DE2610529A1

DE2610529A1 - Messvorrichtung fuer den ansaugluftdurchfluss bei einem verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2610529A1
Application number: DE19762610529
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Mochizuki; Eizi Tanaka
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1975-03-14
Filing date: 1976-03-12
Publication date: 1976-09-30
Also published as: US4058100A; DE2610529C2; JPS51105527A

Description

Meßvorrichtung für den Ansaugluftdurchfluß bei einem Verbrennungsmotor

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Meßvorrichtung für den Durchfluß der in einen Verbrennungsmotor einströmenden Ansaugluft und insbesondere auf eine Vorrichtung, die den Durchfluß von in den Motor einströmender Ansaugluft dadurch mißt, daß da's Ausmaß der öffnung einer Fühlklappe festgestellt wird, die im Luftansaugrohr stromauf der Drosselklappe angeordnet ist.

Bei herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art, bei denen die Fühlklappe eine zweiflüglige Klappe ist, ist die Auslenkung bzw. der Drehwinkel der Fühlklappe nicht linear proportional zum freien Strömungsquerschnitt der von der

IÖ9840/0328

Postscheck (München) Kto. 670-43-804

26 iQ:^;29

Klappe und der Innenwand des Saugrohres begrenzten öffnung. Ferner ist bei herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art nicht sichergestellt, daß die Druckdifferenz an der Fühlklappe konstant gehalten wird. Dies hat zur Folge, daß der Durchfluß der Ansaugluft nicht linear proportional zur Drehstellung der Fühlklappe ist. Wenn eine solche herkömmliche Vorrichtung in Verbindung mit einer Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor benutzt wird, muß daher das Signal, das dem Ausmaß der öffnung der Fühlklappe entspricht, erst so verarbeitet

werden, daß es in lineare Beziehung zum Durchßluß der Ansaugluft kommt, da die in die Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Durchfluß der Ansaugluft so dosiert werden muß, daß sich ein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ergibt. Bei der Korrektur dieses Signals muß nicht nur der freie Strömungsquerschnitt der öffnung zwischen der Fühlklappe und der Innenwand des Saugrohres sondern auch die Druckdifferenz an der Fühlklappe berücksichtigt werden. Das Signal muß mit Hilfe von durch Versuche gewonnenen Daten korrigiert werden. Daher wird bei der Steuerung des L-uft-Kraftstoff-Verhältnisses nicht die gewünschte Genaugikeit erreicht. Außerdem sind herkömmliche Vorrichtungen kompliziert konstruiert, da zur Korrektur des Signals mehrere Einrichtungen erforderlich sind.

609840/0328

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung für den Durchfluß von Ansaugluft, die in einen Verbrennungsmotor eingesaugt wird, zu schaffen, wobei die Drehstellung der Fühlkapppe genau linear proportional zum Durchfluß der Ansaugluft sein soll.

Erfindungsgemäße Meßvorrichtungen sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Damit die Drehstellung der Fühlklappe genau linear proportional zum Durchfluß der Ansaugluft wird, muß die Druckdifferenz an der Fühlklappe unabhängig von der Drehstellung der Fühlklappe konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck umfaßt die erfindungsgemäße Durchflußmeßvorrichtung eine Einrichtung zur Feststellung der Druckdifferenz an der Fühlklappe und zur Erzeugung eines Drucksignals, das die Differenz zwischen der festgestellten Druckdifferenz und einer Bezugsdruckdifferenz wiedergibt, sowie eine auf dieses Drucksignal ansprechende Einrichtung zur Steuerung der Drehstellung der Fühlklappe in der Weise, daß die Druckdifferenz an der Fühlklappe gleich der Bezugsdruckdifferenz wird.

Damit genauere lineare Proportionalität zwischen der Drehstellung der Fühlklappe und dem Durchfluß der Ansaugluft erreicht wird, ist erfindungsgemäß ferner

809840/0326

vorgesehen, daß in einem Bereich der Innenwand des Saugrohres, der der Bahn der Unterkante der Fühlklappe bei ihrer Verdrehung bzw. Verschwenkung zugewandt ist, eine gekrümmte Ausnehmung in der Weise ausgebildet,ist, daß der freie Strömungsguerschnitt der von der Fühlklappe und der Innenwand des Saugrohres begrenzten öffnung genau linear proportional zur Drehstellung der Fühlklappe ist.

Erfindungsgemäß ist somit das Ausmaß der öffnung der Fühlklappe genau linear prorportional zum Durchfluß der Ansaugluft. Wenn die Fühlklappe funktional mit einer Kraftstoffdosieranlage gekoppelt ist, kann daher der Kraftstoff genau proportional zum Durchfluß der Ansaugluft dosiert werden, so daß die Zylinder mit einem optimalen. Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gespeist werden können, so daß sich nicht nur KraftStoffeinsparungen ergeben, sondern auch eine genaue Steuerung der Abgasemissionen möglich ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Durchflußmeßvorrichtung, bei der das Ausmaß der öffnung der Fühlklappe automatisch in Abhängigkeit von der Belastung des Motors so gesteuert wird, daß bei hoher und/oder niedriger Belastung des Motors ein

609840/0326

optimales fetteres Luft-Kraftstoff-Gemisch geliefert wird.

Zu diesem Zweck sieht die Erfindung Einrichtungen zur automatischen Änderung der Bezugsdruckdifferenz in Abhängigkeit von der Belastung des Motors vor.

Weitere Merkmale und Vorteil der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Teilen zugeordnet sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Durchflußmeßvorrichtung für Ansaugluft;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Durchflußneßvorrichtung; und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Durchflußmeßvorrxchtung.

609840/0326

Erste Ausführungsform (Fig. 1)

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ansaugluftdurchflußmeßvorrichtung dargestellt. Ein nicht dargestelltes Luftfilter steht über ein Saugrohr 1 mit rechtwinkligem Querschnitt mit einem Verbrennungsmotor so in Verbindung, daß die angesaugte Luft durch das Saugrohr 1 in Richtung des Pfeiles a von einem Eintritt 2 aus durch das Saugrohr strömt. Eine Welle 4 trägt eine Drosselklappe 3. Die Welle 4 ist drehbar im Saugrohr 1 gelagert und funktional mit einem nicht dargestellten Gaspedal verbunden, so daß das Ausmaß der öffnung der Drosselklappe 3 auf geeignete Weise entsprechend dem Bestriebszustand des Motors gesteuert werden kann.

Eine Welle 5 ist mit dem oberen Teil einer rechtwinkligen Fühlklappe 6 verbunden. Die Welle 5 ist drehbar im Saugrohr 1 stromauf der Drosselklappe 3 gelagert. Die Fühlklappe 6 ist funktional mit einer herkömmlichen Dosieranlage verbunden, von der der Druchfluß des dem Motor zugeführten Kraftstoffs in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Welle 5 bzw. der Fühlklappe 6 gesteuert wird. Oben an der Fühlklappe 6 ist ein Arm 7 befestigt, der über eine Verbindungsstange 8 mit einer Mambran 12 eines druckbetätigten Stellantriebs bzw. eines

BQ984Q/032S

Membranantriebs 9 in Verbindung steht. Zwischen dem unteren Teil der Fühlklappe 6 und einer Halterung 11, die am Saugrohr 1 befestigt ist, ist eine Rückstellfeder 10 gespannt, die die Fühlklappe 6 in ihre geschlossene Stellung zu ziehen versucht.

Die Membran 12 unterteilt den Innenraum eines Gehäuses 9A in eine obere Druckkammer, die in Verbindung mit einem Druckänschluß 13 steht, der stromauf der Fühlklappe 6 im Saugrohr ausgebildet ist, und eine untere Druckkammer 9B, die über eine Unterdrucksteuerkammer 25 eines druckempfindlichen Ventils bzw. Membranventils 15 mit einem Druckanschluß 14 in Verbindung steht, der·stromab der Fühlklappe 6 im Saugrohr 1 ausgebildet ist. Die Membran kann vom Druckunterschied zwischen der oberen Druckkammer und der unteren Druckkammer ausgelenkt werden und dadurch über die Verbindungsstange 8 und den Arm die Fühlklappe 6 verschwenken.

Das Membranventil 15 umfaßt ein oberes Gehäuse 22, ein unteres Gehäuse 32 sowie eine Membran 16, deren Rand zwischen dem oberen Gehäuse 22 und dem untereiGehäuse so eingesetzt ist, daß-sie eine erste oder obere Druckkammer 17 und eine zweite .oder unteren Druckkammer 18 abteilt. Das untere Ende eines Ventilschaftes 19 ist an der Membran 16 in deren Mitte befestigt, und das obere

B09840/0326

Ende dieses Ventilschaftes geht in ein halbkugelförmiges Ventilelement 20 über, für das ein Ventilsitz 23 an der oberen Wand des oberen Gehäuses 22 ausgebildet ist. Der Ventilschaft 19 sitzt verschiebbar in einer für luftdichten Abschluß sorgenden Ventilschaftführung 21. Die Unterdrucksteuerkammer 25 steht mit der umgebenden Atmosphäre über einen veränderbaren Strömungskanal 24 in Verbindung, der vom Ventilelement 20 und seinem Ventilsitz 23 begrenzt wird. In der zweiten Druckkammer 18 ist zwischen der Membran 16 und einem Federsitz 27 in Form eines Kolbens eine Rückstellfeder angeordnet. Durch den Boden des kolbenförmigen Federsitzes 27 ist ein Luftloch 28 gebohrt. Dieser kolbenförmige Federsitζ 27 ist verschiebbar in einen zylindrischen Abschnitt 32a des unteren Gehäuses 32 eingepaßt und mit dem oberen Ende einer Stange 29 verbunden, die verschiebbar durch eine für luftdichten Abschluß sorgende Stangenführung 31 verläuft, die in den Boden des zylindrischen Abschnitts 32a des unteren Gehäuses eingesetzt ist. Am unteren Ende der Stange 29 ist drehbar eine Rolle 30 angebracht, die in Kontakt mit einer Nockenscheibe 33 steht, die von einer Nockenwelle 34 getragen wird, die ihrerseits funktional in Verbindung mit der Welle 4 der Drosselklappe 3 steht.

609840/0326

26105

Die erste Druckkammer 17 des Membranventils 15 steht mit einem Druckanschluß 35 in Verbindung, der im Saugrohr 1 stromauf der Fühlklappe 6 ausgebildet ist. Die zweite Druckkammer 18 steht mit einem Druckanschluß 36 in Verbindung, der stromab der Fühlklappe.6 im Saugrohr ausgebildet ist.

In der Innenwand des Saugrohres 1 ist eine gekrümmte Ausnehmung 37 in einem dem unteren Rand der Fühlklappe zugewandten Bereich so ausgebildet, daß der zwischen der Unterkante der Fühlklappe 6 und der gekrümmten Ausnehmung 36 bestehende freie Strömungsquerschnitt in linearem Verhältnis zum Ausmaß der öffnung der Fühlklappe 6, d.h. zur Drehstellung der Welle 5, steht. In das Saugrohr 1 mündet ein Einlaß 38 eines Bypasskanals, der dafür sorgt, daß bei vollständig geschlossener Drosselklappe 3 im Leerlauf des Motors durch den Bypasskanal eine geeignete Menge angesaugter Luft zum Motor strömen kann, damit stabiler Leerlauf des Motors erreicht wird.

Im folgenden wird die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform erläutert. Wenn der Motor angelassen worden ist und die Drosselklappe 3 geöffnet ist, strömt durch den Eintritt 2 angesaugte Luft in Richtung des Pfeiles a in das Saugrohr 1, so daß die

609840/0326

Fühlklappe 6 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 10 in Abhängigkeit vom Ansaugluftdurchfluß verdreht wird. Der Druck stromab der Fühlklappe 6 ist geringer als der Druck stromauf der Fühlklappe 6 aufgrund des von der Fühlklappe 6 hervorgerufenen Druckverlustes. Der stromauf der Fühlklappe 6 herrschende Unterdruck wird über den Druckanschluß 13 auf die obere Kammer des Membranantriebs 9 und über den Druckanschluß 35 auf die erste'Druckkammer 17 im Membranventil 15 gegeben. Der stromab der Fühlklappe 6 herrschende Unterdruck wird über den Druckanschluß 36 auf die zweite Druckkammer 18 im Membranventil 15 und über den Druckanschluß 14 sowie die Unterdrucksteuerkammer 25 im Membranventil 15 auf die untere Druckkammer 9B im Membranantrieb 9 gegeben. Die Fühlklappe 6 nimmt eine Stellung ein, in der die einerseits von der Luftströmung und der Membran 12 über die Verbindungsstange 8 und den Arm 7 auf die Fühlklappe ausgeübte Kraft im Gleichgewicht ist mit der andererseits von der Rückstellfeder 10 auf die Fühlklappe ausgeübten Kraft. Es sei nun der Druckabfall bzw. die Druckdifferenz an der Fühlklappe 6 im Gleichgewichtszustand betrachtet. Wenn der Druck stromauf der Fühlklappe 6 mit P1 und der Druck stromab der Fühlklappe 6 mit P2 bezeichnet wird, wird die Druckdifferenz durch folgende Gleichung wiedergegeben :

ΔΡ = P1 - P2

809840/0326

Der freie Strömungsquerschnitt des veränderbaren Strömungskanals 24 zwischen dem Ventilelement 20 und seinem Ventilsitz 23 wird mit A bezeichnet. Ferner sei für die folgende Erklärung angenommen, daß dieser freie Strömungsquerschnitt bzw. diese Fläche den konkreten Wert Ao hat, wenn die Druckdifferenz gleich einer mit ΔΡο bezeichneten Bezugsdruckdifferenz ist. Im folgenden werden die drei Fälle untersucht, daß ΔΡ = .ΔΡο oder ΔP < ΔΡο oder ΔΡ>ΔΡο.ϊξ1;.

1) ΔΡ =

Unter dieser Bedingung beträgt die Druckdifferenz an der Membran 16 im Membranventil 15 ΛPo. Der freie Strömungsquerschnitt bzw. die Fläche des Strömungskanals 24 ist definitionsgemäß Ao. Da die Unterdrucksteuerkammer 25 über den Strömungskanal 24 mit der Fläche Ao mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht, ist der auf die Unterseite der Membran 12 im Membranantrieb 9 wirkende Unterdruck auf P'20 vermindert. Unter diesen Bedingungen ist das im Uhrzeigersinn auf die Fühlklappe 6 vom Membranantrieb 9 und von der Luftströmung ausgeübte Drehmoment gleich dem entgegengesetzt wirkenden Drehmoment der Rückstellfeder 10. Die Druckdifferenz an der Fühlklappe ist dann ΔΡο.

609840/0326

2) ΔΈ -C APo

Wenn die Druckdifferenz ΔΡ kleiner als die Bezugsdruckdifferenz ΔΡο wird, nimmt die die Membran 16 nach unten ziehende Kraft ab, so daß die Membran 16 von der Feder mehr nach oben ausgelenkt wird, was zur Folge hat, daß das Ventilelement 20 weiter nach oben vom Ventilsitz abgehoben wird. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Fläche A des Strömungskanals 24 größer als Ao wird, so daß der auf die Unterseite der Membran 12 im Membranantrieb 9 wirkende Unterdruck stärker vermindert wird. Dies wiederum hat zur Folge daß die Membran 12 mehr nach oben ausgelenkt wird und die Fühlklappe 6 aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 10 in Schließrichtung verstellt wird. Dadurch wird der Druckverlust erhöht, so daß die Druckdifferenz an der Fühlklappe 6 bis auf die Bezugsdruckdifferenz ΔΡο ansteigt. Wenn die Druckdifferenz ΔΡ bis auf die Bezugsdruckdifferenz APo angestiegen ist, ist der Gleichgewichtszustand erreicht.

3) AP > APo

Dies ist der entgegengesetzte Fall zum zweiten Fall, so daß die Fühlklappe 6 im Öffnungsrichtung verschwenkt wird, wie leicht einzusehen ist. Daher wird der Druckverlust aufgrund der Fühlklappe 6 vermindert, so daß die

B09840/0326

"¹³~ 261G529

Druckdifferenz ΔΡ bis zur Bezugsdruckdifferenz ΔΡο abnimmt. Wenn dann ΔΡ = ΔΡο ist, ist der Gleichgewichtszustand erreicht.

Die Druckdifferenz Δ P an der Fühlklappe 6 kann somit für alle Werte des Ansaugluftdurchf lisses zuverlässig in einem bestimmten, zulässigen Toleranzbereich um die Bezugsdruckdifferenz &Po gehalten werden. Dies gilt sogar für den Leerlauf, da dann die Ansaugluft durch den Bypasskanal in den Motor strömt, wie dies bereits erläutert wurde. Wie bereits ebenfalls erläutert wurde, ist die Größe der von der Unterkante der Fühlklappe 6 und der gekrümmten Ausnehmung 37 des Saugrohres begrenzten öffnung linear proportional zur Drehstellung der Fühlklappe 6. Demzufolge ist der Durchfluß der durch die von der FühlkUappe 6 begrenzte öffnung fließenden Ansaugluft linear proportional zur Winkelstellung der Fühlklappe 6.

Im folgenden wird die Funktionsweise der ersten Ausführungsform in Verbindung mit einer Kraftstoffeinspritzanlage erläutert, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors steuert. In der Regel ist ein fettes Gemisch bzw. niedriges Luft-Kraftstoff-Verhältnis erforderlich, wenn der Motor im Leerlauf oder bei niedriger Belastung

609840/0326

oder bei hoher Belastung arbeitet und die Drosselklappe entweder nur wenig oder weit geöffnet ist, wogegen ein mageres Gemisch bzw. hohes Luft-Kraftstoff-Verhältnis erforderlich ist, wenn der Motor in einem mittleren Lastbereich arbeitet und die Drosselklappe eine Mittelstellung einnimmt, damit Kraftstoff gespart wird und der Gehalt an Abgasverunreinigungen möglichst gering ist. Erfindungsgemäß besteht daher die Nockenfläche der Nockenscheibe 23 aus einem. Abschnitt für niedrige Belastung, einem Abschnitt für mittlere Belastung und einem Abschnitt für hohe Belastung, wobei sich die Abstände dieser drei Abschnitte von der Achse der Nockenwelle 34 voneinander unterscheiden. Da die Nockenwelle 34 funktional mit der Welle 4 der Drosselklappe 3 verbunden ist, hängt die Stellung der mit der Nockenscheibe 33 in Berührung stehenden Rolle 30 und somit des Federsitzes 27 von der Drehstellung der Drosselklappenwelle 4 und somit von der Größe der öffnung an der Drosselklappe 3 ab. Zur Erläuterung sei angenommen, daß dann, wenn die Bezugsdruckdifferenz APo herrscht und der Strömungskanal die freie Bezugsfläche Ao hat und der Motor unter mittlerer Belastung arbeitet, der kolbenförmige Federsitζ 27 die Bezugsstellung Lo einnimmt und das eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis das Bezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)o ist. Wenn die Drosselklappe 3 dann aus der Stellung mit mittlerer öffnung in eine Stellung mit

609840/0326

weiter öffnung gebracht wird, d.h. wenn die Belastung des Motors ansteigt, wird die mit der Welle 4 der Drosselklappe 3 funktional verbundene Nockenscheibe 33 so gedreht, daß der Nockenflächenabschnitt für hohe Belastung in Kontakt mit dem Nockenabtaster bzw. der Rolle 30 gebracht wird, so daß die Rolle 30 und somit der Federsitz 24 abgesenkt werdön. Dies hat zur Folge, daß das untere Ende der Rückstellfeder 26 abgesenkt und die Spannung der Rückstellfeder 26 vermindert wird, so daß die von der Feder 26 erzeugte Rückstellkraft ebenfalls abnimmt. Bei der Bezugsdruckdifferenz ΔPo nimmt daher der Ventilschaft 19 eine niedrigere Stellung als im mittleren Lastbereich ein, so daß die Fläche A des Luftkanals 24 kleiner ist und der Membranantrieb 9 die Fühlklappe 6 weiter geöffnet hält. Die Gleichgewichtsstellung der Fühlklappe wird daher bei weiter geöffneter Fühlklappe 6 und bei einer Druckdifferenz ΔΡ erreicht, die niedriger als die Bezugsdruckdifferenz /\P° ist. Der Durchfluß durch die von der Fühlklappe 6 bestimmte öffnung ist daher selbst bei größerer öffnung geringer, da eine kleinere Druckdifferenz herrscht. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Fühlklappe bei gleichem Durchfluß weiter geöffnet ist, wenn der Motor stark belastet ist, als wenn der Motor unter mittlerer Belastung arbeitet. Die Welle 5 der Fühlklappe 6 ist funktional mit der Kraftstoff-

609840/0326

dosieranlage so verbunden, daß die Menge des zugemessenen Kraftstoffs proportional zur Winkelstellung der Welle 5 ist. Dies hat zur Folge, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F niedriger als das Bezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)o ist, auch wenn die Fühlklappe 6 gleich weit geöffnet ist. Dies heißt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei hoher Belastung niedriger als bei mittlerer Belastung wird. Bei niedriger Belastung geschieht im wesentlichen das gleich, was vorstehend für hohe Belastung beschrieben wurde.

Da in den Boden des Federsitzes 27 das Luftloch 28 gebohrt ist, wirkt keine Druckdifferenz zwischen der Oberseite und der Unterseite des Bodens des Federsitzes

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht, daß die Dreh- bzw. Winkelstellung der Welle 5 der Fühlklappe 6 linear proportional zum Ansaugluftdurchfluß ist. Wenn ein fettes Gemisch bzw. niedriges Luft-Kraftstoff-Verhältnis erforderlich ist, wird die Druckdifferenz Ap an der Fühlklappe 6 bei gleicher Stellung der Fühlklappe 6 vermindert, so daß der Ansaugluftdurchfluß abnimmt. Da die Größe der Öffnung an der Fühlklappe 6 und somit die Dreh-Stellung der Welle 5 unverändert bleiben, bleibt auch die Menge des zugemessenen und eingespritzten Kraftstoffs

609840/0326

2610523

unverändert. Dies hat zur Folge, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F niedriger als das Bezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)ο wird. Die Erfindung kann sowohl auf Kraftstoffeinspritzanlagen angewendet werden, bei denen die Drehstellung der Fühlklappe 6 und somit der Welle 5 mechanisch festgestellt wird, als auch auf Kraftstoffeinspritzanlagen, bei denen diese Drehstellung elektrisch erfaßt wird.

Zweite Ausführungsform (Fig. 2)

Die in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform stimmt mit der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungsform weitgehend mit der Ausnahme überein, daß die Einrichtung zur Feststellung der Größe der öffnung an der Drosselklappe anders als die entsprechende Einrichtung bei der ersten Ausführungsform ausgebildet ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 umfaßt das untere Gehäuse 32 des Membranventils 15 einen unteren zylindrischen Abschnitt 32b, der unmittelbar unterhalb des oberen zylindrischen Abschnitts 32a, in den verschiebbar der Federsitz 27 eingesetzt ist, koaxial zum unteren Abschnitt an diesen angeformt ist. In den unteren zylindrischen Abschnitt 32b ist verschiebbar ein Kolben eingepaßt, der mit dem unteren Ende der Stange 29 verbunden ist. Der Innenraum des unteren zylindrischen

609840/0326

Abschnitts 32b wird vom Kolben 42 in eine obere Kammer und eine untere Kammer 42a unterteilt, wobei die obere· Kammer über ein Entlüftungsloch 46 mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht und die untere Kammer 42a einen Lufteinlaß 47 sowie einen Unterdruckeinlaß 48 aufweist. In der unteren Kammer 42a sitzt zwischen dem Kolben 42 und dem Boden des unteren zylindrischen Abschnitts 32b eine Rückstellfeder 45, die den Kolben 42 nach oben zu drücken versucht.

Ein Druckwählventil 49, mittels dessen das Drucksignal ausgewählt wird, das auf die untere Kammer 42a gegeben wird, umfaßt ein Gehäuse 50, einen Tauchkern 51, der verschiebbar in das Gehäuse 50 eingepaßt ist und an seinem Umfang eine umlaufende Ringnut 51a aufweist, eine Rückstellfeder 52, die den Tauchkern 51 nach rechts (in Fig. 2) zu drücken versucht, eine erste Düse 53, die in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre steht, eine am Gehäuse 50 ausgebildete zweite Düse 54, die mit einem Druckanschluß 65 verbunden ist, der sich am Saugrohr 1 stromab der Drosselklappe 3 befindet, eine in das Gehäuse 50 geschraubte Stellschraube 55 zur Lageeinstellung des Tauchkerns 51, einen am Gehäuse 50 ausgebildeten ersten Auslaß 56, der in Verbindung mit dem Lufteinlaß 47 steht, einen am Gehäuse ausgebildeten zweiten Auslaß 57, der in Verbindung mit dem Unterdruckeinlaß 48

609840/0326

des Membranventils 15 steht, sowie eine Elektromagnetspule bzw. ein Solenoid 58 zur Verschiebung des Tauchkerns 51.

Eine Welle 60, die funktional mit der Welle 4 der Drosselklappe 3 verbunden ist, trägt einen Arm bzw. bewegbaren Kontakt 59_f der wahlweise in Berührung mit einem festen Kontakt 61 für niedrige Belastung oder einem festen Kontakt 62 für hohe Belastung treten kann. Der bewegbare Kontaktarm 59 ist elektrisch mit einem Anschluß des Solenoids 52 verbunden, und die festen Kontakte 61 und 62 sind elektrisch über eine Spannungsquelle mit dem anderen Anschluß des Solenoids 58 verbunden.

Am Unterdruckeinlaß 48 befindet sich ein Rückschlagventil 63, zu dem eine Feder 64 gehört.

Im folgenden wird die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform erläutert. Bei mittlerer Belastung steht der bewegbare Kontaktarm 59 mit keinem der festen Kontakte 61 und 62 in Berührung, so daß das Solenoid 58 enterregt ist und der Tauchkern von der Rückstellfeder 52 nach rechts (in Fig.. 2) gedrückt wird, wobei er dann eine solche Stellung hat, daß die Ringnut 51a des Tauchkerns 51 für eine Verbindung zwischen der ersten Düse 53 und dem ersten Auslaß 56 sorgt. Dies

609840/03 2 6

hat zur Folge, daß durch den Lufteinlaß 47 atmosphärische Luft in die untere Kammer 42a im Membranventil 15 gelangt, so daß der Kolben 42 von der Rückstellfeder 45 nach oben gedrückt werden kann. In diesem Zustand der Meßvorrichtung ist die Druckdifferenz ΔΡ an der Fühlklappe 6 gleich der Bezugsdruckdifferenz ΔΡο, und das sich ergebende Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist gleich dem Bezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)o. Bei einer Erhöhung der Belastung wird der bewegbare Kontaktarm 59 in Berührung mit dem festen Kontakt 62 für hohe Belastung gebracht, so daß das Solenoid 58 erregt wird und den Tauchkern 51 nach links (in Fig. 2) zieht. Dies hat zur Folge, daß der Tauchkern 51 in eine Stellung verschoben wird, in der seine Ringnut 51a eine Verbindung zwischen der zweiten Düse 54, die mit dem Druckanschluß 65 verbunden ist,und dem zweiten Auslaß 57

herstellt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Dadurch gelangt der stromab der Drosselklappe 3 herrschende Unterdruck über das Druckwählventil 49 und das Rückschlagventil 63 in die untere Kammer 42a, wo dieser Unterdruck so auf den Kolben 42 wirkt, daß der Kolben 42 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 45 nach unten verschoben wird, wobei er den Federsitz 27 mitnimmt. Das Rückschlagventil 63 sorgt dafür, daß die Kammer 42a geschlossen bleibt, auch wenn der von stromab der Drosselklappe 3 übertragene Unterdruck unter den vorher

609840/0326

zur Kammer 42a übertragenen Unterdruck abnimmt, so daß der Kolben 42 in seiner abgesenkte Stellung gehalten werden kann. In diesem Zustand wird die Druckdifferenz an der Fühlklappe 6 niedriger als die Bezugsdruckdifferenz ΔPo₇ was zur Folge hat, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis niedriger als das Bezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)o wird. Die Funktionsweise im Leerlauf oder bei niedriger Belastung entspricht der vorstehend beschriebenen Funktionsweise.

Dritte Ausführungsform (Fig. 3)

Die in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsform stimmt weitgehend mit der vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebenen zweiten Ausführungsform·überein. Bei der zweiten Ausführungsform wird das Solenoid 58 des Druckwählventils 49 vom bewegbaren Kontaktarm 59 gesteuert, der auf der Welle 60 sitzt, die funktional mit der Welle 4 der Drosselklappe 3 verbunden ist, so daß der Erregungszustand des Solenoids 58 von der Winkelstellung der Drosselklappe 3 abhängt. Bei der dritten Ausführungsform wird die Erregung des Solenoids 58 von einem Unterdruckfühler 66 gesteuert, der Änderungen der Belastung des Motors erfühlen kann. Der Unterdruckfühler 66 umfaßt ein oberes Gehäuse 71a und ein unteres Gehäuse 71b, die miteinander verbunden sind, eine Membran 67,

609840/0326

deren Rand zwischen dem oberen Gehäuse 71a und dem unteren Gehäuse 71b eingeklemmt ist und die den Innenraum des Unterdruckfühlers 66 in eine obere Druckkammer 67a. und eine untere Druckkammer 67b unterteilt, einen Federsitz 68, der an der Membran 67 befestigt ist, eine Rückstellfeder 69, die in die obere Druckkammer 67a zwischen dem oberen Gehäuse 71a und dem Federsitz eingesetzt ist, ein oberes Paar Kontaktstifte 70a, die durch die Oberseite des oberen Gehäuses 71a um ein bestimmtes Stück in die obere Druckkammer 67a ragen, ein unteres Paar Kontaktstifte 70b, die um eine bestimmte Länge durch die Bodenwand des unteren Gehäuses 71b in die untere Druckkammer 67b ragen, und einen Einlaß 72, über den die obere Druckkammer 67a mit dem Druckanschluß 65 des Saugrohres 1 verbunden ist. Einer der oberen Kontaktstifte 70a und einer der unteren Kontaktstifte 70b ist elektrisch mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden. Die anderen Kontaktstifte 70a und 70b sind mit einem Anschluß des Solenoids verbunden, dessen andererAnschluß mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden ist. Die Kraft der Rückstellfeder 69 ist so gewählt, daß sich die Membran 67 bei mittlerer Belastung des Motors zwischen den oberen und unteren Kontaktstiften bzw. Elektroden 70a und 70b befindet und demzufolge der an der Membran 67 befestigte Federsitz 68 mit keinem der Kontaktstifte in Berührung steht.

609840/0326

Daher bleibt das Solenoid 58 des Druckwählventxls 49 bei mittleren Belastung des Motors enterregt.. Bei hoher Belastung des Motors ist der Unterdruck, der in der oberen Druckkammer 67a wirkt, größer, so daß die Membran 67 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 69 nach oben (in Fig. 3) ausgelenkt wird und dadurch der Federsitz in Berührung mit den oberen Kontaktstiften 70a gelangt. Dies hat zur Folge, daß das Solenoid 58 erregt wird. Wenn dagegen die Belastung des Motors niedrig ist, wird die Membran 67 nach unten (in Fig. 3) ausgelenkt, so daß der Federsitz 68 in Berührung mit den unteren Kontaktstiften 70b gelangt. Auch dies hat zur Folge, daß das Solenoid 58 erregt wird. Mit Ausnahme dieser Steuerung der Erregung des Solenoids 58 mittels des Unterdruckfühlers arbeitet die dritte Ausführungsform praktisch in gleicher Weise wie die zweite Ausführungsform.

Die Erfindung bezieht sich somit auf eine Durchflußmeßvorrichtung für Ansaugluft, die in einen Verbrennungsmotor eingesaugt wird, der ein Saugrohr und eine im Saugrohr angeordnete Drosselklappe aufweist, die den Durchfluß der zum Motor strömenden Ansaugluft steuert. Die Durchflußmeßvorrichtung umfaßt eine stromauf der Drosselklappe im Saugrohr angeordnete Fühlklappe, die um einen Winkel ausgelenkt werden kann, der proportional

6098Λ0/0326

zum Durchfluß der durch das Saugrohr strömenden Ansaugluft ist, eine Welle, die funktional mit der Fühlklappe so verbunden ist, daß der Drehwinkel der Welle dem Durchfluß der angesaugten Luft entspricht, eine Einrichtung zur Feststellung der Druckdifferenz an der Fühlklappe und zur Erzeugung eines Signals, das der Differenz zwischen dieser festgestellten Druckdifferenz und einer Bezugsdruckdifferenz entspricht, und eine auf das Signal von der erstgenannten Einrichtung ansprechende Einrichtung zur Steuerung der Größe der von der Fühlklappe freigelassenen öffnung in der Weise, daß die Druckdifferenz an der Fühlklappe gleich der Bezugsdruckdifferenz gemacht werden kann, so daß dann das Ausmaß der öffnung der Fühlklappe genau proportional zum Durchfluß der Ansaugluft ist.

609840/0326

Claims

Patentansprüche

( 1. Meßvorrichtung für den Durchfluß von Ansaugluft, die in einen Verbrennungsmotor eingesaugt wird, der ein Saugrohr und eine im Saugrohr angeordnete Drosselklappe umfaßt, die zur Steuerung des Durchflusses der zum Motor strömenden Ansaugluft dient, gekennzeichnet durch

a) eine stromauf der Drosselklappe (3) schwenkbar im Saugrohr (1) gelagerte Fühlklappe (6), die in Abhängigkeit vom Durchfluß der im Saugrohr strömenden Ansaugluft geöffnet und geschlossen wird,

b) eine Welle (5), die funktional mit der Fühlklappe verbunden ist und von dieser gedreht wird, wobei der Drehwinkel der Welle dem Durchfluß der Ansaugluft entspricht,

c) ein auf eine Druckdifferenz ansprechendes Ventil (15) mit einem Gehäuse (32), einem durch das Gehäuse verlaufenden flexiblen Element (16), das im Gehäuse eine erste Druckkammer (17) und eine zweite Druckkammer (18) abteilt, wobei die erste und die zweite Druckkammer so mit dem Saugrohr in Verbindung stehen, daß der Luftdruck stromauf der Fühlklappe (6) zur ersten Druckkammer gelangt und daß der Luftdruck stromab der Fühlklappe zur zweiten Druckkammer gelangt, einer mit dem flexiblen Element verbundenen Ventileinrichtung (19,

SQ9840/0326

20, 23) und einer Federeinrichtung (26), die unter solcher Spannung steht, daß sie das flexible Element normalerweise zur ersten Druckkammer drückt, so daß das auf eine Druckdifferenz ansprechende Ventil in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer ein Drucksignal erzeugt, das dem Ausmaß der öffnung der Ventileinrichtung entspricht, und d) einen druckbetätigten Stellantrieb (9) mit einem Gehäuse (9A), einem flexiblen Element (12), das durch das Gehäuse verläuft und darin aine Druckkammer (9B) abteilt, auf die das Drucksignal von dem auf eine Druckdifferenz ansprechenden Ventil (15) gegeben wird, und Verbindungsmitteln (7, 8) zur funktionalen Verbindung des flexiblen Elementes (12) mit der Fühlklappe (6), so daß das flexible Element entsprechend dem Drucksignal ausgelenkt wird und diese Auslenkung über die Verbindungsmittel zur Fühlklappe übertragen wird, wodurch das Ausmaß der öffnung der Fühlklappe gesteuert wird.
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand des Saugrohres (1) in einem Bereich, der dem zum am Saugrohr (1) angelenkten Rand der Fühlklappe (6) entgegengesetzten Vorderrand der Fühlklappe zugewandt ist, eine Ausnehmung (37) ausgebildet ist, deren

609840/0326

Profil so bestimmt ist, daß der freie Strömungsquerschnitt des von der Fühlklappe und der Innenwand des Saugrohres begrenzten Ansaugluftdurchlasses linear proportional zur Dreh- bzw. Winkelstellung der Fühlklappe ist.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Federkrafteinstellvorrichtung, die funktional mit der Federeinrichtung (26) des auf eine Druckdifferenz ansprechenden Ventils (15) in der Weise gekoppelt ist, daß die Stärke der von der Federeinrichtung auf das flexible Element (16) ausgeübten Kraft entsprechend dem Betriebszustand des Motors geändert werden kann.
4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkrafteinstellvorrichtung einen verschiebbar in das Gehäuse (32) des auf eine Druckdifferenz ansprechenden Ventils (15) eingepaßten Federsitz (27) zur Aufnahme eines Endes der Federeinrichtung (26), eine ein Signal erzeugende Detektoreinrichtung, die feststellt, ob der Motor unter hoher Belastung oder unter niedriger Belastung arbeitet, und eine auf das hohe oder niedrige Belastung anzeigende Signal von der Detektoreinrichtung ansprechende Verschiebeeinrichtung umfaßt, die den Federsitz verschieben kann und dadurch die Kraft der Federeinrichtung ändern kann, so daß das auf eine Druckdifferenz ansprechende Ventil (15) bei hoher und/oder

60984 07 0326

niedriger Belastung des Motors die Höhe des Drucksignals so ändert, daß der druckbetätigte Stellantrieb. (9) die Fühlklappe (6) in solcher Richtung verstellt, daß die Druckdifferenz an der Fühlklappe geringer wird.
5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkrafteinstellvorrichtung

a) eine Verbindungsstange (29)_/ deren eines Ende fest mit dem Federsitz (27) verbunden ist,

b) eine drehbar am anderen Ende der Verbindungsstange angebrachte Rolle (30) und

c) eine Nockeneinrichtung (33) umfaßt, die funktional mit der Drosselklappe (3) im Saugrohr (1) gekoppelt ist und mit der Rolle (30) so zusammenwirkt, daß sie den Federsitz (27.) in Axialrichtung der Federeinrichtung (26) verschieben kann, wobei der Federsitz (27) bei hoher und niedriger Belastung des Motors in solcher Richtung verschoben wird, daß die von der Federeinrichtung ausgeübte Kraft geringer ist.
6. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkrafteinstellvorrichtung

a) einen Kolben (42), der verschiebbar in eine Kammer (42a) eingepaßt ist, die im auf eine Druckdifferenz ansprechenden Ventil (15) ausgebildet ist,· und der funktional mit dem Federsitz (27) verbunden ist,

609840/0326

b) eine zweite in der Kammer (42a) angeordnet Federeinrichtung (45), die den Kolben normalerweise in einer Neutralstellung hält,

c) einen Einlaß (48), über den Arbeitsfluid in die Kammer (42a) eingeführt werden kann, wodurch der Kolben (42) entgegen der Kraft der zweiten Federeinrichtung in solcher Richtung verschoben wird, daß der Federsitz (27) so verschoben wird, daß die von der ersten Federeinrichtung (26) ausgeübte Federkraft vermindert wird,

d) einen Auslaß (47) zum Ablassen des Arbeitsfluids aus der Kammer (42a),

e) ein Wählventil (49) zum wahlweisen öffnen des Einlasses und gleichzeitigen Schließen des Auslasses oder Schließen des Einlasses und gleichzeitigen öffnen des Auslasses, und

f) eine Wählventilsteuereinrichtung umfaßt, die auf den Belastungszustand des Motros anspricht und das Wählventil so steuert, daß der Einlaß (48) nur dann geöffnet wird, wenn der Motor unter hoher oder niedriger Belastung arbeitet.
7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wählventil (49) ein von einem Elektromagneten gesteuertes Ventil ist und bei Erregung des Elektromagneten den Einlaß (48) öffnet und im enterregten Zustand-des Elektromagneten den Auslaß (47) offenhält und daß die

609840/0326

Steuereinrichtung des Magnetventils einen Drehschalter (59, 60, 61, 62) umfaßt, zu dem ein bewegbarer Kontakt, der von einer Welle getragen wird, die funktional mit der Drosselklappe (3) im Saugrohr (1) gekoppelt ist, und feste Kontakte (61, 62) für hohe Belastung bzw. niedrige Belastung gehören, wobei bei hoher oder niedriger Belastung des Motors der bewegbare Kontakt in Berührung mit den festen Kontakten für hohe bzw. niedrige Belastung gebracht wird und dadurch einen Schaltkreis des vom Elektromagneten gesteuerten Wählventils (49) schließt, so daß der Elektromagnet erregt wird.
8. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wählventil (49) von einem Elektromagneten gesteuert wird und bei erregtem Elektromagneten den Einlaß (48) öffnet und im enterregten Zustand des Elektromagneten den Auslaß (47) offenhält und daß die Steuereinrichtung für das Wählventil

a) ein Gehäuse

b) eine im Gehäuse angeordnete Membran (67), die das Gehäuse in eine erste Druckkammer (67a) und eine zweite Druckkammer (67b) unterteilt,

c) einen aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Federsitz (68), der an der Membran angebracht ist,

d) ein erstes Paar Kontaktstifte (70a), die parallel zueinander um eine bestimmte Strecke in die erste

609840/0326

Druckkammer ragen und elektrisch mit den Anschlüssen des Elektromagneten des Wählventils (49) verbunden sind,

e) ein zweites Paar Kontaktstifte (70b), die parallel zueinander um eine bestimmte Strecke in die zweite Druckkammer ragen und elektrisch mit den Anschlüssen des Elektromagneten des Wählventils (49) verbunden sind,

f) einen in die erste Druckkammer (67a) mündenden Einlaß (72), der in Verbindung mit dem Saugrohr (1) steht und den darin herrschenden Unterdruck zur ersten Druckkammer überträgt, und

g) eine Federeinrichtung (69) umfaßt, die in der ersten Druckkammer zwischen dem Federsitz (68) und dem Gehäuse wirkt,

wobei die Kraft der Federeinrichtung (69) so gewählt ist, daß die Membran bei hoher und bei niedriger Belastung zur ersten bzw, zweiten Druckkammer ausgelenkt wird und demzufolge den Federsitz (68) in Berührung mit dem ersten Paar Kontaktstifte (70a) oder dem zweiten Paar Kontaktstifte (70b) bringt, wodurch der Elektromagnet des Wählventils (49) erregt wird, und daß die Membran bei mittlerer Belastung des Motors in einer Stellung zwischen dem ersten Paar Kontaktstifte und dem zweiten Paar Kontaktstifte gehalten wird, so daß der Federsitz mit keinem der Kontaktstifte in Berührung steht und der Elektromagnet des Wählventils nicht erregt ist.

6098A0/0326
9. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung den Unterdruck stromab der Drosselklappe (3) im Saugrohr (1) feststellen kann.
10. Meßvorrichtung für den Durchfluß von Ansaugluft, die in einen Verbrennungsmotor eingesaugt wird, der ein Saugrohr und eine im Saugrohr angeordnete Drosselklappe umfaßt, die zur Steuerung des Durchflusses der zum Motor strömenden Ansaugluft dient, gekennzeichnet durch

a) eine im Saugrohr (1) stromauf der Drosselklappe (3) angeordnete Fühlklappe (6), die in Abhängigkeit vom Durchfluß der im Saugrohr strömenden Ansaugluft geöffnet und geschlossen wird,

b) eine Welle (5), die funktional mit der Fühlklappe verbunden ist und von dieser gedreht wird, wobei der Drehwinkel der Welle dem Durchfluß der Ansaugluft entspricht,

c) eine Detektoreinrichtung (15) zur Feststellung der Druckdifferenz an der Fühlklappe und zur Erzeugung eines Signals, das die Differenz zwischen der festgestellten Druckdifferenz und einer Bezugsdruckdifferenz wiedergibt und

d) eine auf das Signal ansprechende Einrichtung (9) zur Steuerung des Ausmaßes der öffnung der Fühlklappe (6) in der Weise, daß die Druckdifferenz an der Fühlklappe

609840/0326

gleich der Bezugsdruckdifferenz gemacht wird, so daß das Ausmaß der öffnung der Fühlklappe genau proportional zum Durchfluß der Ansaugluft ist.

809840/0326

3+

Le e rs e i te