DE2246373C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftmengenmesser mit ei­ ner Stauscheibe, die im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine im wesentlichen quer zur Ansaugluftströmung angeordnet und entgegen Federkraft verstellbar ist, zur Regelung der Kraft­ stoffzufuhr zur Maschine, insbesondere zur Verwendung bei einer intermittierend arbeitenden Kraftstoffeinspritzanlage, wobei im Verstellbereich der Stauscheibe die den Ansaugluft­ strom einschließende Wand bzw. einschließenden Wände so gestal­ tet ist bzw. sind, daß sich der Öffnungsquerschnitt in Strö­ mungsrichtung mindestens annähernd exponentiell zum Stellweg der Stauscheibe erweitert.

Bei einem bekannten Luftmengenmesser dieser Art (DE-OS 20 34 497) ergeben sich bei Temperaturänderungen Anzeigefehler, die ein­ mal auf der Temperaturabhängigkeit des Elastizitäts-Moduls (E-Moduls) der Rückstellfeder und auf Dichteänderungen der An­ saugluft beruhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftmengenmes­ ser der bekannten Art zu entwickeln, bei dem Anzeigefehler bei Temperaturänderungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer ersten Ausführungs­ form dadurch gelöst, daß die Rückstellfeder aus einem Feder­ werkstoff besteht, der einen von der Temperatur unabhängigen Elastzitäts-Modul hat.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rückstellfeder aus einem Feder­ werkstoff hergestellt ist, dessen Elastizitäts-Modul mit stei­ gender Temperatur abnimmt, bzw. einen negativen Temperaturkoef­ fizienten aufweist.

Vorteilhaft kann der negative Temperaturgang des Federwerkstof­ fes so gewählt werden, daß sich der Luftdichteeinfluß praktisch gegen den Temperatureinfluß des E-Moduls der Feder aufhebt.

Damit die Rückstellfeder die gleiche Temperatur annimmt, wie die Ansaugluft, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfin­ dung nach Anspruch 2 darin, daß ein in Ansaugrichtung vor der Stauscheibe an das Ansaugrohr angeschlossener und hinter der Stauscheibe in das Ansaugrohr einmündender Bypass vorgesehen ist, der die im Leerlauf der Brennkraftmaschine durchfließende Ansaugluft durch eine Gehäusekammer leitet, in welcher die Rück­ stellfeder untergebracht ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung verein­ facht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine elektrisch gesteuerte, inter­ mittierend arbeitende Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Luftdurchmesser in einem schematischen Übersichtsbild,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild ihrer elektronischen, die Einspritzmenge bestimmenden Steuereinrichtung,

Fig. 3 eine Teilansicht des erfindungsgemäß ausgebildeten Luftmengenmessers.

Die in Fig. 1 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 zu­ geführt wird, eine elektromotorisch angetriebene Kraftstofför­ derpumpe 15, einen Druckregler 16, der den Kraftstoffdruck auf einen konstanten Wert regelt, sowie eine im folgenden näher be­ schriebene elektronische Steuereinrichtung, die durch einen mit der Nockenwelle 17 der Brennkraftmaschine gekuppelten Signalge­ ber 18 bei jeder Nockenwellenumdrehung zweimal ausgelöst wird und dann je einen rechteckförmigen, elektrischen Öffnungsimpuls S für die Einspritzventile 11 liefert. Die in der Zeichnung an­ gedeutete zeitliche Dauer T _i der Öffnungsimpulse bestimmt die Öffnungsdauer der Einspritzventile und demzufolge diejenige Kraftstoffmenge, welche während der jeweiligen Öffnungsdauer aus dem Innenraum der unter einem praktisch konstanten Kraftstoff­ druck von 2 atü stehenden Einspritzventile 11 austritt. Die Ma­ gnetwicklungen 19 der Einspritzventile sind zu je einem Entkopp­ lungswiderstand 20 in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame Verstärkungs- und Leistungsstufe 21 angeschlossen, die wenig­ stens einen bei 22 angedeuteten Leistungstransistor enthält, welcher mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit den Entkopplungswiderständen 20 und den einseitig an Masse ange­ schlossenen Magnetwicklungen 19 angeordnet ist.

Bei gemischverdichtenden, mit Fremdzündung arbeitenden Brenn­ kraftmaschinen der dargestellten Art wird durch die bei einem einzelnen Ansaughub in einen Zylinder gelangende Ansaugluftmenge diejenige Kraftstoffmenge festgelegt, die während des nachfol­ genden Arbeitstaktes vollständig verbrannt werden kann. Für eine gute Ausnutzung der Brennkraftmaschine ist es außerdem notwendig, daß nach dem Arbeitstakt kein wesentlicher Luftüber­ schluß vorhanden ist. Um das gewünschte stöchiometrische Ver­ hältnis 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 vorge­ sehen, der im wesentlichen aus einer Stauscheibe 30 und einem veränderbaren Widerstand R besteht, dessen verstellbarer Ab­ griff 31 mit der Stauscheibe gekuppelt ist. Der Luftmengenmes­ ser LM arbeitet mit einer Transistorschalteinrichtung TS zu­ sammen, welche an ihrem Ausgang die Steuerimpulse S für die Leistungsstufe 21 liefert.

Die Transistorschalteinrichtung enthält nach ihrem in Fig. 2 dargestellten Prinzipschaltbild zwei zueinander jeweils in entgegengesetztem Betriebszustand befindliche und hierzu kreuz­ weise miteinander rückgekoppelte Transistoren, nämlich einen Eingangstransistor T ₁ und einen Ausgangstransistor T ₂ sowie einen Energiespeicher, welcher in dem Ausführungsbeispiel als Kondensator C ausgebildet ist, jedoch statt dessen in einer abgewandelten Schaltung auch als Induktivität realisiert sein könnte. Die Dauer des jeweiligen Entladevorgangs ergibt die Öffnungsdauer T _i der Einspritzventile. Hierzu muß der Speicher­ kondensator C vor jedem Entladevorgang jeweils in definierter Weise geladen werden.

Damit die Entladedauer bereits unmittelbar die notwendige In­ formation über die auf den einzelnen Ansaughub entfallende Luftmenge enthält, erfolgt die Aufladung durch einen im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel in Form des Signalgebers 18 wiedergegebenen Ladeschalter, der synchron mit den Kurbelwel­ lenumdrehungen betätigt wird und bewirkt, daß der Kondensator C während der sich über einen festgelegten, konstanten Dreh­ winkel der Kurbelwelle hinweg erstreckenden Ladeimpulses LJ mit einer Aufladequelle A verbunden ist, welche während dieser Lade­ impulse jeweils einen Ladestrom J _A liefert. Für den vorliegen­ den Fall ist angenommen, daß der Signalgeber 18, welcher bei der praktischen Verwirklichung aus einem bistabilen, von den nicht dargestellten Zündimpulsen jeweils in seine entgegenge­ setzte Betriebslage gelangenden Multivibrator bestehen kann, über einen Kurbelwellendrehwinkel von 180° geschlossen und an­ schließend über den gleichen Drehwinkel hinweg geöffnet ist.

Die Schaltung nach Fig. 2 ermöglicht es, in unmittelbarem An­ schluß an den Ladevorgang, der jeweils bei einem Kurbelwellen­ drehwinkel von 0°, 360°, 720° usw. beendet ist, mit einem von den Ladeimpulsen LJ abgeleiteten Auslöseimpuls K den Entlade­ vorgang einzuleiten, indem der seither stromleitende Ausgangs­ transistor T ₂ gesperrt wird. Gleichzeitig gelangt der seither gesperrte Eingangstransistor T ₁ in seinen stromleitenden Zu­ stand, da infolge der Sperrung des Ausgangstransistors T ₂ nun­ mehr ein ausreichender Basisstrom über den Kollektorwiderstand 35 und den Koppelwiderstand 36 zur Basis-Emitter-Strecke des Eingangstransistors gelangen kann. Die während des Ladevorganges gespeicherte Ladung kann dann über die in dieser Richtung strom­ leitende Diode 37 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Ein­ gangstransistors T ₁ fließen, wobei der sich einstellende Ent­ ladestrom J _E durch eine in Fig. 2 bei E angedeutete Einrich­ tung konstant gehalten wird. Während des Entladevorgangs fällt daher die Spannung U _C am Kondensator C linear ab. Nach der die Öffnungsdauer der Ventile bestimmenden Entladezeit T _i sinkt das Potential an der über eine zweite Diode 38 mit der Basis des Ausgangstransistors T ₂ verbundenen Elektrode des Konden­ sators soweit ab, daß der Ausgangstransistor T ₂ erneut strom­ leitend werden kann und dabei den Eingangstransistor T ₁ wieder sperrt. Da die Diode 37 verhindert, daß bei gesperrtem Eingangs­ transistor T ₁ über dessen Kollektorwiderstand 39 dem Konden­ sator Ladestrom zufließen kann, erfolgt der nächste Ladevorgang erst dann, wenn mit Beginn des nächsten Ladeimpulses LJ bei ei­ nem Kurbelwellendrehwinkel von 180° bzw. 540° die Auflade­ quelle A erneut eingeschaltet wird.

Der Luftmengenmesser nach der Fig. 3 hat ein aus Zink­ druckguß hergestelltes Gehäuse 41 mit einem Meßkanal 46. Im Meßkanal 46 ist die Stauscheibe 30 angeordnet, welche einstückig mit einem um etwa 100° in Strömungsrichtung ver­ setzten Dämpfungsflügel 47 mittels einer Nabe verbunden ist. Die Nabe ist an einer Welle 51 befestigt, die im Gehäuse 41 drehbar gelagert ist.

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 Abschnitt 25 der Saugleitung verbunden werden kann. Ein rückwärtiger Anschlußflansch 61 ermöglicht die Verbindung des Meßkanals 46 mit dem die Drosselklappe 28 enthaltenden Saugrohrabschnitt. Im Schwenkbereich der Stau­ scheibe 30 ist die obere Begrenzungswand 43 des Meßkanals 46 so gestaltet, daß sich der Durchgangsquerschnitt für die Ansaugluft mit größer werdender Auslenkung der Stauscheibe 30 exponentiell erweitert, was den großen Vorteil mit sich bringt, daß innerhalb des Verstellbereiches der relative Anzeigefehler Δ Q _L /Q _L konstant bleibt.

Die Schwenkbewegung der Stauscheibe 30 und des Dämpfungs­ flügels 47 erfolgt gegen die praktisch konstant bleibende Kraft einer als Spiralfeder ausgebildeten Rückstellfeder 65, die in einer zentralen Ausneh­ mung 66 einer aus Kunststoff gefertigten Scheibe 67 mit einem Ende befestigt ist. Das andere Ende 69 der Rückstellfe­ der 65 ist in einen aus Kunststoff hergestellten Nocken 70 derart eingeformt, daß er aus diesem Nocken praktisch recht­ winklig austritt und daher an der Austrittsstelle einen un­ verändert großen Hebelarm gegenüber der Drehachse der Welle 51 bildet, auf deren aus dem Meßkanal 46 heraustretendem Ende der Nocken 70 befestigt ist. Die Scheibe 67 kann feinfühlig solange gedreht werden, bis ein vorgeschriebener Wert der Federvorspannung erzielt ist. Dann kann die Scheibe 67 arre­ tiert werden.

Der in Fig. 3 dargestellte Luftmengenmesser enthält noch eine Temperaturkompensation, mit welcher die bei Temperatur­ änderungen und den damit verbundenen Dichteänderungen der Ansaugluft entstehenden Anzeigefehler vermieden werden. Die­ sen von der Luftdichte abhängigen Anzeigefehlern kann sich ein weiterer Fehler überlagern, der durch die Temperatur­ abhängigkeit des Elastizitäts-Moduls (E-Modul) der Rück­ stellfeder 65 verursacht wird. Um diesen letztgenannten Feh­ ler auszugleichen, ist die auf die Stauscheibe 30 wirkende Rückstellfeder 65 aus einem temperaturkompensierten Feder­ werkstoff hergestellt, der im Handel unter der Bezeichnung VAC-Thermelast erhältlich ist. Ein solcher Federwerkstoff hat einen, von der jeweiligen Temperatur praktisch unabhän­ gigen, konstanten E-Modul.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Luftmengenmes­ sers nach Fig. 3 ist sowohl der Einfluß des temperaturab­ hängigen E-Moduls der Rückstellfeder als auch der Einfluß der Luftdichteänderungen kompensiert. Dies wird durch Ver­ wendung eines Federwerkstoffs mit negativem Temperaturkoef­ fizienten erreicht, der zur Herstellung der Rückstellfeder 65 dient. Der negative Temperaturgang des Federwerkstoffs ist dabei so gewählt, daß sich die beiden Einflüsse bei je­ der Temperatur gegenseitig aufheben. Darüber hinaus ist durch kunstruktive Maßnahmen dafür gesorgt, daß die Rück­ stellfeder 65 stets dieselbe Temperatur annimmt, wie die Ansaugluft. Dies wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß ein zur Leerlaufeinstellung dienender Bypass 205, der in Ansaugrichtung vor der Stauscheibe 30 an das Gehäuse 41 angeschlossen ist und hinter der Stau­ scheibe 30 wieder in das Gehäuse einmündet, derart an die zur Aufnahme der Rückstellfeder 65 dienende und mit einem nicht dargestellten Deckel verschlossene Gehäusekammer 206 angeschlossen ist, daß die über den Bypass strömende Leer­ lauf-Ansaugluft die Rückstellfeder 65 bestreichen kann, so daß die Rückstellfeder stets die gleiche Temperatur aufweist, wie die Ansaugluft.

Claims (3)

1. Luftmengenmesser mit einer Stauscheibe, die im Ansaug­ kanal einer Brennkraftmaschine im wesentlichen quer zur Ansaugluftströmung angeordnet und entgegen Federkraft ver­ stellbar ist, zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zur Ma­ schine, insbesondere zur Verwendung bei einer intermittie­ rend arbeitenden Kraftstoffeinspritzanlage, wobei im Ver­ stellbereich der Stauscheibe die den Ansaugluftstrom ein­ schließende Wand bzw. einschließenden Wände so gestaltet ist bzw. sind, daß sich der Öffnungsquerschnitt in Strö­ mungsrichtung mindestens annähernd exponentiell zum Stellweg der Stauscheibe erweitert, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (65) aus einem Feder­ werkstoff besteht, der einen von der Temperatur unabhängi­ gen Elastizitäts-Modul hat.

2. Luftmengenmesser mit einer Stauscheibe, die im Ansaug­ kanal einer Brennkraftmaschine im wesentlichen quer zur Ansaugluftströmung angeordnet und entgegen Federkraft ver­ stellbar ist, zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zur Ma­ schine, insbesondere zur Verwendung bei einer intermittie­ rend arbeitenden Kraftstoffeinspritzanlage, wobei im Ver­ stellbereich der Stauscheibe die den Ansaugluftstrom ein­ schließende Wand bzw. einschließenden Wände so gestaltet ist bzw. sind, daß sich der Öffnungsquerschnitt in Strö­ mungsrichtung mindestens annähernd exponentiell zum Stellweg der Stauscheibe erweitert, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (65) aus einem Feder­ werkstoff hergestellt ist, dessen Elastizitäts-Modul mit steigender Temperatur abnimmt, bzw. einen negativen Tempe­ raturkoeffizienten aufweist.

3. Luftmengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Ansaugrichtung vor der Stauscheibe (30) an das Ansaugrohr (25 bzw. 41) angeschlossener und hinter der Stau­ scheibe (30) in das Ansaugrohr einmündender Bypass (205) vorgesehen ist, der die im Leerlauf der Brennkraftmaschine durchfließende Ansaugluft durch eine Gehäusekammer (206) leitet, in welcher die Rückstellfeder (65) untergebracht ist.