DE10217883A1 - Vorrichtung zur Messung einer Luftmasse im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Luftmassensensor, bestehend aus Einsteckelement und Messkanalelement. Das Einsteckelement ist mit mechanischen Verbindungsmitteln für das Messkanalelement versehen. Das Messkanalelement besitzt an seiner zu dem Einsteckelement weisenden Seite eine Durchbrechung. Bei einer Überkopf-Montage des Luftmassensensors kann eingetretene Flüssigkeit durch die Öffnung abfließen, wodurch eine Beschädigung der Sensorelemente vermieden wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Luftmasse im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine. Eine solche Vorrichtung wird auch kurz als Luftmassenmessvorrichtung oder als Luftmassensensor bezeichnet.
• Die Vorrichtung wird in den Ansaugkanal für die Luftmasse eingesteckt und von einem definierten Anteil der Gesamtluftströmung durchströmt. Die Einsteckkanal-Luftmassenmessvorrichtungen werden in ihrem Aufbau und ihrer Geometrie jeweils den Abmessungen des Ansaugtrakts und dem Platzbedarf im Motorraum geometrisch angepasst.
• Luftmassensensoren im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen sind hinlänglich bekannt. Sie dienen dazu, die für die Zylinder der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse zu erfassen und so die Motorsteuerung in die Lage zu versetzen, das Luftkraftstoffgemisch sowie andere Betriebsparameter richtig einzustellen. Die Funktionsweise und der Aufbau der Luftmassensensoren braucht hier nicht weiter vertieft zu werden.
• Infolge von Wassereintritt in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei regennasser Fahrbahn, kann es bei Luftmassensensoren zu starken Verfälschungen der Messsignale und sogar zum Ausfall des Sensors kommen. Insbesondere bei dem Einsatz der Heißfilmanemometrie zur Bestimmung der Luftmasse führt ein Feuchtigkeitseintritt zu erheblichen Messfehlern bis hin zu einem Ausfall der Sensoren.
• DE 197 41 031 zeigt einen Luftmassensensor, dessen Eintrittsöffnung für den Luftmassenstrom sich trichterförmig verjüngt, um im Bereich der Messelemente eine beschleunigte Strömung an diesen vorbeizuführen. Von der Luftströmung mitgeführte Wassertropfen werden hierbei ebenfalls beschleunigt und treffen auf die Sensorelemente. Je nach Einbauposition kann sich in dem Messkanal eingetretenes Wasser sammeln und so den Luftdurchtritt durch den Messkanal vollständig verhindern oder so weit einschränken, dass die Messergebnisse erheblich verfälscht werden.
• Für den aus DE 197 41 031 bekannten Luftmassensensor ist es bekannt, Öffnungen in einem Boden oder einem Deckelteil vorzusehen, um Druckwellen in dem Messkanal zu dämpfen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Luftmassensensor einen Messkanal bereitzustellen, der ohne nachteilig die Strömungsverhältnisse im Bereich der Messsensoren zu verändern, diese wirkungsvoll vor Feuchtigkeit schützt.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Messung einer Luftmasse im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine. Insbesondere handelt es sich um einen sogenannten Einsteckkanal- Luftmassensensor. Die Vorrichtung besteht aus einem Einsteckelement und einem Messkanalelement. Das Einsteckelement, das einen auf eine Öffnung im Ansaugtrakt setzbaren Kopf besitzt, ist mit mechanischen Verbindungsmitteln versehen. Das Einsteckelement kann je nach Anwendung unterschiedlich ausgestaltet sein. Das Messkanalelement besitzt einen Messkanal mit mindestens einem Sensorelement, an dem die zu messende Luftmasse vorbeigeführt wird. Das Messkanalelement ist an einer Seite mit einer Verbindungsfläche für die Verbindungsmittel des Einsteckelements versehen. Die Verbindungsfläche ist eine zu dem Einsteckelement weisende Fläche. Das Messkanalelement ist im Bereich der Verbindungsfläche mit mindestens einer Durchbrechung versehen. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass das Messkanalelement unabhängig von seiner Einbauposition oder sonstigen Gegebenheiten im Motorraum stets gleich ausgebildet ist. Das Einsteckelement, das beispielsweise bereits aufgrund seines Steckerelements für die Motorsteuerung individuell angepasst werden muss, wird im Bereich der Verbindungsfläche mit dem Messkanalelement verbunden. Indem die Durchbrechung in dieser Fläche vorgesehen ist, kann mit einem einheitlichen Messkanalelement, das stets eine Durchbrechung aufweist, durch spezielle Ausgestaltung des Einsteckelements, eine individuelle Anpassung des Messkanalelements an die Einbausituation vorgenommen werden. Mit dem erfindungsgemäßen Luftmassensensor können für unterschiedlichste Typen und Bauweisen der Brennkraftmaschinen Luftmassensensoren mit stets einem Typ von Messkanalelement verwendet werden, wobei das Einsteckelement jeweils speziell an die Einbausituation angepasst sein muss. Besteht für die Einbausituation die Gefahr, dass Wasser in den Messkanal eindringt, so kann das Einsteckelement derart ausgebildet sein, um durch die Durchbrechung getretenes Wasser abzuleiten.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 2 besitzt das Messkanalelement einen ersten und einen zweiten Kanalabschnitt, die über einen Umlenkabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der Umlenkabschnitt durch eine die Verbindungsfläche bildende Wand begrenzt ist. Einsteckelement und Messkanalelement sind also im Bereich des Umlenkabschnitts miteinander verbunden.
• Bevorzugt sind die Verbindungsmittel des Einsteckelements mit einem oder mehreren Stegen zur Verbindung mit der Verbindungsfläche des Messelements versehen. Die Verwendung von Stegen, die an einer dem Messkanalelement zugewandten Seite aus dem Einsteckelement vorstehen, hat sich aus verschiedenen Gesichtspunkten als besonders vorteilhaft erwiesen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das freie Ende des Steges durch Schweißen oder Verkleben mit der Verbindungsfläche des Messkanalelements verbunden. Es sind jedoch auch beliebige Verschlüsse und sonstige Verbindungsmittel möglich.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Einsteckelement mindestens mit zwei parallel zueinander verlaufenden Stegen versehen. Die Stege verlaufen bevorzugt quer zu der Hauptströmungsrichtung des Kanals.
• In einer weiteren Ausgestaltung sind ein oder mehrere Stege vorgesehen, die die Öffnung in der Verbindungsfläche im verbundenen Zustand von Einsteckelement und Messkanalelement verschließen. In dem Fall also, indem aufgrund der Einbauposition des Luftmassensensors bereits die Gefahr eines Wassereintritts vermieden werden kann und aus sonstigen Gründen keine Durchbrechung erforderlich ist, kann diese durch einen oder mehrere Vorsprünge verschlossen werden. Hierdurch entfällt die Durchbrechung vollständig, indem die Vorsprünge in die Durchbrechung ragen und an der Oberfläche bündig mit dieser abschließen.
• Neben den beiden vorstehend genannten Möglichkeiten, in denen durch die Öffnung hindurchgetretene Flüssigkeit abgeführt wird oder die Durchbrechung verschlossen wird, besteht auch die Möglichkeit, einen oder mehrere Vorsprünge derart an dem Einsteckelement anzuordnen, dass im verbundenen Zustand ein Hohlraum mit der Durchbrechung als Öffnung entsteht.
• Zur Verbindung von Einsteckelement und Messkanalelement hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, einen Steg mit zwei Stegabschnitten vorzusehen, die an ihren Enden unter einem spitzen Winkel aufeinandertreffen und im Bereich dazwischen bauchig ausgebildet sind. Bei dieser Anordnung der Stege kann eine Verbindung der Elemente beispielsweise durch Linearreibschweißen erzielt werden.
• Bevorzugt sind in dem Messkanalelement erster und zweiter Messkanalabschnitt voneinander durch eine Wand getrennt, die senkrecht zu der Wand des Umlenkabschnitts steht. Der erste Messkanalabschnitt, in den die zu messende Luft eintritt, kann bevorzugt gegenüber dem ersten Messkanalabschnitt um 90° abgewinkelt sein, so dass die eintretende Luftmasse in dem ersten Messkanalabschnitt um 90° und in dem Umlenkbereich um 180° umgelenkt wird. Bei dieser Anordnung der Messkanalabschnitte ist bereits weitgehend ein Schutz vor mitgeführten Wassertropfen sichergestellt. Jedoch bei einer Einbauposition Überkopf, kann sich eintretende Flüssigkeit im Umlenkbereich sammeln. Für diese Einbauposition empfiehlt es sich, die Durchbrechung nicht zu verschließen und das durchgetretene Wasser abzuführen.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Luftmassensensor in der Überkopf-Position,
• Fig. 2 einen Luftmassensensor nach dem Stand der Technik in der Überkopf-Position,
• Fig. 3 Luftmassensensor in der auseinandergezogenen Darstellung,
• Fig. 4 Detailansicht der Verbindungswand und der Befestigungsstege,
• Fig. 5 Detailansicht der Verbindungswand mit einem die Durchbrechung verschließenden Steg,
• Fig. 6 Detailansicht der Verbindungswand mit quaderförmigen Stegen,
• Fig. 7 Detailansicht der Verbindungswand mit quaderförmigem Hohlraum und
• Fig. 8 Detailansicht der Verbindungswand mit einem Paar von parallelen Stegen.
• Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Luftmassensensor 10 in einer Querschnittsansicht. Der Luftmassensensor 10 besitzt eine Einlassöffnung 12, durch die ein definierter Teilstrom der Luftmasse in die Messkanäle 14 eintritt. Die Strömungsrichtung ist mit dem Pfeil 18 gekennzeichnet.
• Der Luftmassensensor 10 besteht aus einem Einsteckteil 20, das eine Verbindung 22 zum Anschluss eines Steckers zur Motorsteuerung aufweist. Zur Abdichtung der Einstecköffnung in dem Ansaugtrakt ist ein umlaufender Dichtungsring vorgesehen. In dem in den Ansaugkanal hineinstehenden Teil ist eine Wand 26 mit drei Vorsprüngen 28 bis 32 vorgesehen.
• In dem Kanal des Ansaugtrakts ist der Messkanal 34 vorgesehen. Der Messkanal 34 besitzt auf seiner stromaufwärts weisenden Seite ein Gehäuse 36 mit der Auswerteelektronik für die Signale der Sensoren (nicht dargestellt). Die zu dem Einsteckelement 20 weisende Seite 38 ist mit einer Durchbrechung 40 versehen.
• Fig. 2 zeigt einen Luftmassensensor nach dem Stand der Technik 42, der in der Überkopf-Position montiert ist. Eintretende Wassertropfen 44 sammeln sich in dem Messkanal und verschließen den Luftdurchgang. Erreicht der Füllstand der Flüssigkeit die in Fig. 2 dargestellte Höhe, so gelangt die Flüssigkeit in Kontakt mit den Messelementen, wodurch diese zerstört werden können.
• Fig. 5 zeigt eine Fläche 26 des Einsteckelements mit drei parallel zueinander angeordneten Stegen 46 bis 50. Auf den Stegen liegt die Verbindungswand 38 mit der schlitzförmigen Durchbrechung 40. Die sich an die Verbindungswand anschließende Seitenwand des Messkanals und das Gehäuse 36 der Elektronik sind zur besseren Übersicht in den Fig. 4 bis 8 nicht dargestellt. Die Verbindungswand 38 ist mit den Stegen 46 und 50 verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise durch Schweißen, bevorzugt Laser- oder Reibschweißen, oder Kleben erfolgen. Der mittlere Steg 48 liegt an der Verbindungswand 38 an, so dass die Durchbrechung 40 durch den Steg 48 verschlossen wird.
• Die in Fig. 4 dargestellte Variante dient einem anderen Zweck. Die Verbindungsplatte 38 mit ihrer Öffnung 40 ist mit einem Steg 52 verbunden. Der Steg besitzt zwei Abschnitte 54 und 56, die an ihren Enden spitz aufeinander zulaufen. Der Zwischenbereich ist bauchig ausgestaltet. Der Steg 54 begrenzt einen Hohlraum an dem Einsteckelement 20, der lediglich durch die Durchgangsöffnung 40 zugänglich ist. Ein solcher Hohlraum kann vorgesehen werden, wenn der Luftmassensensor in dem Ansaugtrakt so angeordnet ist, dass Flüssigkeit nicht eintreten und sich nicht in den Hohlraum sammeln kann.
• Fig. 7 zeigt eine quaderförmige Ausgestaltung der Stege 58, die einen quaderförmigen Hohlraum umschließen. Der Hohlraum wird auf seiner der Verbindungswand 38 abgewandten Seite durch die Wand 26 des Einsteckelements begrenzt.
• Fig. 6 zeigt portalartige Durchbrechungen 60 in den Stegen 62, durch die eingetretenes Wasser abfließen kann. Fig. 8 zeigt zwei gerade, parallel zueinander ausgerichtete Stege 64 und 66, die an ihrem freien Ende mit der Verbindungswand 38 verbunden sind. Die Stege 64 und 66 sind senkrecht zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet. Der Unterschied zwischen den in Fig. 6 und 8 dargestellten Ausgestaltungen besteht hauptsächlich darin, dass die Stege 62 quer zueinander verbunden sind und so eine größere Stabilität besitzen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Messung einer Luftmasse im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, mit
einem Einsteckelement, das einen auf eine Öffnung im Ansaugtrakt steckbaren Kopf und mechanische Verbindungsmittel aufweist,
einem Messkanalelement, das mindestens ein Sensorelement in einem Messkanal und an einer Seite eine Verbindungsfläche für die Verbindungsmittel des Einsteckelements aufweist,
wobei das Messkanalelement im Bereich der Verbindungsfläche mindestens eine Durchbrechung (40) besitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messkanalelement einen ersten und einen zweiten Kanalabschnitt besitzt, die über einen Umlenkabschnitt miteinander verbunden sind, der durch eine die Verbindungsfläche bildende Wand (38) begrenzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel des Einsteckelements einen oder mehrere Stege zur Verbindung mit der Verbindungsfläche des Messkanalelements aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Steges durch Schweißen oder Verkleben mit der Verbindungsplatte verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsteckelement mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Stege aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere Vorsprünge die Öffnung in der Verbindungsfläche im verbundenen Zustand von Einsteckelement und Messkanalelement verschließen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Stege derart an dem Einsteckelement angeordnet sind, dass im verbundenen Zustand ein Hohlraum mit der Durchbrechung (40) als Öffnung entsteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg zwei Stegabschnitte besitzt, die an ihren Enden unter einem spitzen Winkel aufeinander treffen und im Bereich dazwischen bauchig ausgebildet sind.