DE2202866C3 - Luftmengenmesser für Regelung der Kraftstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftmengenmesser mit einer Stauscheibe, die im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine im wesentlichen quer zur Ansaugluftströmungsrichtung angeordnet und entgegen einer Federkraft verstellbar ist, zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zur Maschine, insbesondere zur Verwendung bei einer intermittierend arbeitenden Kraftstoffeinspritzanlage, wobei im Verstellbereich der Stauscheibe die den Ansaugluftstrom einschließende Wand bzw. einschließenden Wände so gestaltet ist bzw. sind, daß sich der Öffnungsquerschnitt in Strömungsrichtung mindestens annähernd exponentiell zum Stellweg der Stauscheibe erweitert, nach Patent 20 65 686, mit einem mit der Stauscheibe verbundenen DämpfungsflügeL
Es ist im Hauptpatent 20 65 686 bereits vorgeschlagen worden, einen über den gesamten Meßbereich gleichbleibenden kleinen Meßfehler dadurch zu erzielen, daß sich der Öffnungsquerschnitt in Strömungsrichtung mindestens annähernd exponentiell zum Stellweg ίο der Stauscheibe erweitert

Bei zahlreichen Konstruktionen von Brennkraftmaschinen sind zur Verbesserung des Füllungsgrades die ■ Ansaugwege so abgestimmt, daß sich schnelle Schwingungen des Ansaugluftstromes einstellen können, wenn die Brennkraftmaschine im mittleren und oberen Drehzahlbereich läuft Es besteht deshalb die Gefahr, daß die zur Luftmengenraessung dienende Stauscheibe diese Schwingungen mitmacht und dann falsche Luftmengenmeßwerte anzeigt Diese Schwierigkeit besteht auch beim Leerlaufbetrieb vor allem von Vierzylinder-Viertaktbrennkraftmaschinen, bei welchen das Kurbeltriebwerk sehr gut ausgewuchtet ist und daher eine sehr niedrige Leerlaufdrehzahl ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits derartige Schwingungen zu verhindern und andererseits eine ausreichend hohe Ansprechempfindlichkeit der Stauscheibe gegenüber Änderungen der Ansaugluftmenge bei hoher Meßgenauigkeit sicherzustellen. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Dämpfungsflügel pneumatisch wirkend ist und die Stauscheibe mit einer Nabe, die in einem als Teilstück der Ansaugleitung vorgesehenen Gehäuse einseitig gelagert ist verbunden ist.

Aus der DE-OS 20 03 924 ist bereits bekannt, in einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mindestens einem elektrisch gesteuerten Einspritzventil und mit einer Drosselklappe in der Luftansaugleitung oberhalb der Drosselklappe eine Luftklappe anzuordnen, deren Stellung von der Luftströmung bestimmt wird und über einen elektrischen Stellungsumsetzer in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches in einer elektronischen Regeleinrichtung die jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt. Hierzu ist die die Luftklappe tragende Luftklappenwelle mit einem Kniehebel verbunden, dessen einer Schenkel über einen Obertragungshebel mit einer Dämpfungseinrichtung verbunden ist, wie sie etwa durch das DE-GM 19 78 436 bekannt ist.

Auch ist bereits vorgeschlagen worden — nicht vorveröffentlichte DE-OS 20 53 132 — die Stauscheibe mit einer Dämpfungseinrichtung derart zu koppeln, daß der mit der Welle der Stauscheibe gekuppelte Dämpfungsflügel in einem sektorförmigen Gehäuse schwenkbar ist.

Bekannt ist ebenfalls aus dem Buch »Bauelemente der Feinmechanik« von O. Richter und R. von Voss (vgl. Seite 489, 490) bei Meßeinrichtungen pneumatisch wirkende Dämpfungsflügel vorzusehen.

Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine elektrisch gesteuerte, intermittierend arbeitende Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Luftmengenmesser in einem Übersichtbild und in teilweise schematischer Darstellung,

F i g. 2 den Luftmengenmesser samt seiner pneumati-

sehen Dämpfungseinrichtung in der Seitenansicht und teilweise in einem nach dem Linienzug II/II in Fig.3 geführten Schnitt,

Fig.3 Luftmengenmesser und Dämpfungseinrichtung im Schnitt nach der Linie Ill/Ill in F i g. 2,

F i g. 4 einen nach der Linie IV/IV in F i g. 3 geführten Längsschnitt,

F i g. 5 einen Teilschnitt nach der Linie V/V in F i g. 3.

Die dargestellte Benzineinspritzeinrichtung ist zum Betrieb einer Vierzylinder-Viertaktbrennkraftmaschine 10 bestimmt und umfaßt als wesentliche Bestandteile vier elektromagnetisch betätigbare Einspritzventile 11, denen aus einem Verteiler 12 über je eine Rohrleitung 13 der einzuspritzende Kraftstoff zugeführt wird, eine elektromotorisch angetriebene Kraftstofförderpumpe 15, einen Druckregler 16, der den Kraftstoffdruck auf einen konstanten Wert regelt, sowie eine elektronische Steuereinrichtung, die durch einen mit der Nockenwelle 17 der Brennkraftmaschine gekuppelten Signalgeber 18 bei jeder Nockenwellenumdrehung zweimal ausgelöst wird und dann je einen rechteckförmigen, elektrischen Öffnungsimpuls 5 für die Einspritzvenlile 11 liefert Die in der Zeichnung angedeutete zeitliche Dauer 7} der Öffnungsimpulse bestimmt die Öffnungsdauer der Einspritzventile und demzufolge diejenige Kraftstoffmenge, welche während der jeweiligen Öffnungsdauer aus dem Innenraum der unter einem praktisch konstanten Kraftstoffdruck von 2 atü stehenden Einspritzventile 11 austritt Die Magnetwicklungen 19 der Einspritzventile sind zu je einem Entkopplungswiderstand 20 in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame Verstärkungs- und Leistungsstufe 21 angeschlossen, die wenigstens einen bei 22 angedeuteten Leistungstransistor enthält, welcher mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit den Entkopplungswiderständen 20 und den einseitig an Masse angeschlossenen Magnetwicklungen 19 angeordnet ist.

Bei gemischverdichtenden, mit Fremdzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen der dargestellten Art wird durch die bei einem einzelnen Ansaughub in einen Zylinder gelangende Ansaugluftmenge diejenige Kraftstoffmenge festgelegt, die während des nachfolgenden Arbeitstaktes vollständig verbrannt werden kann. Für eine gute Ausnutzung der Brennkraftmaschine ist es außerdem notwendig, daß nach dem Arbeitstakt kein wesentlicher Luftüberschuß vorhanden ist. Um das gewünschte stöchiometrische Verhältnis zwischen Ansaugluft und Kraftstoff zu erzielen, ist im Ansaugrohr 25 der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung hinter deren Filter 26, jedoch vor ihrer mit einem Gaspedal 27 verstellbaren Drosselklappe 28 ein Luftmengenmesser LM vorgesehen, der im wesentlichen aus einer Stauscheibe 30 und einem veränderbaren Widerstand R besteht, dessen verstellbarer Abgriff 31 mit der Stauscheibe gekuppelt ist. Der Luftmengenmesser IM arbeitet mit einer Transistorschalteinrichtung TS zusammen, welche an ihrem Ausgang die Steuerimpulse Sfürdie Leistungsstufe 21 liefert.

Bei Drehzahlen, die niedriger als 2000 U/min liegen, und bei hoher Last weist der Ansaugluftstrom eine starke Pulsation auf. Dies kann dazu führen, daß die Stauscheibe starke Schwingungen um eine Mittelstellung herum ausführt, welche dem tatsächlichen zeitlichen Mittelwert der Luftmenge Ql nicht entspricht. Um eine derartige Fehlanpassung zu vermeiden, ist bei dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Luftmengenmessers eine pneumatische Dämpfungseinrichtung vorgesehen, welche einerseits ein Überschwingen der Stauscheibe 30 über ihre dem zeitlichen Mittelwert der Ansaugluftinenge entsprechende Stellung hinaus verhindert, andererseits jedoch die Stauscheibe 30 rasch genug den jeweiligen Änderungen der Ansaugluftmenge folgen läßt.

De^r Luftmengenmesser nach den F i g. 2 bis 5 hat ein aus Zinkdruckguß hergestelltes Gehäuse 41 mit einer zentralen Grundplatte 42, an welche Seitenwände 43 und 44 angeformt sind, die im Zusammenhang mit einem eingesetzten Blechdeckel 45 einen Meßkanal 46 und eine Dämpfungskammer 62 bilden. Im Meßkanal 46 ist die Stauscheibe 30 angeordnet, welche mit einem um etwa 100° in Strömungsrichtung versetzten Dämpfungsflügel 47 mittels einer Nabe 48 einstückig verbunden ist. Um eine für die Genauigkeit der Lu fi mengenmessung reibungsarme und möglichst spielfreie Lagerung der Stauscheibe 30 und ihres Dämpfungsflügels 47 zu erzielen und in allen Schwenkstellungen des Dämpfungsflügels eine gleiche Dänipfungswikung an dem zwischen der freien Endkante des Dämpfungsflügels 47 gegenüber der als Zylindersektor ausgebildeten Kammerwand 50 herrschenden Luftspalt 49 zu erzielen, ist die Nabe einseitig mit Hilfe einer in ihr festsitzenden Welle 51 gelagert, welche in axialem Abstand voneinander zwei Kugellager 52 und 53 trägt Die mit Rippen 54 bzw. 55 gegen die Stauscheibe 30 und den Dämpfu^sflügel 47 versteifte Nabe 48 enthält auf etwa ²Ii ihrer axialen Länge einen Hohlraum, in welchen ein an die Grundplatte 42 angegossener Kragen 56 hineinsticht, welcher die beiden Außenringe der mittels einer Distanzhülse 59 im Abstand voneinander gehaltenen Kugellager 52 und 53 aufnimmt. Um die seitlichen Luftspalte des Dämpfungsflügels 47 gegenüber der Grundplatte 42 und dem Deckel 45 in der Größe von 0,2 bis 0,3 mm aufrechterhalten zu können, ist die Welle 51 mit Hilfe eines Sprengrings 57, der in eine nicht näher bezeichnete Nut eingreift, und mit einer zwischen dem Sprengring und dem Kugellagerinnenring des Kugellagers 53 eingelegten Federscheibe 58 axial spielfrei verspannt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der rechteckige Querschnitte aufweisende Meßkanal 46 als Teilstück der vom Filter 26 zu den einzelnen Saugrohrstutzen der Zylinder führenden Saugleitung verwendet und hierzu mit einem vorderen, angegossenen Flansch 60 mit dem vom Filter 26 kommenden Ansaugrohr 25 verbunden werden kann. Ein rückwärtiger Anschlußflansch 61 ermöglicht die Verbindung des Meßkanals 46 mit dem die Drosselklappe 28 enthaltenden Saugrohrabschnitt. Im Schwenkbereich der Stauscheibe 30 ist die obere Begrenzungswand 44 des Meßkanals 46 so gestaltet, daß sich der Durchgangsquerschnitt für die Ansaugluft mit größer werdender, in F i g. 4 im Gegenuhrzeigersinne erfolgender Auslenkung der Stauscheibe 30 exponentiell erweitert, was den großen Vorteil mit sich bringt, daß innerhalb des Verstellbereiches der relative Anzeigefehler Δ Q\/Ql konstant bleibt.

Die Schwenkbewegung der Stauscheibe 30 und des Dämpfungsflügels 47 erfolgt gegen die praktisch konstant bleibende Kraft einer Spiralfeder 65, die in einer zentralen Ausnehmung 66 einer aus Kunststoff gefertigten Scheibe 67 mit einem Niet 68 befestigt ist. Der andere Endabschnitt 69 der Spiralfeder 65 ist in einen ebenfalls aus Kunststoff hergestellten Nocken 70 derart eingeformt, daß er aus diesem Nocken praktisch rechtwinklig austritt und daher an der Austrittsstelle einen unverändert großen Hebelarm gegenüber der

Drehachse der Welle 51 bildet, die in ihrem freien Endabschnitt 71 über die Grundplatte 42 hinaus vorsteht und dort zwei einander gegenüberliegende Abflachungen 72 und 73 aufweist, welche den erforderlichen Formschluß mit dem Nocken 70 ergeben. Die Scheibe 67 trägt einen angeformten Zahnkranz 75. In diesen kann ein nicht dargestelltes, mit seinem Lagerzapfen in eine Bohrung 76 einsetzbares Zahnritzel eingreifen, mit welchem nach F i g. 5 die Scheibe 67 feinfühlig so lange entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden kann, bis ein vorgeschriebener Wert der Federvorspannung erzieh ist. Dann kann die Scheibe 67 mit Hilfe einer Arretierungsschraube 77 festgelegt werden.

Da die Genauigkeit des Luftmengenmessers außer von der Güte der Lagerung und der hier erzielten geringen Hysterese im wesentlichen von der Dauerstandfestigkeit und der Temperaturabhängigkeit der Spiralfeder 65 beeinflußt wird, ist die Spiralfeder aus einer Nickel-Berrylium-Sonderlegierung hergestellt.

Neben dem Nocken 70 der Spiralfeder 65 sitzt auf dem freien Endabschnitt 71 der Welle 51 ein ebenfalls aus Kunststoff gepreßter Schleiferträger 78. An diesem ist ein Kunststoffbett 79 angespritzt, in welchem ein Ausgleichsgewicht 80 liegt, mit welchem das Meßsystem statisch ausgewuchtet ist Auf dem Schleiferträger sitzt eine den Abgriff 31 des Potentiometers nach F i g. 1 bildende Schleiferfeder 81, die doppelbügelförmig gestanzt ist und mit zwei Kontakten 82 und 83 auf einer kreisbogenfönnigen Widerstands-Bahn des Potentiometerplättchens 85 aufliegt. In Fig. 2 sind mit unterbrochenen Linien die Umrisse einer Zunge 86 angedeutet, die beim Ausstanzen der Schleiferfeder 81 angeschnitten wird und durch zweimaliges etwa rechtwinkliges Abbiegen die aus Fig.3 besser erkennbare Gestalt erlangt hat. Am freien Ende dieser Zunge 86 sitzt ein Druckkontakt 87, der in Verlängerung der Drehachse der Welle 51 angeordnet ist und daher praktisch reibungsfrei die elektrische Verbindung von der Schleiferfeder 81 zu einem Kontaktarm 88 herstellt, der in einer Steckerzunge 89 endigt Diese Steckerzunge ist zusammen mit fünf weiteren Steckerzungen 90 bis 94 in eine Kunststofftülle 95 einvulkanisiert, in welche ein Kupplungsstück zur Herstellung der elektrischen Anschlüsse mit der Transistorschalteinrichtung TS eingeführt werden kann.

Die in F i g. 2 am weitesten rechts dargestellte Kontaktzunge 94 ist mit einer Kontaktfeder 96 verbunden, die mit einem an die Steckerzunge 93 angeschnittenen Gegenkontakt 97 zusammenarbeitet und von diesem abgehoben wird, wenn bei Stillstand der

ίο Brennkraftmaschine die Stauscheibe 30 sich in ihrer Ruhestellung befindet. Dann hebt ein über dem Schleiferträger 78 angeordnetes Druckstück 98 mit seinem angeformten Arm 99 die Kontaktfeder 96 von ihrem Gegenköntakt 97 ab. Die Schleiferfeder 81 kann unabhängig von dem Druckstück 98 in ihrer Winkellage gegenüber der Stauscheibe 30 in begrenztem Umfang verstellt und dann durch eine in den Schleiferträger 78 eingedrehte Schraube 101 festgelegt werden.

Um im Leerlaufgebiet der Brennkraftmaschine das Brennstoff-Luft-Verhältnis auf günstigste Abgaswerte einstellen zu können, ist zusätzlich in das Gehäuse 41 des Luftmengenmessers ein Bypass-Kanal 105 eingegossen, der über eine Bohrung 106 vor der Stauscheibe 30 Ansaugluft zu entnehmen und über eine mit einer Stellschraube 107 einstellbare Drosselstelle 108 der Brennkraftmaschine in einen vor der Drosselklappe 28 liegenden Abschnitt des Ansaugrohres zu führen vermag.

Damit das Meßsystem des Luftmengenmessers nicht beschädigt wird, wenn im Saugrohr der Brennkraftmaschine Rückzündungen auftreten, ist in der Stauscheibe 30 ein Entlastungsventil angebracht, das aus einem Ventilteller 110, einer Druckfeder 111 und einem Führungszapfen 112 besteht Die Feder hält den Ventilteller 110 gegen den Rand zweier in der Stauscheibe 30 vorgesehener Durchbrüche 113 und 114 gespannt, welche hierbei abgedeckt werden. Nur wenn bei Rückzündungen der Druck auf der Rückseite der Stauscheibe einen beträchtlichen Wert erfährt, hebt der Ventilteller HO von den Durchbrüchen 113 und 114 ab, so daß ein Druckausgleich stattfinden kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Luftmengenmesser mit einer Stäuscheibe, die im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine im wesentlichen quer zur Ansaugluftströmungsrichtung angeordnet und entgegen einer Federkraft verstellbar ist, zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zur Maschine, insbesondere zur Verwendung bei einer intermittierend arbeitenden Kraftstoffeinspritzanlage, wobei im Verstellbereich der Stauscheibe die den Ansaugluftstrom einschließende Wand bzw. einschließenden Wände so gestaltet ist bzw. sind, daß sich der Öffnungsquerschnitt in Strömungsrichtung mindestens annähernd exponentiell zum Stellweg der Stauscheibe erweitert, nach Patent 20 65 686, mit einem mit der Stauscheibe verbundenen Dämpfungsflügel, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsflügel (47) pneumatisch wirkend ist und die Stauscheibe (30) mit einer Nabe (48), die in einem als Teilstück der Ansaugleitung (25) vorgesehenen Gehäuse einseitig gelagert ist, verbunden ist

2. Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (48) auf einer Welle (51) sitzt und eine sich über den Großteil ihrer axialen Länge erstreckende, gleichachsige Bohrung hat, in welche ein Kragen (56) des Gehäuses (41) hineinragt, der wenigstens ein — vorzugsweise zwei in axialem Abstand angeordnete — Kugellager (52, 53) für die Welle enthält.

3. Luftmengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den aus dem Kragen (56) vorstehenden Endabschnitt (71) der Welle (51) ein Nocken (70) aufgesetzt ist, an dem eine die Rückstellkraft für die Stauscheibe (30) liefernde Spiralfeder (65) mit einem (69) ihrer Endabschnitte befestigt ist.

4. Luftmengenmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der andere, äußere Endabschnitt der Spiralfeder (65) in einer Ausnehmung (66) einer Scheibe (67) befestigt ist, die gleichachsig zur Welle (51) drehbar gelagert und nach der Einstellung der Federvorspannung gegen das Gehäuse (41) festspannbar ist.

5. Luftmengenmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (67) an ihrem Umfang einen Zahnkranz (75) trägt.

6. Luftmengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den aus dem Kragen (56) vorstehenden Endabschnitt (71) der Welle (51) ein Tragstück (78) aufgesetzt ist, mit dem ein Ausgleichsgewicht (80) für den statischen Ausgleich der Masse der Stauscheibe (30) und des Dämpfungsflügels (47) verbunden ist.