に良好な結果は、熱膜風速測定の原理に従って作動する空気質量測定器により得られる。これは、センサの加熱素子が加熱され、このとき、対流により、この加熱素子の、形成された熱が流動する媒体に放出されることを意味する。その結果として生じる、加熱素子の温度変化、又は、加熱素子温度を保つための追加的な消費電力は、存在する質量流量に対する基準を成している。
【０００３】
改変された質量流量センサは、近年、例えば独国特許出願公開第１０２００６０５８４２５号明細書に記載されているように、排ガス質量流量の測定にも用いられる。質量流量を特定するこの装置は、互いに分離された２つのセンサユニットを備え、そのうちの第１のセンサユニットは、損失電力もしくは熱散逸の特定による質量流量計算に用いられ、第２のセンサユニットは、排ガス流れの温度特定に用いられる。この場合、第１のセンサユニットの加熱素子は、温度測定素子に対して一定の差を有する過剰温度に制御されるか、又は、一定の過剰温度に制御される。そのために必要な追加的な消費電力から、排ガス質量流量を推測することができる。
【０００４】
堆積物に基づく測定エラーを防止するために、両センサユニットは、加熱素子を備え、加熱素子により、基板上の汚染物を燃焼除去することができる。排ガス系統における使用時に生じる汚染物の問題の他に、排ガス系統で一層強く生じる脈動及び乱流の発生時に代表的な測定結果が得られるという問題がある。これに対して独国特許出願公開第１０２００６０５８４２５号明細書において、２つの温度測定素子を相前後して配置することが提案され、これにより、それぞれ上流側の域から下流側の域への、存在する熱放射に基づく方向検出が可能になる。方向検出は、排ガス質量流量の計算に加えることができる。
【０００５】
しかし、方向検出もしくは脈動検出及び堆積物の燃焼除去の可能性にもかかわらず、運転中に増大する測定エラーが生じる。測定エラーの原因として、加熱素子を備える第１のセンサユニット上のセンサ付着物が確認された。センサ付着物は、燃焼除去により除去できず、まさに高められた温度により、好ましくない運転状態でチップ上に生じ、これにより、加熱時に無機化合物が表面上に形成される。
【０００６】
そのような理由から、運転中に排ガス質量流量センサを再校正する方法が公知になっている。そこで国際公開第２００７／０７５５１０号では、センサを自己校正する方法が記載されており、この場合、先ず、加熱素子を温度測定素子に対する過剰温度に保つための加熱素子の消費電力が測定され、続いて、流れが存在しない間における加熱素子の消費電力が測定され、その後で、両消費電力の間の差が計算される。ゆえに、流量を特定するために熱伝達係数が補整を行うべきである。もちろんその際、センサにおいて対流による熱伝達だけが考慮される。更に、センサユニット上のそれぞれ異なる付着物形成による正確ではない温度差測定は考慮されない。
【０００７】
従って、本発明の課題は、エラーの排除により正確な排ガス質量流量測定が可能となる、排ガス質量流量センサを再校正する装置並びに方法を提供することである。
【０００８】
この課題は、請求項１の特徴部に記載の構成を有する、排ガス質量流量センサを再校正する装置、並びに、請求項３の特徴部に記載の構成を有する、排ガス質量流量センサを再校正する方法により解決される。
【０００９】
制御ユニットに、第２の特性マップが格納されており、第２の特性マップにおいて、加熱素子において形成され、第１のセンサユニットの温度測定素子により検出される温度信号と、加熱素子を通じて温度測定素子において測定すべき温度信号とに基づいて、修正係数を求めることができ、修正係数を用いて、加熱素子の測定された熱散逸を、修正された排ガス質量流量に換算可能であることにより、対流に関する変化だけではなく熱放射も特定時に考慮される。それぞれ異なる付着物は、測定された絶対温度の変化及び遅延に表れるので、完全な特性マップでは、その都度形成される温度信号及び測定される温度信号に、正確に１つのセンサユニットの状態を割り当てることができる。これに応じて、センサユニットのそれぞれ異なる汚染率に対して、第１のセンサユニットの加熱素子において形成されて温度測定素子により求められる温度変化に対応した第２のセンサユニットの温度測定素子における反応温度変化が測定され、このとき、反応温度変化に基づいて修正ファクタが形成されて、第２の特性マップとして制御ユニットに格納される。第２の特性マップは、運転時に第１の特性マップによって計算された排ガス質量流量を修正するために用いられる。この再校正は、センサユニットにおけるそれぞれ異なる堆積物の形成でも、ほぼエラーのない排ガス質量流量を特定するのに適している。
【００１０】
好ましくは、第１のセンサユニット及び第２のセンサユニットに加熱素子が配置されており、これにより、煤堆積物を燃焼除去によって除去することができる。このようにして、機関制御のための迅速な測定が維持されることが保証される。なぜならば、基板上の層が厚すぎる場合に最終的にセンサの故障を招き得る時間的な遅延が阻止されるからである。これに応じて、再校正時のエラーを回避するために、再校正前に、両センサユニットに加熱ワイヤを用いて燃焼除去が行われる。
【００１１】
本発明による方法の１つの改良態様では、その都度運転中に利用すべき修正係数を、内燃機関の制御された停止状態で、加熱素子における温度変化の形成及び温度測定素子における反応温度変化の測定により求める。制御された停止状態での測定により、再校正時に、センサにおける流れの変化によるエラーが回避される。
【００１２】
格別に良好な結果は、制御された状態が、内燃機関が始動されていない状態であるときに得られるので、流れが存在せず、反応温度変化は、専らセンサユニットの間の熱伝達、放射及び自然対流に依存している。そうして再校正のために極めて正確な特性マップを作成して、運転時に利用することができる。
【００１３】
特に好ましくは、両センサユニットのそれぞれ異なる汚染率に対して、加熱素子において形成されたそれぞれ異なる少なくとも２つの温度変化に対応した第２のセンサユニットの温度測定素子における少なくとも２つの反応温度変化を測定し、反応温度変化の変化及び反応温度変化の差から修正係数を形成して、修正係数を、第１の特性マップによって計算された排ガス質量流量を運転中に修正するために用いられる第２の特性マップとして制御ユニットに格納する方法が用いられる。そうして、両センサユニット上の完全に異なる付着物形成も検出される。なぜならば、時間的な遅延及びそれぞれ異なる振幅や増加でさえも一緒に評価することができ、その結果、計算された排ガス質量流量の修正を付着物形成に応じて行うこともできるからである。
【００１４】
これに応じて、好ましくは、排ガス質量流量センサの組付け前に、排ガス質量流量が第１のセンサユニットの加熱素子の熱散逸に応じて、かつ修正係数に応じて記録される第１の特性マップを作成して、制御ユニットに格納し、修正係数を、その都度、最後に測定された反応温度信号に応じて第２の特性マップから読み取る。
【００１５】
従って、排ガス質量流量センサを再校正する装置及び方法が実現され、この装置及び方法により、修正係数を算出するためのセンサユニットの付着物の影響が、反応温度変化の評価により特定され、常時、第１のセンサユニットの新たな校正が行われることによって、センサの耐用期間全体にわたって、排ガス質量流量の、生じる付着物に依存しない、従って正確な計算が可能になる。
【００１６】
本発明による、排ガス質量流量センサを再校正する装置の１つの態様を図面に示し、以下に、本発明による、排ガス質量流量センサを再校正する方法と同様に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ダクト内に設けられた排ガス質量流量センサの概略側面図である。
【図２】排ガス質量流量センサの第１のセンサユニットの概略平面図である。
【図３】排ガス質量流量センサの第２のセンサユニットの概略断面図である。
【００１８】
図１に示された排ガス質量流量センサは、ダクト１０内に配置されている。ダクト１０には排ガスが通流し、ダクト１０は、壁１２により画成されている。壁１２には、ダクト軸線１４に対して直交方向に延在する開口１６が形成されており、開口１６を通して、排ガス質量流量センサのハウジング１８がダクト１０に差し込まれている。
【００１９】
ハウジング１８から、第１のセンサユニット２０及び第２のセンサユニット２２がダクト１０に突入している。第１のセンサユニット２０及び第２のセンサユニット２２は、多くの場合多層のセラミック基板２４，２６により形成され、セラミック基板２４，２６に、公知の形で、白金薄膜抵抗及び導体路２８が配置されている。
【００２０】
この場合、センサユニット２０，２２は、通常、排ガスの主流れ方向にみて互いに平行に相前後して位置するように配置されており、この場合、各々のセンサユニット２０，２２の主延在方向もダクト１０内でやはり主流れ方向に対して平行に位置する。排ガスの主流れ方向に対するセンサユニット２０，２２の接続線の平行性により、センサユニット２０，２２は、正面で流れを受け止めるのではなく、単に流れが通過し、このことは、支持体上の堆積物形成を大幅に低減する。
【００２１】
排ガス質量流量センサを再校正する装置は、公知の形で、熱膜風速測定の原理に従って作動し、両センサユニット２０，２２の他に、ハウジング１８の、センサユニット２０，２２に対して逆向きの端部に、差込コネクタ部３０を備え、差込コネクタ部３０から、制御ユニット５２に対する電圧供給及びデータ伝達のための接続ケーブル３２が延出している。制御ユニット５２は、択一的に、ハウジング１８に配置してもよく、又は、機関制御装置に組み込んでよい。ハウジング１８の取付けは、フランジ結合部３４を介して行われる。
【００２２】
図３に示された第２のセンサユニット２２は、温度センサを形成しており、温度センサにより、その都度の排ガス温度が測定される。第２のセンサユニット２２は、第１のセンサユニット２０に対して上流側に配置されており、これにより、第１のセンサユニット２０の加熱にほとんど依存しない排ガス温度が測定される。なぜならば逆の配置では、排ガス流れにより、第１のセンサユニット２０において形成された熱も第２のセンサユニット２０に向けて流れるからである。排ガス温度の測定は、温度測定素子３６を介して行われ、温度測定素子３６は、例えばそれぞれ異なる抵抗を有する２つの白金薄膜抵抗から成っていてよい。温度測定素子３６は、導体路２８、接触タブ３８及び接続ケーブル３２を介して、制御ユニット５２に電気的に接続されている。この第２のセンサユニット２２は、通常運転時に、測定すべきガス流れの温度を測定するために用いられる。更に、基板２４に加熱素子５０が配置されており、加熱素子５０は、オメガの形を有し、これにより、汚染物を燃焼除去するために基板２４の均一な温度分布を形成することができる。
【００２３】
下流側の第１のセンサユニット２０は、本態様では、基板２６に２つの温度測定素子４０，４２を備え、両温度測定素子４０，４２は、互いに独立して導体路２８及び接触タブ３８を介して制御ユニット５２に接続されている。更に、基板２６に加熱素子４４が配置されており、加熱素子４４は、内燃機関の運転時に一定の過剰温度に加熱されるか、又は、温度測定素子３６と比べて一定の温度差に加熱される。存在する流れにより、加熱素子４４の冷却が行われるので、加熱素子４４は、制御された過剰温度を保つために持続的な消費電力を必要とする。この消費電力もしくは熱散逸は、制御ユニット５２において、格納された第１の特性マップ（第１の特性マップは測定すべき機関にセンサを組み付ける前にこのセンサタイプに対する実験により求められる）を用いて、センサユニット２２を介して測定された存在する排ガス温度に応じた排ガス質量流量が求められる。
【００２４】
基板２６における２つの温度測定素子４０，４２の使用は、吸気運動及び排気運動に基づいて往復動機関の排ガス領域において予期されるような、排ガス脈動の発生、つまり排ガス流れの一時的な方向転換の検出及び考慮に役立つ。このとき、熱が上流側の温度測定素子４０から排ガス流れによって下流側の温度測定素子４２の方向に運ばれるので、その都度下流側の温度測定素子４２が上流側の温度測定素子４０よりも高い温度を測定することが前提となっている。流れ方向転換時には、相応に逆向きの熱搬送が生じるので、その都度、上流側の温度測定素子４０が相応の方向に流れる排ガス流れに対して代表的であることが前提となっているか、又は、特性マップが格納され、特性マップには、様々な流れ状態及び両温度測定素子４０，４２の温度に対して、提供される両温度及びこれに追従する消費電力に対応する排ガス質量流量が格納される。
【００２５】
第１のセンサユニット２０の加熱素子４４も、基板２６を加熱するように形成されている。
【００２６】
しかし、センサユニット２０，２２の表面からの特に煤の燃焼除去の可能性にもかかわらず、運転時間が増加するにつれ、測定時にエラーも生じる。このエラーは、第１のセンサユニット２０上の褐色の付着物の成長に起因する。褐色の付着物は、過剰温度に達するための第１のセンサユニット２０の加熱によって不可避であるような、持続的な熱負荷時に生じる。通常の測定運転を阻害する様々な化合物から成るほぼ不溶性の堆積物層が形成される。高くされない温度で運転される温度センサでは、これらの堆積物は存在しない。
【００２７】
従って、本発明によれば、制御ユニット５２に、第１の特性マップの修正を可能にする第２の特性マップが格納される。すなわち、第２の特性マップを介して求められる修正係数を用いて、測定された熱散逸もしくは消費電力に基づいて、正確な排ガス質量流量が計算されるかもしくは読み取られる。
【００２８】
これは、できるだけ内燃機関の停止状態で、つまり流れにより熱が散逸することのない静止状態で、加熱素子４４に温度信号が形成されることにより行われる。この温度信号は、結果として温度測定素子３６において反応温度変化をもたらす。この反応温度変化は、両センサユニット２０，２２の間の対流及び熱放射により、かつ、排ガス質量流量センサのハウジング１８を介する熱伝達により形成される。センサユニット２０，２２上の付着物の種類に応じて、センサ付着物に依存した温度変化の振幅、反応時間及び場合によっては勾配に関して、送信された温度信号と比べて反応温度変化（推移）のそれぞれ異なる大きさの変更が生じる。これに応じて、様々な反応温度変化に対して修正係数を特定し、制御ユニット５２に第２の特性マップとして格納することが可能であり、この場合、この修正係数は、理論的な計算法を介して求められるか、又は、具体的なセンサタイプに対する実験及び運転開始前のセンサユニット２０，２２上のそれぞれ異なる付着物における測定を介して具体的に求められる。
【００２９】
測定精度の追加的な改善は、１つの温度信号だけでなくそれぞれ異なる２つの温度信号が送信され、その反応温度変化が測定されると達成することができる。なぜならば、これにより追加的に、第２の特性マップが両センサユニット２０，２２上の具体的なそれぞれ異なる付着物に対して形成されることを前提として、どのセンサユニット２０，２２にどのような種類の付着物が存在するのかの推測が可能であるからである。
【００３０】
もちろん、その都度最終的に特定される修正係数は、運転中の今後の測定に対して使用される。
【００３１】
高すぎる付着物形成によるセンサユニット２０，２２の故障又は修正係数の特定時の不正確すぎる測定結果を排除するために、再校正前に、両センサユニット２０，２２に、先ず加熱素子４４，５０によって燃焼除去が行われる。
【００３２】
記載の装置及び記載の方法により、センサユニットの表面において燃焼除去できない堆積物が堆積された場合でも、それにもかかわらず、長期の運転期間にわたって排ガス質量流量に関する正確な測定結果を得ることが可能である。正確な測定結果は、有害なエミッションを低減して、消費量を低減するための最適な機関制御に必要である。
【００３３】
独立請求項の権利保護範囲は、記載された態様に制限されるものではないことが明らかである。排ガス質量流量センサの制御ユニットの機能は、もちろん、機関制御装置によって利用してもよい。
【図１】
2015527589.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015527589.tif 000005
【国際調査報告】
2015527589.tif 000006
2015527589.tif 000007
2015527589.tif 000008
2015527589.tif 000009
2015527589.tif 000010
2015527589.tif 000011