DE19640395B4

DE19640395B4 - Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19640395B4
Application number: DE19640395A
Authority: DE
Inventors: Takashi Hitachinaka Kadohiro; Tadao Hitachi Suzuki; Mamoru Tsumagari; Shinya Igarashi
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: JP3169808B2; JPH0988658A; US6101869A; DE19640395A1

Abstract

Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor, mit
– einem Luftdurchflußmodul (20) mit integriertem Luftdurchflußdetektor (7, 8) und einem Treiberschaltkreis (10) für den Luftdurchflußdetektor (7, 8), wobei der Luftdurchflußdetektor (7, 8) den Einlaßluftdurchfluß in den Verbrennungsmotor mißt und der Treiberschaltkreis (10) mit dem Luftdurchflußdetektor (7, 8) für die Ausgabe eines Signals verbunden ist, das dem gemessenen Luftdurchfluß entspricht,
– einem Luftdurchflußmessergehäuse, das einen Einlaßluftkanal (5) für den Verbrennungsmotor bildet und ein Rohr (2) aufweist, in das das Luftdurchflußmodul (20) eingesetzt ist, wobei eine Querschnittsfläche (101) des Rohrs (2) an einem Verbindungsabschnitt (4) des Rohrs (2) zu einem Luftfiltergehäuse (1) einen Minimalwert aufweist, wobei
– das Rohr (2) eine konische Rohraufweitung aufweist, die sich von dem Verbindungsabschnitt (4) bis in einen Bereich stromabwärts des Luftdurchflußmoduls (20) erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor, welcher die Durchflußmenge in dem Luftansauger in einem Einlaßsystem mißt, und insbesondere auf einen Luftdurchflußmesser vom thermischen Typ.

Beim Stand der Technik nach der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 4-212022 ist ein Luftdurchlaßgehäuse vorgesehen, in welchem sich abgetrennt von einem Luftfilter ein Luftdurchflußmesser befindet. Darüber hinaus sind einen Teildurchlaß bildende Teile in dem Durchflußgehäuse integriert, und ein Treiberschaltkreis und Teildurchfluß in einem Modul sind nicht integriert.

Bei dem genannten Stand der Technik sind viele Teile notwendig, da Luftdurchflußgehäuse und Luftfilter nicht integriert sind. Da außerdem die Richtung des Luftflusses unbeachtet bleibt, ist es nicht möglich, den Luftdurchfluß genau genug zu messen.

Die nachveröffentlichte DE 195 22 648 A1 zeigt ein Luftdurchflußmodul, das in einem einstückig mit einem Luftfiltergehäuse ausgebildeten Rohr vorgesehen ist. Im Übergangsbereich zwischen dem Luftfiltergehäuse und dem Rohr ist ein kleinerer Rohrquerschnitt als stromababwärts des Übergangsbereichs vorgesehen.

Die US 5 209 113 zeigt ein Luftdurchflußmodul mit einer Querschnittsverjüngung stromauf eines Einlasses des Moduls, so daß es zu einer Verjüngung des Querschnitts in einer stromabwärtigen Richtung kommt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen sehr genauen Luftdurchflußmesser anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Luftdurchflußmesser nach Anspruch 1. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung an. Um dieses Ziel zu erreichen, werden erfindungsgemäß die folgenden Wege eingeschlagen.

(1) Ein Luftdurchflußgehäuse mit Luftdurchflußmesser wird zusammen mit einem Luftfiltergehäuse integriert hergestellt.
(2) Die Querschnittsfläche eines Rohres ist an dessen Eingang am kleinsten. Durch Vorgabe einer gewissen Größentoleranz in Bezug auf den Radius am Eingang der Röhre ist es möglich, eine Abnahme der Genauigkeit des Luftdurchflußmessers zu verhindern, die von der Veränderung der Fläche des Luftdurchtritts abhängt.
(3) Einfach herzustellen ist das Rohr, indem es geeignet konfiziert wird.
(4) Die problemlose Herstellung der Röhre und die Genauigkeit des Luftdurchflußmessers kann verbessert werden, indem der Winkel des Konus des Rohrs von Ort zu Ort wechselt.
(5) Durch Einplanung eines Teildurchlasses von Luft von der Seite des Schaltkreismoduls ist es möglich, die Abhängigkeit der Genauigkeit des Luftdurchflußmessers von der Form des Rohrs zu senken und einen kompakten und einfach zu bedienenden Luftdurchmesser zu schaffen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.
1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Luftdurchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Ansicht eines Gehäuses für den Luftfilter, wie es in der Ausführungsform nach 1 verwendet wird.
3 ist eine schematische Ansicht eines Teils des Luftdurchflußmessers nach 1.
4 und 5 zeigen Beispiele der Position, in der der Verlängerungskonus eines Rohrs vorgesehen ist.
6 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers an einem Drallabscheider-Luftfilter.
12 und 13 sind schematische Ansichten von jeweils einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers an einem Drallabscheider-Luftfilter mit gekrümmtem Rohr.
14 und 15 sind schematische Ansichten jeweils einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers an einem Drallabscheider-Luftfilter, bei welchem die Ecken bearbeitet bzw. abgefast wurden.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Luftdurchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Einlaßluft strömt vom Eingang eines Luftfilters durch ein Luftfilterelement 3, einen Lufthauptdurchlaß 5 eines Rohrs 2 mit eingebautem Luftflußmesser und einem Luftteildurchlaß 6 in dem Luftdurchflußmodul 20 in einen (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor. In dem Luftteildurchlaß 6 befindet sich ein Heizwiderstand 7 und ein temperaturempfindlicher Widerstand 8. Diese Widerstände 7 und 8 sind elektrisch mit einem Treiberschaltkreis 10 verbunden. Der Treiberschaltkreis 10 gibt ein Signal aus, das dem gemessenen Luftdurchfluß entspricht und von den Ausgangssignalen dieser Widerstände 7 und 8 abhängt.
Das Rohr 2 für die Halterung des Luftdurchflußmoduls 20 hat seinen kleinsten Querschnitt im Verbindungsabschnitt 4 mit dem Luftfiltergehäuse 1. Da der Verbindungsabschnitt 4 von dem Filtergehäuse vollständig umgeben ist, sind die Wärmeausdehnung, Schrumpfung etc. geringer als bei einer normalen Röhre nach dem Gießen, und die Größenstabilität ist nach dem Gießen besser. Da die Eigenschaften von dem Luftdurchflußmesser von Änderungen des Querschnitts des Luftdurchtritts abhängen, ist es günstig, den kleinsten Querschnitt im Verbindungsabschnitt zu haben. Es ist erforderlich, einen Einziehkonus beim Gießen zu verwenden. Daher ist der Konus so beschaffen, daß die Fläche des Luftdurchlasses in Richtung des Luftstroms graduell größer wird. In diesem Fall verursacht ein scharfer Konus Turbulenzen der Luft aufgrund der Aufweitung des Durchlasses und des Druckverlusts. Dementsprechend kann es erstrebenswert sein, daß die Aufweitung des Konus so klein wie möglich ist.
2 ist eine schematische Ansicht eines Luftfiltergehäuses, wie es in der Ausführungsform nach 1 verwendet wird, in welchem die Querschnittsfläche des Eingangsbereiches 101 des Rohres 2 die kleinste Querschnittsfläche des Rohres 2 ist. 3 ist eine schematische Ansicht eines Teils eines Luftdurchflußmessers nach 1, wo ein Luftdurchflußmodul in das Rohr 2 eingesetzt ist. In 3 ist der Querschnitt des Rohrs 2 an der Stelle 201, wo das Luftdurchflußmodul 20 eingesetzt ist, der kleinste Querschnitt 102 in dem Rohr 2.
Um den Luftstrom am Eingang des Luftteildurchlasses 6 zu beschleunigen und dadurch die Genauigkeit des Luftdurchflußmessers zu erhöhen, ist es erforderlich, die kleinste Querschnittsfläche in dem Rohr an der Position des Luftdurchflußmoduls vorzusehen. Außerdem ist es möglich, den Effekt von Luftturbulenzen zu reduzieren, welche am Eingang des Rohrs auftreten, indem der Luftteildurchlaß an einer Position mit wenigstens 30 mm Abstand von dem Verbindungsabschnitt des Rohrs vorgesehen wird.
4 und 5 zeigen Beispiele für die Position, in der der Aufweitungskonus (graduell aufgeweiteter Konus) des Rohrs vorgesehen sein kann.
Wie in 4 zu sehen ist, ist es für eine wesentliche Reduzierung des Effekts des Aufweitungskonus, wenn die Position des Luftteildurchlasses relativ nah am Eingang des Rohres ist, günstig, den Aufweitungskonus 104 zwischen Rohreintritt und Position des Luftteildurchlasses 0,1–1,0 zu wählen, und den Konus 105 stromabwärts der Position des Luftteildurchlasses größer als 1,5 zu wählen. Für den Fall, daß sich die Position 106 des Luftteildurchlasses relativ weit vom Rohreingang, wie in 5 gezeigt, befindet, wenn der Aufweitungskonus zwischen Rohreingang und Position des Luftdurchtritts klein ist, kann es zu Reibung beim Gießen kommen. Dementsprechend ist es wünschenswert, den Konus nicht extrem zu verkleinern, sondern den Konus günstig zu formen, um Musterbildung näher als 20 mm oberhalb von dem Luftdurchlaß zu erhalten. Wie vorher beschrieben, ist es möglich, durch Ändern der Größe des Konus in dem Rohr sowohl die Genauigkeit des Luftdurchflußmessers als auch das Formieren des Luftfiltergehäuses zu berücksichtigen.
6 und 7 sind schematische Ansichten jeweils einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Durch eine Kantenbearbeitung R (108) und das Abfasen C (109) an dem Verbindungsabschnitt des Rohres ist es möglich, Luftturbulenzen, welche am Eingang des Rohres auftreten, Lärm und Druckverlust zu reduzieren. Wenn Kantenbearbeitung R und Abfasen C geringer als R5 bzw. C5 sind, ist es sehr schwierig, diese Effekte zu erzielen. Es ist besser, Kantenbearbeitung durchzuführen, insbesondere bei einem Luftfilter, so daß der Luftdurchlaß viele Windungen macht.
8, 9 und 10 sind schematische Ansichten jeweils einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers. In 8 ist als Steuergitter ein Netz oder eine Bienenwabe vorgesehen, um die Richtung des Luftstroms zu überwachen. Durch Einplanung des Steuergitters wird es möglich, die Richtung des Luftstroms zu überwachen und dadurch Luftturbulenzen und Lärm zu reduzieren. Wie in 9 gezeigt, kann ein Trichter 111 vorgesehen werden, um dieselben Effekte wie oben zu erzielen. Da es schwierig ist, einen mit dem Luftfilter integrierten Trichter herzustellen, wenn ein Trichter vorgesehen ist, kann der Trichter an den Luftfilter mit Schrauben 112 nach dem Gießen befestigt werden.
Durch Integration des Trichters mit dem Steuergitter, wie in 10 (113) gezeigt, wird es möglich, einen größeren Steuerungseffekt als bei einem normalen Steuergitter zu erzielen. Da die Integration unter Verwendung von Plastikteilen ausgeführt werden kann, ist es möglich, die Zahl der Teile zu senken. Außerdem wird es bei einem solchen aus Plastikmaterial bestehendem Luftfiltergehäuse möglich, Verbindungen 114 mit Ultraschallschweißen und Kleben herzustellen. Damit kann die Produktivität verbessert und können Produktionskosten außerordentlich stark gesenkt werden.
11 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Luftdurchflußmessers an einem Drallabscheider-Luftfilter. Bei dem Drallabscheider-Luftfilter strömt Luft im allgemeinen von einem mit Pfeil bezeichneten Eingang durch Luftfilterelemente 303 und einen Aufweitungskonus 306 des Rohres, in welchem sich das Luftdurchflußmodul befindet, und strömt zu einem (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor. Auch bei dieser Ausführungsform können dieselben Effekte wie bei der Ausführungsform in 1 erzielt werden, indem der Querschnitt des Eingangsbereiches 304 des Rohres den kleinsten Querschnitt im Rohr vor Einbau des Luftteildurchlasses darstellt und indem der Querschnitt 305 des Rohres an der Position des Luftteildurchlasses der kleinste Querschnitt in dem Rohr ist. Außerdem ist es möglich, den Konus derart zu gestalten, daß die Größe des Konus um die Position des Luftteildurchlasses sich von anderen Positionen unterscheidet, die Genauigkeit des Luftdurchflußmessers erhöht und die einfache Herstellbarkeit des Rohres wie im Fall der oben beschriebenen Ausführungsform verbessert wird.
12 und 13 zeigen schematische Ansichten jeweils einer weiteren Ausführungsform des Luftdurchflußmessers für den Drallabscheider-Luftfilter, in welchem ein gebogenes Rohr verwendet wird. Ein Luftdurchflußmodul ist oberhalb eines gekrümmten Teils 310 in der Ausführungsform in 12 vorgesehen. Auf der anderen Seite ist unterhalb des gekrümmten Bereichs in der Ausführungsform in 13 ein solches vorgesehen. Bei der Ausführungsform nach 12 ist es möglich, die größten Effekte in Bezug auf Luftdurchflußüberwachung der Luftfilterelemente zu erzielen und dadurch wesentlich den Lärm zu senken. Durch Anordnung des Eingangsbereiches des Luftteildurchtritts in einem Abstand von mehr als 20 mm von dem Rohreingang wird es möglich, Effekte durch Luftturbulenzen aufgrund von Verlusten am Rohreingang zu reduzieren. Durch Anordnung des Eingangsbereiches des Luftteildurchlasses in einem Abstand von mehr als der Summe aus Durchmesser (403) des Rohres und 20 mm (402) von der inneren Wand 315 des Rohres unterhalb des gekrümmten Bereiches 310 wird es außerdem möglich, einige Effekte zu reduzieren, die durch Pulsieren des Motors entstehen, und Gegenströmung zu verhindern, die durch Pulsieren des Motors entstehen und in dem Luftteildurchlaß durch den Ausgangsbereich 311 verlaufen. Wie aus 13 zu entnehmen ist, ist es wegen Luftturbulenzen aufgrund des gekrümmten Bereiches des Rohres mit Auswirkung auf Genauigkeit der Messung des Luftdurchflußmessers bei dieser Ausführungsform erforderlich, darauf zu achten, wo der Luftteildurchlaß angeordnet wird. Insbesondere haben die Krümmung R (405) an der Außenseite des gekrümmten Bereiches 310 und der Abstand (404) von dem gekrümmten Bereich zum Eingang des Luftteildurchlasses große Auswirkung auf Eigenschaften des Luftdurchflußmessers. Es ist daher erforderlich, ihre Abmessungen vorher festzulegen. Es ist wünschenswert, die Krümmung R so groß wie möglich zu wählen oder wenigstens größer als R15. Außerdem ist es wünschenswert, den Abstand (402) so groß wie möglich zu wählen, um den Luftstrom effektiv zu überwachen, oder wenigstens größer als 20 mm. In manchen Fällen ist es schwierig, diese Abmessungen tatsächlich einzuhalten. Sollte es unmöglich sein, diese Abmessungen einzuhalten, so kann man die Genauigkeit der Messung verbessern und den Lärm verringern, indem der Eingangsbereich des Luftteildurchlasses an einer Position vorgesehen wird, die näher der Position ist, an welcher die Geschwindigkeit des Luftstroms größer ist. Aufgrund der obigen Angaben ist es von Vorteil, den Eingangsabschnitt des Luftteildurchlasses außerhalb des Zentrums des gebogenen Bereichs 310 anzuordnen.
14 und 15 sind schematische Ansichten, die jeweils eine weitere Ausführungsform des Luftdurchflußmessers für Drallabscheider-Luftfilter zeigen, wobei eine Kantenbearbeitung 313 oder ein Abfasen 314 durchgeführt wurde. Auch bei dieser Ausführungsform wird es möglich, die Genauigkeit der Messung zu erhöhen und Luftturbulenzen zu verringern, indem Kantenbearbeitung 313 (siehe 14) oder das Abfasen 314 (siehe 15) um den Eingangsbereich des Rohrs vorgenommen werden.

Claims

Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor, mit – einem Luftdurchflußmodul (20) mit integriertem Luftdurchflußdetektor (7, 8) und einem Treiberschaltkreis (10) für den Luftdurchflußdetektor (7, 8), wobei der Luftdurchflußdetektor (7, 8) den Einlaßluftdurchfluß in den Verbrennungsmotor mißt und der Treiberschaltkreis (10) mit dem Luftdurchflußdetektor (7, 8) für die Ausgabe eines Signals verbunden ist, das dem gemessenen Luftdurchfluß entspricht, – einem Luftdurchflußmessergehäuse, das einen Einlaßluftkanal (5) für den Verbrennungsmotor bildet und ein Rohr (2) aufweist, in das das Luftdurchflußmodul (20) eingesetzt ist, wobei eine Querschnittsfläche (101) des Rohrs (2) an einem Verbindungsabschnitt (4) des Rohrs (2) zu einem Luftfiltergehäuse (1) einen Minimalwert aufweist, wobei – das Rohr (2) eine konische Rohraufweitung aufweist, die sich von dem Verbindungsabschnitt (4) bis in einen Bereich stromabwärts des Luftdurchflußmoduls (20) erstreckt.
Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Rohr (2) zusammen mit dem Luftfiltergehäuse (1) integriert hergestellt ist.
Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei ein Luftteildurchlaß (6) an dem Luftdurchflußmodul (20) befestigt ist, so daß der Luftdurchflußdetektor (7, 8) der Luft ausgesetzt werden kann, welche durch den Luftteildurchlaß (6) fließt, und der Querschnitt in dem Rohr (2) seinen kleinsten Wert in dem Rohrabschnitt einnimmt, wo der Luftteildurchlaß vorgesehen ist.
Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Rohr (2) einen solchen Konus aufweist, daß der Radius des Rohrs (2) graduell stromabwärts zunimmt, wobei der Konus (104) von dem Verbindungsabschnitt (4) des Rohrs (2) zu der Position, wo das Luftdurchflußmodul (20) angebracht ist, kleiner als der Konus (105) stromabwärts der Position ist, wo das Luftdurchflußmodul (20) vorgesehen ist.
Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Rohr (2) einen Konus aufweist, so daß der Radius des Rohrs graduell stromabwärts des Luftstroms zunimmt, wobei der Konus (104) um die Position, wo das Luftdurchflußmodul (20) vorgesehen ist, kleiner ist als der Konus (105) zwischen dem Verbindungsabschnitt (4) des Rohrs (2) und der Position, wo das Luftdurchflußmodul (20) vorgesehen ist, und der Konus (105) stromabwärts der Position, wo das Luftdurchflußmodul (20) vorgesehen ist.
Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Eingangsabschnitt (108, 109, 313,314) des Rohrs (2) mehr als C5 abgefast oder mehr als R5 kantenbearbeitet ist.
Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei ein Luftdurchflußsteuergitter (110) am Eingangsabschnitt (101, 304) des Rohrs (2) vorgesehen ist.
Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem ein Trichter (111) zur Steuerung des Luftstroms im Eingangsabschnitt (101, 304) des Rohrs (2) vorgesehen ist, so daß der Trichter (111) in einen Raum stromabwärts des Luftfilterelementes (3, 303) ragt.