DE2954739C2 - Anordnung zur Durchsatzmessung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Durchsatzmessung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der US-PS 2 870 305 ist eine derartige gattungsgemäß ausgebildete Anordnung bekannt, die vorzugsweise in Windkanälen zur Durchsatzmessung von mit hohen Geschwindigkeiten strömenden Gasen oder Fluiden eingesetzt wird. Die Anordnung weist einen stabförmigen Trägerteil aus Keramik oder Glas auf, der an dem abgebogenen Ende einer in der Wandung des Meßkanals verstellbar montierten rohrförmigen Halterung lösbar befestigt ist. An dem schneidenförmigen Ende des keilförmig verjüngten Trägerstabes ist eine Ag- oder Pt-haltige Meßleiterschicht befestigt, die an ihren beiden Endseiten von dünnen Metallauflagen aus z. B. Platin begrenzt wird. Elektrische Verbindungsleiter sind in das Material des Trägerstabes eingebettet und führen von diesen dünnen Platinschichten durch die rohrförmige Halterung hindurch zu äußeren Anschlüssen für eine elektrische Schaltung. Diese bekannte Anordnung ist für den Einsatz in Ansaugsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere in Lufttrichtern, wegen der dort auftretenden hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen nicht geeignet. Da sich ferner die Meßleiterschicht im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des zu messenden Fluids erstreckt, würden sich die in der Ansaugluft enthaltenen Feststoffpartikel und Stäube an dem heißen Meßleiter absetzen, was zu einer erheblichen Verfälschung der erhaltenen Meßwerte führt.

Aus der DE 24 07 374 B2 ist ein Halbleiter-Widerstandelement als Temperaturfühler bekannt, der zum Erfassen der im Vergaser einer Brennkraftmaschine strömenden Luftmenge eingesetzt werden kann. Der Temperaturfühler besitzt einen Grundkörper aus halbleitendem Material, z. B. aus Silizium, auf dessen einer Fläche eine epitaktische Halbleiterschicht aufgebracht ist. Ein Teil dieser Halbleiterschicht stellt eine Widerstandszone dar, die als Temperatur- Fühlmedium wirkt. Dieser Grundkörper mit der epitaktischen Schicht ist in einer Wandausnehmung durch Stützleiter aufgehängt, die gleichzeitig der elektrischen Stromzuführung dienen, und steht quer zur Luftströmung. Bei der Verwendung eines solchen Halbleiter-Widerstandselements zur Durchsatzmessung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine ergeben sich jedoch gravierende Nachteile, weil die Luft senkrecht auf die Oberfläche der epitaktischen Schicht auftrifft und an dieser nach beiden Seiten umgelenkt wird. Nach längerem Betrieb lassen sich Staubansammlungen und auch thermische Beschädigungen der epitaktischen Schicht durch Rückzündungen der Brennkraftmaschine nicht vermeiden, was erhebliche Meßfehler verursacht. Darüber hinaus ist auch der Grundkörper und damit die epitaktische Schicht den Wärmeeinflüssen der ihn mit einem relativ schmalen Spalt umgebenden Vergaserwände ausgesetzt, was ebenfalls eine beträchtliche Verfälschung der Meßwerte zur Folge hat.

Aus der DE-OS 20 63 963 ist ein Kraftstoffspritzsystem für Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchem zur Messung der angesaugten Luftmenge ein Hitzdrahtelement in einem die Drosselklappe umgehenden Bypaßkanal angeordnet ist. Bei einer Änderung der Luftströmung im Bypaßkanal aufgrund von Drehzahländerungen der Brennkraftmaschine wird die Drosselklappe über einen entsprechenden Regler so weit verstellt, daß im Bypaßkanal stets ein vorbestimmter und konstanter Meßwert eingehalten wird. Die Stellung der Drosselklappe dient als Meßwert für die Bemessung der jeweils zuzuführenden Kraftstoffmenge. Über die Ausgestaltung des langgestreckten und parallel zur Längsachse des Bypaßkanals ausgerichteten Meßelements sind dieser Druckschrift keine konkreten Angaben zu entnehmen.

Aus der DE-OS 23 27 662 ist ein Wiederstandsthermometer bekannt, das aus einer temperaturfesten Tragplatte und einer auf dieser in serpentinenförmigen Linien angeordneten schmalen Metallschicht besteht, die in einer aufgebrachten Glasschicht hermetisch eingebettet ist. Dieses Widerstandsthermometer soll in hohen Temperaturbereichen verwendet werden und gegen Erschütterungen sowie chemische Einwirkungen unempfindlich sein.

Aus der US-PS 3 996 799 ist ein Gerät zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums bekannt, das vier in den Eckbereichen eines rechteckigen Halbleiter-Chips angeordnete Heißleiter-Meßwiderstände aufweist, die über eine Brücke miteinander verschaltet sind. Zwei Brückenpunkte dieser Schaltung sind mit zumindest einem im inneren Bereich des Chips ausgebildeten Verstärker verbunden. Dieses Meßelement wird durch vier Leitungsdrähte entweder quer oder parallel zur Luftströmung in einem Luftkanal positioniert, wobei diese Leitungsdrähte zu äußeren Anschlüssen einer Schaltungsanordnung führen. Dieses bekannte Meßelement ist zur Durchsatzmessung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine ungeeignet, weil es den dort auftretenden thermischen und mechanischen Stoßbelastungen nicht ausreichend widerstehen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Durchsatzmessung der Ansauglust einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei einfacher Herstellung kompakt und robust ausgebildet ist und eine genaue Luftmengenmessung über lange Zeiträume hinweg praktisch ohne Beeinflussung durch Staubablagerungen oder Wärmeabstrahlung der umgebenden Teile ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Ausbildung des Tragkörpers in Form einer Trägerplatte und einer mit dieser fest verbundenen blockartigen Halterung bietet den Vorteil, daß das gesamte Meßelement auf einfache Weise in einer entsprechenden Seitenwand-Ausnehmung eines Vergasergehäuses montiert werden kann, wobei gleichzeitig sichergestellt wird, daß die auf den freien Endbereich der Trägerplatte aufgebrachte Meßleiterschicht genau im mittleren Bereich eines im Vergasergehäuse neben dem Lufttrichter vorgesehenen Bypaßkanals derart positioniert wird, daß die Luftströmung durch den Bypaßkanal parallel zur Trägerplatte und damit auch zur Meßleiterschicht verläuft. Durch diese Anordnung der Trägerplatte wird erreicht, daß die Luftströmung im Bypaßkanal nur minimal gestört wird und daß sich von der Luft mitgeführte Staubpartikel nur an der schmalen Vorderkante der Trägerplatte und nicht auf der Meßleiterschicht ablagern können. Die Ausbildung der Trägerplatte aus einem keramischen oder glasartigen Material in Verbindung mit der Anordnung der Meßleiterschicht im mittleren Bereich am freien Ende der Trägerplatte ergibt den Vorteil, daß die Meßleiterschicht den thermischen Einflüssen der sich auf die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erwärmenden Kanalwandungen weitgehend entzogen ist, so daß keine diesbezüglichen Verfälschungen der Meßergebnisse auftreten.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Teil eines zur Aufnahme einer Anordnung zur Durchsatzmessung nach dem Patentanspruch 1 geeigneten Lufttrichters im Axialschnitt;

Fig. 2 einen Tragkörper nach dem Patentanspruch 1 in perspektivischer Darstellung.

Die Fig. 1 zeigt den Teil eines Lufttrichters 7 mit einem Bypaßkanal 10, dessen Wandung eine Durchgangsbohrung 56 zur Aufnahme eines Tragkörpers mit elektrischem Meßleiter aufweist, der in dieser Fig. 1 ein - nicht zur Erfindung gehörender - Hitzdraht-Meßleiter ist. In einer zylindrischen wärmeisolierenden Halterung eingebettete Leitungselektroden sind über äußere Anschlüsse mit einer Steuerschaltung 62 verbunden. Ein Gehäuse 60 enthält eine gedruckte Schaltungsplatte 61 und die auf diese aufgelöteten Bauelemente der Steuerschaltung 62. Der innere Abschnitt des Gehäuses 60 ist unverrückbar an dem aus aus dem Bypaßkanal-Aufbau 10A herausragenden Teil der Halterung durch ein Bindemittel 63 befestigt. Ferner ist das Gehäuse 60 an dem Bypaßkanal-Aufbau 10A angeschraubt.

Die Temperatur der den Lufttrichter 7 und den Bypaßkanal 10 durchströmenden Luft ändert sich beispielsweise in Abhängigkeit vom Wetter und von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschinen, wobei diese Temperaturänderungen Fehler der Durchsatzmessungen verursachen können. Daher muß die Temperatur der durch den Bypaßkanal 10 strömenden Luft gemessen und die vom Meßfühler erhaltenen Daten müssen aufgrund der Temperatur-Meßergebnisse korrigiert werden. Zu diesem Zweck wird ein zusätzlicher Temperatur-Meßfühler verwendet, der aus Herstellungs- und Funktionsgründen den gleichen Aufbau als Heißleiter wie der Durchsatz-Meßfühler hat.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Tragkörper ist eine Meßleiterschicht 70 durch Sintern einer pastösen Schicht aus hauptsächlich Platin oder Silber gebildet. Diese Meßleiterschicht 70 ist ein in Planartechnik hergestellter Dickschicht-Heißleiter. Die Meßleiterschicht 70 ist auf einer Trägerplatte 73 aus Keramik oder Glas ausgebildet und an ihren Enden mit Leitungselektroden 71 und 72 elektrisch verbunden. Eine wärmeisolierende Halterung 74 besteht z. B. aus Keramik oder einem geeigneten Kunstharz. Bevorzugt sind die Trägerplatte 73 und die Halterung 74 als Einheit ausgebildet. Die Leitungselektroden 71 und 72 sind in der Halterung 74 eingebettet und mit äußeren Anschlüssen 71A und 72A verbunden. Ein breiter Pfeil bezeichnet die Richtung der Luftströmung. Die Halterung 74 mit der daran angeordneten Meßleiterschicht 70 ist durch die Durchgangsbohrung 56 im Bypaßkanal-Aufbau 10A eingesetzt, so daß sich die Meßleiterschicht 70 in der Mitte des Bypaßkanals 10 befindet.

Da die Meßleiterschicht 70 von der wärmeisolierenden Halterung 74 gehaltert ist, werden thermische Einflüsse, wie die Ableitung der von ihr selbst erzeugten Wärme und die Wärmezufuhr aus dem Bypaßkanal-Aufbau oder dem Lufttrichter-Ausbau vermieden, so daß die Meßergebnisse nur mit sehr kleinen Fehlern behaftet sind. Ferner ist die Meßleiterschicht 70 durch ihre Anordnung im Bypaßkanal 10 gegen die von Rück- bzw. Fehlzündungen verursachten thermischen und mechanischen Stoßbelastungen geschützt. Da außerdem der Luftdurchsatz im Bypaßkanal 10 geringer als im Lufttrichter 7 ist, können nur geringe Staubablagerungen an der stromaufseitigen schmalen Stirnkante der Trägerplatte auftreten, so daß die Messungen mit hoher Genauigkeit erfolgen.

Claims (5)

1. Anordnung zur Durchsatzmessung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, bestehend aus

• - einem Tragkörper aus warmfestem Isolierstoff, der einen Trägerteil und eine in der Wandung des Luftkanals befestigte Halterung aufweist,
• - einem auf dem Trägerteil befestigten elektrischen Meßleiter mit temperaturabhängigem Widerstand in Form einer in Planartechnik hergestellten Ag- oder Pt-haltigen Schicht und
• - mit je einem Ende der Meßleiter-Schicht verbundenen Leitungselektroden, die in die Halterung eingebettet sind und zu äußeren Anschlüssen einer elektrischen Schaltung führen,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Trägerteil eine Trägerplatte (73) ist, die an der Stirnseite der blockförmig ausgebildeten Halterung (74) herausragt und zusammen mit der Meßleiterschciht (70) parallel zur Luftströmung in dem als Bypaßkanal (10) eines Lufttrichters (7) ausgebildeten Luftkanal angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die blockförmige Halterung (74) und die Trägerplatte (73) als einteilige Baueinheit aus Keramik ausgebildet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleiterschicht (70) als Dickfilm auf den freien Endteil der Trägerplatte (73) aufgesintert ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Temperatur-Meßfühler, der die Temperatur der den Bypaßkanal (10) durchströmenden Luft erfaßt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein die elektrische Schaltung (62) umschließendes Gehäuse auf der Außenseite der Wandung des Luftkanals mit der blockförmigen Halterung (74) verbunden ist.