Der Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine hängt ganz wesentlich von der Menge der zugeführten Luft ab. Es werden daher Massenstromsensoren eingesetzt, die die Masse eines strömenden Gases fühlen. Einem gefühlten Messsignal in Form eines Strom-und Spannungswertes bzw. Periodendauerwer- tes bei getakteten Signalen wird nachfolgend ein Wert für den Massenstrom, beispielsweise in Kilogramm/Stunde, zugeordnet.

Damit die gefühlten Messsignale die vorbeiströmende Masse korrekt wiedergeben, ist es erforderlich, den Massenstromsen- sor zu kalibrieren.

Aus DE 198 57 329 Al ist eine Fließbank und ein Verfahren zum Prüfen und Kalibrieren eines Massenstromsensors bekannt. Bei der Fließbank werden ein zu kalibrierender Massenstromsensor und ein Referenz-Massenstromsensor hintereinander in einem Strömungskanal angeordnet. Eine Pumpe erzeugt einen Luftmas- senstrom in dem Strömungskanal, wobei die beiden Massenstrom- sensoren stromaufwärts von einer Drosselklappe positioniert sind. Eine Position stromabwärts ist auch möglich. Eine Steu- erung stellt die Drosselklappe in dem Strömungskanal, so dass der Massenstrom unterschiedlich stark ist. Aus den Messwerten des Referenz-Massenstromsensors werden die Werte für den zu kalibrierenden Massenstromsensor bestimmt. Bei der Bestimmung der Werte für den zu kalibrierenden Massenstromsensor müssen Druckverluste an dem stromaufwärts liegenden Sensor berück- sichtigt werden.

In der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 101 49 292.8 ist beschrieben, ohne Referenz- Massenstromsensor zu arbeiten. Hierbei wird über ein Stan- dardventil in dem Strömungskanal ein Massenstrom-Zeit-Profil vorgegeben. Der zu kalibrierende Massenstromsensor wird in dem durch das Standardventil gestellten Luftmassenstrom an- hand eines vorbestimmten Massen-Zeit-Profils kalibriert.

Nachteilig an diesem, auch als masterlose Kalibrierung be- zeichneten Verfahren ist, dass Temperatur-und Druckverlauf auf der Saugseite der Pumpe absolut konstant gehalten werden müssen. Etwaige Änderungen aufgrund der Umgebungstemperatur und/oder des Umgebungsdrucks können die Werte der Kalibrie- rung verfälschen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kalibrierung eines Massenstromsensors bereitzustellen, das bzw. die oben genannte Nachteile vermei- det und besonders schnell und zuverlässig die Kalibrierung des Massenstromsensors gestattet.

Die zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Massenstromsensors mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung bilden den Gegenstand der Unteran- sprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt einen Strömungskanal und eine Halterung für einen zu kalibrierenden Massenstrom- sensor in dem Strömungskanal. Der Strömungskanal ist an einem Ende mit einer Pumpe verbunden, die Gas, insbesondere Luft durch den Strömungskanal fördert. Zwischen der Halterung und der Pumpe ist eine verstellbare Drosseleinrichtung vorgese- hen. Die Drosseleinrichtung ist derart ausgelegt, dass bei einem Betrieb der Pumpe eine Strömung in dem engsten Quer- schnitt der Drosseleinrichtung mit Schallgeschwindigkeit er- zeugt wird. Eine Steuereinrichtung verstellt die Drosselein- richtung während des Kalibriervorganges gemäß einem vorbe- stimmten Zeit-Weg-Profil. Die verstellbare Drosseleinrichtung wird im überkritischen Betrieb betrieben, indem ein bestimm- tes Druckverhältnis zwischen Eingangsdruck und Saugseiten- druck erzielt wird. Im überkritischen Betrieb der Drosselein- richtung gilt, dass bei einer Änderung des Saugseitendrucks sich die Geschwindigkeit im engsten Querschnitt der Düse nicht ändert, und somit der Massenstrom durch die Drosselein- richtung konstant bleibt. Eine Überwachung des saugseitigen Drucks kann entfallen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt sich bei der ver- stellbaren Drosseleinrichtung um eine variable Düse. Als Vor- teil hat sich herausgestellt, dass für eine überkritisch be- triebene Düse der Massenstrom sehr genau aus Druck, Tempera- tur und relativer Luftfeuchte berechenbar ist.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besitzt die va- riable Düse einen sich konisch erweiternden Abschnitt und ei- nen in dem Abschnitt angeordneten Dorn, dessen Position über einen Antrieb in dem Abschnitt verstellbar ist, um den freien Querschnitt in dem Abschnitt zu verändern. Der Dorn besitzt hierbei bevorzugt die Form eines Kegels oder eines Kegel- stumpfs, der zentral in dem Abschnitt angeordnet ist. Der Dorn ist bevorzugt entlang seiner Längsachse über den Antrieb verstellbar.

Bevorzugt sind zwischen Luftmassensensor und Drosseleinrich- tung Sensoren zum Erfassen von Zustandsgrößen des Massen- stroms angeordnet. Hierbei handelt es sich um Fühler für Tem- peratur, relative Luftfeuchte und Druck. Diese Werte werden verwendet, um den durchtretenden Massenstrom zu bestimmen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfah- ren mit den Merkmalen aus Anspruch 8 gelöst. Eine bevorzugte Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand von Anspruch 9.

In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zu kalibrierender Massenstromsensor in dem Strömungskanal angeordnet. In dem Strömungskanal wird ein Massenstrom er- zeugt, dessen Werte mit der Zeit variieren. Der Massenstrom, der beispielsweise in den Einheiten von Kilogramm/Stunde an- gegeben wird, ändert sich in dem Strömungskanal. In dem Strö- mungskanal ist zusätzlich eine Drosseleinrichtung vorgesehen, die im engsten. Querschnitt mit Schallgeschwindigkeit durch- strömt wird. Gegenüber der herkömmlichen Rampenfließbank spielen hierbei Druck und Temperatur auf der Saugseite keine Rolle, so dass die Kalibrierung stabiler wird und schneller erfolgen kann. Hinzu kommt, dass das erfindungsgemäße Verfah- ren weitestgehend unabhängig von der Stabilität der Pumpsaugleistungs ist.

In einer bevorzugten Weiterführung des erfindungsgemäßen Ver- fahren, ist als Drosseleinrichtung eine verstellbare Düse vorgesehen, die entsprechend einer vorgegebenen Zeitkurve den Massenstrom mit vorbestimmten Werten an dem zu kalibrierenden Massenstromsensor vorbeiführt.

Neben der vorstehend beschriebenen Kalibrierung kann die Er- findung auch zum Überprüfen und/oder zur Diagnose der Massen- stromsensoren eingesetzt werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 eine Fließbank in schematischer Ansicht und Fig. 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt eine Fließbank 10 in einer schematischen An- sicht. Über eine trichterförmige Aufnahmeöffnung 12 tritt Luft in Strömungsrichtung A in die Fließbank ein. Stromab- wärts von der Einlassöffnung 12 ist der Kopf eines Einsteck- Luftmassensensors zu erkennen, dessen Messbereich von dem Luftstrom umspült wird. Die Fließbank ist jedoch keineswegs auf Einsteck-Luftmassensensoren beschränkt, sondern es können auch beliebige Luftmassensensoren in dem Strömungskanal ka- libriert werden. Hierbei kann beispielsweise der zu kalibrie- rende Luftmassensensor bereits zusammen mit einem Rohrab- schnitt 16 eingesetzt in dem Strömungskanal platziert werden.

Weiter stromabwärts sind Sensoren für Temperatur 18, relative Luftfeuchte 20 und Druck 22 vorgesehen. Stromabwärts der Sen- soren befindet sich eine verstellbare Düse 24. Bei der in Fi- gur 1 dargestellten Düse handelt es sich um eine sogenannte Lavaldüse, deren Strömungsverhältnisse besonders gut analy- siert sind. Ist im engsten Querschnitt die Schallgeschwindig- keit erreicht, so wird die Ausflussmenge auch bei einem Sin- ken des saugseitigen Drucks (stromabwärts der Düse) nicht be- einflusst. Auch durch ein Steigen des saugseitigen Drucks wird die Ausflussmenge nicht beeinflusst, solange der über- kritische Betrieb beibehalten wird. Wird die Lavaldüse 24 im überkritischen Bereich betrieben, so ist die auf den zu ka- librierenden Massenstromsensor treffende Ausflussmenge der Düse unabhängig von Schwankungen in der Pumpförderleistung, solange das kritische Druckverhältnis nicht überschritten wird.

Der Massenstrom durch die Düse 24 wird über einen Dorn 26 dy- namisch eingestellt, der entlang der Richtung des Doppel- pfeils B verfahrbar ist. Gestellt wird der Dorn 26 über den Antrieb 28, der von der Steuereinrichtung (nicht dargestellt) angesteuert wird. Saugseitig ist in dem Strömungskanal ein Drucksensor 30 vorgesehen. Der Drucksensor 30 ermöglicht es, zusammen mit dem Drucksensor 22 festzustellen, welches Druck- verhältnis an der Düse 24 vorliegt und daraus zu folgern, ob bereits der überkritische Betrieb erreicht wurde. Der Luft- strom durch den Strömungskanal wird von der Pumpe 32 erzeugt.

Während des Kalibrierens des Luftmassensensors 14 wird nach einem vorgegebenen Zeit-Wegprofil die Stellung des Dorns 26 geändert. Die Änderung erfolgt kontinuierlich. Da im überkri- tischen Bereich der Massenstrom aus der Düse 24 unabhängig von dem saugseitigen Druck ist, kann der zu kalibrierende Massenstromsensor 14 besonders zuverlässig kalibriert und/oder überprüft werden.

Figur 2 zeigt die einzelnen Verfahrensschritte des erfin- dungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 34 wird der zu kalibrie- rende Sensor in den Strömungskanal eingesetzt. In Schritt 36 wird ein Strom durch die Düse aufgebaut. In Schritt 38 wird der Dorn 26 kontinuierlich herausgezogen nach einem vorbe- stimmten Weg-Zeit-Profil, das das Massenstrom-Zeit-Profil durch die Düse festlegt. Gleichzeitig werden in Schritt 40 die Messsignale des zu kalibrierenden Massenstromsensors er- fasst.