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Titel der Erfindung
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Messvorrichtung für physikalische Größen der Luft Technisches Fachgebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung, die physikalische Größen misst, insbesondere physikalische Größen der Luft, und die zur Messung dieser Größen der in einen Verbrennungsmotor einströmenden Luft geeignet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Technik zur Erfassung der physikalischen Größen der Luft eines Verbrennungsmotors ist für einen Betrieb unter Isolation von Änderungen der Umwelteinflüsse, wie der Temperatur, ausgelegt. Dieser Anforderung kommt man durch die Platzierung einer Messkammer nach, die zu mindestens mit einer der Hauptluftleitung und der untergeordneten Luftleitung kommuniziert, in der Mitte der Leitung, welche weiter von der Durchgangswand der Hauptluftleitung entfernt ist als von der untergeordneten Luftleitung, wie in Patentdokument 1 ersichtlich.
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Literatur zum Stand der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: JP-2010-151795-A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Von der Erfindung zu lösende Probleme
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Gemäß der in Dokument 1 beschriebenen Technologie ist jedoch die Messkammer, in der ein Messfühler angeordnet ist, zur Anordnung in der Mitte des Durchlasses ausgelegt, damit die Wärme einer Leitungswand, welche durch den Temperaturanstieg am Verbrennungsmotor entsteht, nicht zum Umgebungs-Messfühler der Messvorrichtung geleitet wird. In dieser Anordnung besteht zwischen dem Anschluss für den Signaleingang und -ausgang und dem Umgebungs-Messfühler ein großer Abstand. Hieraus ergibt sich eine entsprechend komplexe Struktur, die eine Kombination mehrerer Teile umfasst und mehrere Schritte beim Verkleben, Schweißen oder Verbindungsprozess erfordert.
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Wenn die Temperatur der einströmenden Luft sich plötzlich ändert, wobei der Messfühler über eine Haltestruktur dem Hauptluftstrom ausgesetzt ist, ändern sich die Oberflächentemperaturen der Haltestruktur und des daran befestigten Messfühlers mit einer Verzögerung.
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Wenn zum Beispiel der Motor bei normaler Betriebstemperatur arbeitet; Wenn die Temperatur der einströmenden Luft sich daher plötzlich ändert und diese Änderung sich ausbreitet, und zwar ausgehend von einem Bereich, in dem die Temperatur der einströmenden Luft, die Haltestruktur und der Messfühler-Temperatur zunächst auf Umgebungstemperatur sind, lässt sich die Beziehung zwischen diesen Temperaturen wie folgt ausdrücken: „Temperatur der einströmenden Luft > Temperaturen von Haltestruktur und Messfühler”. Die rund um diese Struktur strömende Luft erreicht sofort die Taupunktstemperatur, denn die Struktur ist auf Umgebungstemperatur. Somit kondensiert Wasserdampf an der Strukturoberfläche einschließlich des Messfühlers. Falls der Messfühler der Umgebungsbedingungen ein Feuchtemessfühler ist, beeinflussen Kondensation und Taubildung seine Messwerte ungünstig.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Kondensation und Taubildung an einem Messfühler, der physikalische Größen der Luft misst, zu vermeiden.
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Mittel zur Lösung der beschriebenen Probleme
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Um die oben beschriebene Zielvorgabe zu erreichen, wird eine Messvorrichtung für physikalische Größen der Luft gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Eine Messvorrichtung dieser Art umfasst eine Gehäusestruktur integriert mit einem Anschluss und einem Anschlussterminal zum Ausführen von Eingaben und Ausgaben mit der Umgebung, eine an der Gehäusestruktur montierte elektronische Leiterplatte und einen an dieser Leiterplatte angebrachten Messfühler zur Messung einer physikalischen Größe der Luft. Dieser Messfühler ist angebracht und fixiert über einen Teil der Gehäusestruktur an einer Montageöffnung, welche im Vorhinein an einem Teil der Hauptluftleitung, durch welche Luft strömt, geschaffen wurde. Die elektronische Leiterplatte ist zusammen mit anderen elektronischen Bauteilen montiert; gemeinsam bilden sie einen elektronischen Schaltkreis, der auf einer Fläche gegenüber einer Fläche, auf welcher der Messfühler einer physikalischen Größe der Luft angebracht ist, liegt. Außerdem ist eine Kommunikationsöffnung derart in die Gehäusestruktur eingebracht, dass der Innen- und der Außenbereich der Hauptluftstromleitung miteinander kommunizieren können. Die elektronische Leiterplatte ist derart an der Gehäusestruktur montiert, dass die Kommunikationsöffnung in zwei Abschnitte unterteilt wird. Ferner liegt die Seite der Fläche auf der der Messfühler einer physikalischen Größe der Luft angebracht ist, zugewandt zu der Seite der Hauptluftstromleitung.
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Auswirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung, da ein Aufbau der Messvorrichtung für physikalische Größen der Luft effektiv die emittierte Hitze des Verbrennungsmotors absorbieren kann, ist es möglich Kondensation und Taubildung eines Messfühlers zur Messung physikalischer Größen der Luft zu vermeiden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Schnittansicht entlang der Linie A-A.
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ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptluftstromleitung
- 2
- Komponente der Luftstromleitung
- 3
- Montageloch
- 4
- Dichtung
- 5
- Messvorrichtung einer physikalischen Größe
- 6
- Anschluss
- 7
- Anschlussterminal
- 8
- Gehäusestruktur
- 9
- Messfühler einer physikalischen Größe
- 10
- Elektronische Leiterplatte
- 12
- Metalldraht
- 13
- Kommunikationsöffnung
- 15
- Rille
- 16
- Dichtungsmaterial
- 17
- Mikroprozessor
- 18
- Elektronisches Bauteil
- 19
- Durchgehende Öffnung
- 30
- Schutzschicht des Schaltkreises
- 31
- Epoxidglas-Substrat
- 32
- Feuchtigkeitsmessvorrichtung
- 33
- Feuchtigkeitsmessfühler
- 34
- Gel
- 35
- Abdeckung
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Mögliche Ausführungen der Erfindung
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Im Folgenden sind spezifische Anordnungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie in dargestellt, ist ein Teil einer Luftstromleitung 2, welcher eine Hauptluftstromleitung 1 ausbildet, mit einem Montageloch 3 für einen Messfühler ausgestattet. Eine Messvorrichtung 5 einer physikalischen Größe ist mit einer Dichtung 4 an der Luftstromleitung 2 montiert und befestigt. Im Wesentlichen umfasst die Messvorrichtung 5 in ihrem Inneren eine elektronische Leiterplatte 10, an der ein Messfühler 9 einer physikalischen Größe montiert ist mit einer Gehäusestruktur 8, in der ein Anschluss 6 und ein Anschlussterminal 7 vollständig angegossen sind. Die Messvorrichtung 5 bildet eine Schutzschicht 30 des Schaltkreises durch, zum Beispiel, direktes Aufgießen eines Harzes, welche die elektronische Leiterplatte 10 schützt und stabilisiert. Die elektronische Leiplatte 10 ermöglicht es andere Schaltkreise auf einer Seite, welche gegenüber einer Seite auf der der Messfühler einer physikalischen Größe montiert ist, zu installieren.
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Ein Metalldraht 12 verbindet den Anschlussterminal 7 elektrisch mit der elektronischen Leiterplatte 10 und ermöglicht damit externe Eingaben und Ausgaben über den Anschluss 6. In die Gehäusestruktur 8 ist eine Kommunikationsöffnung 13 eingelassen, welche die Kommunikation zwischen Innen- und Außenseite der Hauptluftstromleitung zulässt. Die Montageposition der elektronischen Leiterplatte 10 unterteilt die Kommunikationsöffnung 13 in zwei Teile, und die elektronische Leiterplatte 10 ist ferner derart angebracht, dass der Messfühler 9 einer physikalischen Größe gegenüber der Seite der Hauptluftstromleitung 1 liegt.
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In der hier beschriebenen Anordnung sind der direkt der einströmenden Luft ausgesetzte Messfühler 9 und die hermetisch geschützten anderen Teile des Schaltkreises an einander gegenüberliegenden Flächen montiert. Daher ist es möglich, in einer einfachen Struktur zwei Anordnungen zu verwirklichen: In der ersten Anordnung ist der Messfühler 9 direkt der einströmenden Luft ausgesetzt, und in der zweiten Anordnung sind jene Teile des Schaltkreises, die mechanischen Schutz benötigen, hermetisch eingeschlossen und somit vor Verschmutzung und Korrosion geschützt. Wie oben erwähnt, wurde die hier beschriebene Anordnung einfach mittels der aufgebrachten Schutzschicht 30 der Leiterplatte ausgeführt.
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Durch die Montage des Messfühlers 9 und der anderen Schaltkreise an einander gegenüberliegenden Seiten der elektronischen Leiterplatte 10 lässt sich die Gesamtgröße dieser elektronischen Leiterplatte 10 verringern, was signifikant zur Verkleinerung der Messvorrichtung 5 beiträgt.
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Wie in ersichtlich, sind die elektronische Leiterplatte 10 und der Messfühler 9 an einer äußeren Position an der Innenwand der Hauptluftstromleitung 1 montiert. Außerdem ist die elektronische Leiterplatte 10 annähernd parallel zur axialen Richtung der Luftstromleitung 2 angebracht, welche die Leitung der einströmenden Luft bildet.
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Die vorliegende Anordnung gestattet eine effiziente Absorption der vom Motor erzeugten Wärme an der Montageposition der elektronischen Leiterplatte 10. Während eines Großteils der Betriebsdauer der Messvorrichtung 5 lässt sich außerdem die folgende Beziehung herstellen und aufrechterhalten: „Die Temperatur der einströmenden Luft ist niedriger als die Temperaturen der einzelnen Strukturelemente dieser Vorrichtung und des Messfühlers einer physikalischen Größe 9''. Zum Beispiel ist es auf diese Weise möglich, die Kondensation und Taubildung an der Messvorrichtung 9 zu vermeiden. Das gilt auch dann, wenn sich Temperatur und Feuchtigkeit der einströmenden Luft plötzlich ändern sollten.
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Nun folgt mithilfe von eine Erklärung der Gehäusestruktur einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In einen Abschnitt der Montagefläche der elektronischen Leiterplatte 10 an der Gehäusestruktur 8 ist eine Rille 15 eingelassen, welche die gesamte Kommunikationsöffnung 13 erfasst. Zur Installation der elektronischen Leiterplatte 10 ist ein Dichtungsmaterial 16 in die Rille 15 eingebracht. Damit ist die Kommunikationsöffnung 13 in dieser Struktur vollkommen hermetisch vom Inneren und Äußeren der Leitung der einströmenden Luft getrennt.
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Mit der vorliegenden Anordnung ist es möglich, ein in ungetrocknetem Zustand flüssiges Material auf jenes Material aufzuschütten, das die Schutzschicht des Schaltkreises 30 bildet. Darüber hinaus lässt sich eine Anordnung und Struktur, in der der Messfühler einer physikalischen Größe 9 direkt der einströmenden Luft ausgesetzt ist, die anderen Teile des Schaltkreises jedoch hermetisch geschützt sind, in einem einfachen Herstellungsverfahren verwirklichen.
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Nun folgt eine Erklärung der elektronischen Leiterplatte 10 mithilfe der und .
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An der elektronischen Leiterplatte 10, an der ein Epoxidglas-Substrat 31 verwendet wird, ist der Messfühler 9 einer physikalischen Größe montiert, nämlich an der Seite der Hauptluftstromleitung 1. Ein Mikroprozessor 17 und elektronische Bauteile 18, sowie Kondensatoren und Widerstände zur Verarbeitung und Umwandlung aller vom Messfühler 9 einer physikalischen Größe erhaltenen Signale, sind an der Fläche montiert, die der Seite der Hauptluftstromleitung 1 gegenüberliegt.
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Der Mikroprozessor 17 ist in ein Harz eingeschlossen. Die linearen Ausdehnungskoeffizienten dieses Harzes und des im Mikroprozessor verwendeten Materials stimmen leichter miteinander überein, wenn das Epoxidglas-Substrat 31 am Mikroprozessor 17 zum Einsatz kommt. Zum Beispiel verbessert diese Kombination auch die dauerhafte Haltbarkeit bei Betriebszyklen mit plötzlichen Abkühlungen und Erwärmungen und gewährleistet langfristig sehr verlässliche Messfühlersignale.
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Um die Abmessungen der elektronischen Leiterplatte 10 zu vermindern und sie mit niedrigen Kosten herstellen zu können, ist sie, wie in erkennbar, mit durchgehenden Öffnungen 19 ausgestattet, durch die mehrere in verschiedenen Schichten einer mehrschichtigen Plattenstruktur angebrachte Schaltkreise miteinander verbunden sind. Diese Öffnungen befinden sich außerhalb der mit dem Dichtungsmaterial 16 versehenen Zone.
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Die vorliegende Anordnung kann den Ausfluss von Material durch die durchgehenden Öffnungen 19 zur Kommunikationsöffnung 13 verhindern, die der Seite des Substrats gegenüberliegt, und vermeidet somit den Fluss korrosiven Gases von der Seite der Hauptgasstromleitung 1 zur Seite der elektronischen Schaltkreise mit dem Mikroprozessor 17 und den elektronischen Bauteilen 18. Das gilt auch dann, wenn das Material in nicht getrocknetem flüssigem Zustand ins Material der Schutzschicht 30 des Schaltkreises einfließt. Daher lässt sich ein mit durchgehenden Öffnungen 19 versehendes kostengünstiges Substrat verwenden, was die Kosten der Gesamtvorrichtung senkt.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mithilfe von beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform, wird ein Bespiel beschrieben, bei dem die vorhergehende Ausführungsform auf einen Feuchtigkeitsmessfühler 33 angewendet wird.
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Ein Teil der Luftstromleitung 2, der die Hauptluftstromleitung 1 bildet, ist mit einem Montageloch 3 eines Messfühlers ausgestattet. Mit einer zwischengeschalteten Dichtung 4 ist ein Feuchtemessfühler 33 an der Komponente der Luftstromleitung 2 angebracht und fixiert. Der Feuchtemessfühler 33 umfasst in seinem Inneren im Wesentlichen eine elektronische Leiterplatte 10, die zusammen mit einer Feuchtemessvorrichtung 32 und einer Gehäusestruktur 8 montiert ist, an die ein Anschluss 6 und ein Anschlussterminal 7 vollständig angegossen sind. Zur Konfiguration des Feuchtemessfühlers 33 gehören außerdem eine Schaltkreis-Schutzschicht 30, die zum Beispiel durch direktes Aufgießen eines Harzes angebracht sein kann und welche die elektronische Leiterplatte 10 schützt und stabilisiert. Diese Leiterplatte gestattet die Montage anderer Schaltkreise an einer Fläche, die der installierten Feuchtemessvorrichtung 32 gegenüberliegt.
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Die Anschlussklemme 7 und die elektronische Leiterplatte 10 sind über einen Metalldraht 12 elektrisch verbunden. Dieser Metalldraht ermöglicht die externe Eingabe und Ausgabe über den Verbinder 6. Eine Kommunikationsöffnung 13 ist derart in die Gehäusestruktur 8 eingebracht, dass der Innen- und der Außenbereich der Hauptluftstromleitung miteinander kommunizieren können. Die Montageposition der elektronischen Leiterplatte 10 unterteilt die Kommunikationsöffnung 13 in zwei Teile, und die Leiterplatte ist ferner derart angebracht, dass die Feuchtemessvorrichtung 32 der Seite der Hauptluftstromleitung 1 zugewandt ist.
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Die Montageposition der elektronischen Leiterplatte 10 mit der Feuchtemessvorrichtung 32 ist dargestellt, dass sie an einer äußeren Position der Innenwand der Hauptluftstromleitung 1 ist. Darüber hinaus ist die elektronische Leiterplatte 10 annähernd parallel zur axialen Richtung der Luftstromleitung 2 angebracht, welche die Leitung der einströmenden Luft bildet.
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In der vorliegenden Anordnung kann der Feuchtemessfühler 33 die von einem Motor erzeugte Wärme effizient absorbieren. Während eines Großteils der Betriebsdauer dieses Feuchtemessfühlers lässt sich außerdem die folgende Beziehung herstellen und aufrechterhalten: „Die Temperatur der einströmenden Luft ist niedriger als die Temperaturen der einzelnen Strukturelemente dieser Vorrichtung und der Feuchtemessvorrichtung 32''. Somit ist es möglich, die Kondensation und Taubildung an der Feuchtemessvorrichtung 32 zu vermeiden, auch dann, wenn sich Temperatur und Feuchte der einströmenden Luft plötzlich ändern sollten.
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Wie oben beschrieben, ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung an dem Feuchtemessfühler 33 sehr vorteilhaft.
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Anhand erfolgt eine Erklärung der Gehäusestruktur des Feuchtemessfühlers 33.
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Ein Teil einer Komponente der Luftstromleitung 2, der die Hauptluftstromleitung 1 bildet, ist mit einem Montageloch 3 für einen Messfühler ausgestattet. Ein Feuchtemessfühler 33 ist mit einer zwischengeschalteten Dichtung 4 an der Luftstromleitung 2 befestigt. Dieser Feuchtemessfühler 33 umfasst eine elektronische Leiterplatte 10, an der eine Feuchtemessvorrichtung 32 montiert ist. Diese Feuchtemessvorrichtung ist in einer Gehäusestruktur 8 untergebracht, an der ein Anschluss 6 und ein Anschlussterminal 7 vollständig angegossen sind.
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In der Gehäusestruktur 8 wurde vorab eine Kommunikationsöffnung 13 eingelassen, welche die Kommunikation zwischen Innen- und Außenseite der Hauptluftstromleitung ermöglicht. Außerdem ist an der Gehäusestruktur 8 eine Rille 15 eingelassen, welche die gesamte Kommunikationsöffnung 13 umgibt. Zur Installation der elektronischen Leiterplatte 10 ist ein Dichtungsmaterial 16 in die Rille 15 eingebracht. Damit ist die Kommunikationsöffnung 13 in dieser Struktur vollkommen hermetisch vom Inneren und Äußeren der Leitung der einströmenden Luft abgetrennt.
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Zum Einsatz in Verbrennungsmotoren von Automobilen benötigt die vorliegende Vorrichtung eine Struktur, die einem plötzlichen Überdruck in der Hauptluftstromleitung 1 widersteht, der beispielsweise bei einer Fehlzündung entstehen kann. Daher lässt sich eine Abdeckung 35 an der Gehäusestruktur befestigen und ankleben, zum Beispiel nach dem direkten Aufgießen eines schützenden Harzes auf die elektronische Leiterplatte 10 oder nach dem Schutz dieser elektronischen Leiterplatte 10 durch das Gel 34, wie in dargestellt. Hierbei ist die elektronische Leiterplatte 10 nicht an der Gehäusestruktur 8 befestigt, sondern nur durch das Dichtungsmaterial 16 verbunden.
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Somit ist es mit der vorliegenden Anordnung möglich, in einer einfachen Struktur zwei Anordnungen zu erzielen: In der ersten Anordnung lässt sich ein in ungetrocknetem Zustand flüssiges Material aufschütten und verwenden, wobei die Feuchtemessvorrichtung 32 direkt der einströmenden Luft ausgesetzt ist, und in der zweiten Anordnung sind jene Teile des Schaltkreises, die mechanischen Schutz benötigen, hermetisch eingeschlossen und somit vor Verschmutzung und Korrosion geschützt.
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Durch die Montage der Feuchtemessvorrichtung 32 und der anderen Schaltkreise auf einander entgegengesetzten Flächen der elektronischen Leiterplatte 10 lässt sich die Gesamtgröße der elektronischen Leiterplatte 10 vermindern, was signifikant zur Verkleinerung des Feuchtemessfühlers 33 beiträgt.
