DE10154561A1

DE10154561A1 - Luftstrommassesensorumgehungsgehäuse

Info

Publication number: DE10154561A1
Application number: DE10154561A
Authority: DE
Inventors: Jun Steven M Lutowsky; James Ch Driscoll; Edward P Mcleskey; John F Foss
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2021-11-08
Also published as: JP2002202167A; DE10154561B4; US6701781B1; GB2373332A; GB2373332B; GB0127458D0

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Luftstrommassesensor 10 mit einem Gehäuse 14, einem Tragflächenelement 16 und zumindest einem Sensorelement 22, das auf der Oberfläche des Tragflächenelements 16 angebracht ist, um die Unterbrechung des Luftstroms zu minimieren und das Leistungsvermögen des Luftstrommassesensors 10 bei einer geringen Strömung zu verbessern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Luftstrommasse sensoren. Luftstrommassesensoren (MAFS) werden üblicherweise in Verbrennungsmotoren verwendet, um ein optimales Luft- /Kraftstoffverhältnis aufrechtzuerhalten. Luftstrommassesenso ren arbeiten häufig auf dem "Heißdrahtprinzip", demnach eine konstante Temperatur in einem "heißen Element" aufrechterhal ten wird, bei dem es sich häufig um einen Widerstand mit posi tivem Temperaturkoeffizienten handelt. Das heiße Element wird durch den elektrischen Strom erhitzt, das ihn durchsetzt und es wird in dem zuströmenden Luftstrom oder in einem Luftstromprobenahmerohr oder einem "Bypass" bzw. einer Umge hung angeordnet. Ein zweites Umgebungstemperaturmesselement oder "kaltes" Element wird außerdem in derselben Weise ange ordnet und elektrisch parallel zum heißen Element mit Strom versorgt. Wenn die Luft über das heiße Element strömt, kühl sie das Element ab und verringert effektiv den Widerstand der Elemente. Der niedrigere Widerstand erlaubt es, dass mehr Strom fließt, um die konstante Temperaturdifferenz zwischen den heißen und kalten Elementen aufrechtzuerhalten. Diese Stromänderung führt zu einer Spannungsänderung, die an dem Mo torcomputer übertragen wird.

Obwohl Luftstrommassesensoren in der Autoindustrie bekannt sind, können bekannte MAFS-Konstruktionen unerwünschte Eigen schaften zeigen. Eine bekannte Konstruktion verwendet eine Differentialdruckumgehung bzw. einen Differentialdruckbypass zur Erzeugung der benötigten Geschwindigkeitserhöhung hinter dem heißen Sensor zum Messen geringer Luftströme bei Motor leerlauf. Diese Konstruktion kann jedoch zu einem signifikan ten Druckabfall zwischen dem Einlass und dem Auslass der MAFS führen. Dieser Druckabfall trägt zu den gesamten Dissipations verlusten des Luftzuführsystems bei, indem der MAFS eingesetzt wird, wodurch der Wirkungsgrad des AES (Air Induction System bzw. Luftzufuhrsystem) beim Zuführen von Luft zum Motor ver ringert wird. Dies kann hochgradig unerwünscht sein.

Bei einem Versuch, die Höhe des Druckabfalls über dem MAFS zu verringern, versuchen einige bekannte Differentlaldruckumge hungskonstruktionen, das Eindringen bzw. Hineinstehen des Sen sors in den zuströmenden Luftstrom zu begrenzen. Dies kann je doch zu der Notwendigkeit enger Toleranzen bei der Montage des MAFS innerhalb des Luftstroms führen. Eine Veränderung der Montage dieser MAFS-Konstruktionen kann zu einer Veränderung des Anfangssignals führen und damit das Motorleistungsvermögen beinträchtigen. Die zum Minimieren dieser Veränderungen erfor derlichen engen Toleranzen können zu unerwünschten Kostenerhö hungen beim Luftstrommassesensor und dem Luftzuführsystem füh ren.

Aktuelle MAFS-Konstruktionen sind außerdem mit der unerwünsch ten Eigenschaft behaftet, dass die Sensorelemente im zuströ menden Luftstrom zu liegen kommen. Hiermit kann eine Erhöhung des Risikos zu einer Verschmutzung der Erfassungselemente auf grund von Partikeln im Luftstrom verbunden sein. Eine Ver schmutzung der Erfassungselemente kann potentiell zu einer Verschiebung des Ausgangssignals mit dem Luftstrommassesensor verursachen. Es ist bekannt, dass Verschiebungen in dem Luft strommassesensorausgangssignal dazu führen können, dass das Luft-/Kraftstoffgemisch zu mager wird, was zu Klopfen und zu einer Beschädigung des Motors führt.

Es besteht deshalb ein starker Bedarf an einer Luftstrommasse sensorkonstruktion, die den Druckabfall von Luft verringert, die einen MAFS durchsetzt, diese Notwendigkeit für enge Tole ranzen beseitigt und die das Risiko einer Verschmutzung der Erfassungselemente verringert.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin einen Luftstrommassesensor mit erhöhtem Wirkungsgrad, verrin gerten Kosten und verringerter Empfindlichkeit gegenüber Ver schmutzung zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach stellt die Erfindung einen Luftstrommassesensor mit einem Gehäuse bereit. Innerhalb des Gehäuses ist ein Tragflä chenelement bzw. ein Tragflügelelement angeordnet. Zumindest ein Erfassungselement ist auf der Oberfläche des Tragflächen elements angebracht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel haft näher erläutert; in dieser zeigen:

Fig. 1 beispielhaft eine Ausführungsform eines Luftstrommas sensensors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung des in Fig. 1 gezeigten Luftstrommassesensors eingebaut in einem Luftansaugrohr dargestellt,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des in Fig. 2 gezeigten Luftstrommassesensors entlang der Linie 3-3 in Richtung der Pfeile gesehen, und

Fig. 4 eine zusätzliche Darstellung des in Fig. 3 gezeigten Luftstrommassesensors.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Luftstrommassesensors 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Der Luftstrommassesensor 10 dient bevorzugt zum Einsatz bei Kraft fahrzeuganwendungen. Der Luftstrommassesensor 10 kann in zahl reichen anderen Anwendungen zum Einsatz kommen, einschließlich Nichtkraftfahrzeuganwendungen.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Luftstrommassesen sors 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Der Luftstrommassesensor 10 ist in einem Luftansaugrohr 12 positi oniert gezeigt. Der Luftstrommassesensor 10 umfasst ein Gehäu se 14. Gemäß einer Ausführungsform besteht das Gehäuse 14 aus Kunststoff, obwohl eine Vielzahl von Materialien bei seiner Erstellung verwendet werden können. Obwohl das Gehäuse 14 in einer Vielzahl von Formgestaltungen geformt werden kann, ist es in einer bevorzugten Ausführungsform allgemein in Tragflä chenform gebildet, um die Auswirkung auf die das Luftansaug rohr 12 durchsetzende Luft zu minimieren.

Der Luftstrommassesensor 10 kann außerdem das gesamte Ansaug rohr 12 überbrücken bzw. sich quer zu diesem erstrecken, um sämtliche ungünstigen Auswirkungen auf den Luftstrom hinter den Erfassungselementen 22 (siehe Fig. 3) aufgrund der Luft stromstörungen am freien Ende des Querelements zu verringern.

Der Luftstrommassesensor 10 umfasst außerdem ein Tragflächen element 16. In einer Ausführungsform ist das Tragflächenele ment 16 integral mit dem Gehäuse 14 gebildet, obwohl bei wei teren Ausführungsform das Tragflächenelement 16 getrennt ge bildet sein kann.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des in Fig. 2 gezeigten Luftstrommassesensors 10 entlang der Linie 3-3 in Richtung der Pfeile gesehen. Das Tragflächenelement 16 ist in allgemeiner Tragflächenform gezeigt, obwohl eine Vielzahl von Tragflächen formen zum Stand der Technik gehören (und eingesetzt werden können). In der dargestellten Ausführungsform weist das Trag flächenelement 16 einen Abschnitt 18 größeren Querschnitts und einen Abschnitt 20 kleineren Querschnitts auf, wobei der quer schnittsgrößere Abschnitt 18 stromaufwärts vom querschnitts kleineren Abschnitt 20 innerhalb des Luftansaugrohrs 12 zu liegen kommt. In anderen Ausführungsformen sind jedoch alter native Formen und Konfigurationen möglich.

Der Luftstrommassesensor 10 umfasst außerdem zumindest ein Sensorelement 22, das auf der Oberfläche des Tragflächenele ments 16 angebracht ist. Obwohl eine variierende Anzahl von Sensorelementen 22 möglich ist, zeigt Fig. 3 eine übliche Kon figuration mit zwei Sensorelementen 22. Die Sensorelemente 22 sind auf der Oberfläche des Tragflächenelements 16 angebracht. Die Position der Sensorelemente 22 auf der Oberfläche des Tragflächenelements 16 erlaubt es, dass die Sensorelemente 16 dem Luftstrom mit minimaler Unterbrechung der Luft ausgesetzt sind, wenn diese über die Sensoren 16 hinweg streicht. Der Druckabfall, der durch bestimmte Luftstrommassesensoren er zeugt werden kann, wird beispielsweise minimiert. Außerdem vermag das Tragflächenelement 16 die zuströmende Luft zu be schleunigen und dadurch den Dynamikbereich der Sensorelemente 22 zu verbessern. Dies kann die Fähigkeit der Sensorelemente 22 verbessern, geringere Luftströme genau zu messen.

Obwohl eine Vielzahl bekannter Typen von Sensorelementen 22 zum Stand der Technik gehören, verwendet eine Ausführungsform Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizient als Sensoren zum Messen des Luftstroms hinter den Sensoren. Diese Wider stände arbeiten üblicherweise auf Grundlage des an sich be kannten "Heißdraht"-Prinzips. In dieser Konfiguration wird ein Umgebungswiderstand bzw. Umgebungstemperaturmesswiderstand oder ein Umgebungssensorelement 24, auch als Kaltdraht bekannt, verwendet, um die Umgebungstemperatur der Luft zu messen. Ein zweiter Widerstand bzw. ein Heißsensorelement 23, auch als Heißdraht bekannt, wird verwendet, um den Luftstrom zu erfas sen. Beide Erfassungselemente 22 sind in dem Luftstrom ange ordnet. Das Heißsensorelement 23 wird erhitzt durch Pumpen von Strom durch dieses bis seine Temperatur einen festgelegten Gradienten von bzw. gegenüber dem Umgebungssensorelement 24 erreicht. Wenn der Luftstrom über das Heißsensorelement 23 zu nimmt, wird Wärme auf die Luft mit höherer Geschwindigkeit übertragen. Wenn dies stattfindet, beginnt die Temperatur des Heißsensorelements 23 niedriger zu werden und folglich einen geringeren Widerstand aufzuweisen. Wenn der Widerstand des Heißsensorelements 23 damit beginnt, niedriger zu werden, er höht die Schaltung die Energiemenge, die durch das Heißsensor element 23 als Verlustleistung abgeführt wird durch Pumpen von Mehrstrom durch dasselbe.

Der Luftstrommassesensor 10 kann außerdem einen ersten Luft stromkontroller 26 und einen zweiten Luftstromkontroller 28 umfassen. Der erste Luftstromkontroller 26 und der zweite Luftstromkontroller 28 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Tragflächenelements 16 angeordnet. Obwohl der Luftstrommasse sensor 10 ohne diese Controller betreibbar ist, können sie nützlich sein beim Steuern und Erhöhen der Geschwindigkeit des Stroms hinter den Sensorelementen 22. Dies kann zu einer Ver besserung des Dynamikbereichs des Luftstrommassesensors 10 beitragen und außerdem das Leistungsvermögen unter Bedingungen geringer Luftströmung verbessern. Obwohl die Kontroller in ei ne Vielzahl von Gestalten gebildet sein können, sieht eine Ausführungsform vor, dass sie in den Tragflächenformen gebil det sind, um ihren Widerstand zu verringern und ihr Leistungs vermögen zu verbessern. Wie im Fall des Tragflächenelements 16 können der erste Luftstromkontroller 26 und der zweite Luft stromkontroller 28 getrennt gebildet sein. In alternativen Ausführungsformen können sie als integraler Teil des Gehäuses bzw. einstückig mit diesem gebildet sein. Obwohl ein erster Luftstromkontroller 26 und ein zweiter Luftstromkontroller 28 erläutert worden ist, wird bemerkt, dass der Luftstrommasse sensor 10 mit einer unterschiedlichen Anzahl von Luftstromkon trollern und auch mit keinen Luftstromkontrollern praktisch ausgeführt sein können.

Obwohl die Sensorelemente 22 auf einen beliebigen Abschnitt der Oberfläche des Tragflächenelements 16 angebracht sein kön nen, sind sie wie in Fig. 4 gezeigt, in eine Ausführungsform stromabwärts von dem Scheitel 30 des Tragflächenelements 16 angeordnet. Durch Anordnen der Sensorelemente 22 stromabwärts vom Scheitel 30 ist es weniger wahrscheinlich, dass Schmutz stoffe 32 innerhalb des Luftstroms sich auf den Sensorelemen ten 22 sammeln und die Verringerung des Leistungsvermögens der Sensorelemente bzw. Erfassungselemente 22 aufgrund von Schmutzstoffen 32 ist minimiert.

Während die Erfindung vorstehend in Verbindung mit mehreren Ausführungsformen erläutert wurde, wird bemerkt, dass sie zahlreichen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich ist, die sämtliche im Umfang der anliegenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Luftstrommassesensor, aufweisend: Ein Gehäuse, ein Trag flächenelemente, und zumindest ein Sensorelement, das auf der Oberfläche des Tragflächenelements oder benachbart zu diesem angebracht ist.

2. Luftstrommassesensor nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Sensorelement einen Widerstand mit positivem Temperatur koeffizient ist.

3. Luftstrommassesensor nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Sensorelement stromab von einem Scheitel des Tragflächen elements angebracht ist.

4. Luftstrommassesensor nach Anspruch 1, wobei das Tragflä chenelement einen Abschnitt größeren Querschnitts und einen Abschnitt kleineren Querschnitts aufweist, wobei der Abschnitt größeren Querschnitts stromauf von dem Abschnitt kleineren Querschnitts angeordnet ist.

5. Luftstrommassesensor nach Anspruch 1, außerdem aufweisend:
einen ersten Luftstromkontroller, und
einen zweiten Luftstromkontroller, wobei der erste Luft stromkontroller und der zweite Luftstromkontroller auf gegenü berliegenden Seiten des Tragflächenelements angeordnet sind,
wobei der erste Luftstromkontroller und der zweite Luftstromkontroller den Strom der Luft hinter dem Tragflächenelement steuern.

6. Luftstrommassesensor nach Anspruch 5, wobei der erste Luftstromkontroller und der zweite Luftstromkontroller Trag flächen bzw. Elemente in Tragflächenform sind.

7. Luftstrommassesensor nach Anspruch 5, wobei das Tragflä chenelement, der erste Luftstromkontroller und der zweite Luftstromkontroller als Teil des Gehäuses gebildet sind.

8. Luftstrommassesensor nach Anspruch 1, wobei das Tragflä chenelement in etwa in der Mitte eines Ansaugrohrs zu liegen kommt.

9. Luftstrommassesensor nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Sensorelement zwei Sensorelemente umfasst, die nach dem Heißdrahtprinzip arbeiten.

10. Luftstrommassesensor nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse sich über den gesamten Durchmesser des Luftansaugrohrs er streckt.

11. Luftstrommassesensor, aufweisend: ein Gehäuse, ein Trag flächenelement,
zumindest ein Sensorelement, das auf der Oberfläche des Trag flächenelements oder benachbart zu diesem angeordnet ist,
einen ersten Luftstromkontroller, und
einen zweiten Luftstromkontroller, wobei der erste Luftstrom kontroller und der zweite Luftstromkontroller auf gegenüber liegenden Seiten des Tragflächenelements zu liegen kommen, wo bei der erste Luftstromkontroller und der zweite Luftstromkon troller den Strom hinter dem Tragflächenelement steuern.

12. Luftstrommassesensor nach Anspruch 11, wobei das zumindest eine Sensorelement ein Widerstand mit positivem Temperaturko effizienten ist.

13. Luftstrommassesensor nach Anspruch 11, wobei das zumindest eine Sensorelement stromab vom Scheitel des Tragflächenele ments zu liegen kommt.

14. Luftstrommassesensor nach Anspruch 11, wobei das Tragflä chenelement einen Abschnitt größeren Querschnitts und einen Abschnitt kleineren Querschnitts enthält, wobei der Abschnitt größeren Querschnitts stromauf von dem Abschnitt kleineren Querschnitts zu liegen kommt.

15. Luftstrommassesensor nach Anspruch 11, wobei der erste Luftstromkontroller und der zweite Luftstromkontroller Trag flächen bzw. Elemente in Tragflächenform sind.

16. Luftstrommassesensor nach Anspruch 11, wobei das Tragflä chenelement, der erste Luftstromkontroller und der zweite Luftstromkontroller als Teil des Gehäuses gebildet sind.

17. Luftstrommassesensor nach Anspruch 11, wobei das Tragflä chenelement in etwa im Zentrum eines Ansaugrohr zu liegen kommt.

18. Luftstrommassesensor nach Anspruch 11, wobei das zumindest eine Sensorelement zwei Sensorelemente umfasst, die nach dem Heißdrahtprinzip arbeiten.