DE3103178A1 - Lufteinlassmessvorrichtung fuer ein kraftstoffliefersystem einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

HITACHI, LTD., Tokyo,
Japan

Lufteinlassmessvorrichtunp; für ein Kraftstoffliefersystem

einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zuc Messung eines Luftstromdurchsatses exRPchliesslieh eises Widerstands, dessen Charakteristik von der Temperatur abhängt und der in einer Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine angebracht ist zur Messung des Strömungsdurchsatzes von Luft durch Verwendung der Mengenänaerungen der Wärme, die vom Lufteinlass vom Widerstand weggenommen wird, wenn der Widerstand zum Erzeugen von Wärme veranlasst wird.

Ein Beispiel der Vorrichtungen zur Messung eines Lufteinlasses für eine Brennkraftmaschine ist in der US-PS 3 824 966 angegeben, die einen bloßen Platindraht als Luftstromdurchsatz-Sensorelement verwendet, das in einer An-

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saugleitung angebracht ist. Es ist üblicli, einen dünnen Platindraht mit einem Durchmesser von etwa 0,05 mm zur Erhöhung der Genauigkeit zu verwenden, mit der der Strömungsdurchsatz der Luft gemessen wird. Je dünner der Platindraht ist, umso höher wird die Genauigkeit, mit der der Lufteinlass gemessen werden kann. Wenn aber der verwendete Platindraht zu dünn ist, kann er Einflüssen ausgesetzt sein, die durch Rückzündungen aus der Brennkraftmaschine ausgeübt werden, so dass der Platindraht gedehnt werden kann und Änderungen des Widerstandswerts auftreten können. Schlimmstenfalls kann der Platindraht brechen.

Der Lufteinlass einer Brennkraftmaschine pulsiert derart, dass das Ausgangssignal einer Vorrichtung zur Messung des Luftstromdurchsatzes entsprechende -änderungen zeigt. Eine Lufteinlassmessvorrichtung für eine Brennkraftmaschine muss keinen augenblicklichen Wert des LuftStromdurchsatzes zeigen. Es wird vielmehr bevorzugt, dass die in die Brennkraftmaschine bei einem Saughub hineingezogene Luft genau gemessen wird.

Hierzu war es bisher üblich, eine durch eine Messvorrichtung über einer gegebenen Zeitdauer erzeugte Signalwellenform zu integrieren. Dieses Torgehen hat aber den Nachteil, dass die Signalverarbeitungsschaltung komplex ist und die Erzielung von Ergebnissen mit hoher Geschwindigkeit erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Vermeidung der angegebenen Nachteile des Standes der Technik und die Schaffung einer Lufteinlassmessvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die Ausgangssignale ausgleichen kann, ohne eine pulsierende Änderung zu zeigen, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer im Pail dieser Art von Vorrichtung geforderten hohen Ansprech-Eapfindlichkeit.

Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung einer Lufteinlassmessvorrichtung für eine Brennkraftaaschine, die Änderungen

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verhindern kann, die sonst im Widerstand auf Grund von mechanischen oder thermischen Stössen von Bückzündungen und Niederschlag von Staub im Lufteinlass auf dem Widerstand auftreten können.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das hervorragende Merkmal der Erfindung besteht darin, dass wenigstens ein Seil der Oberfläche des Heizwiderstands freiliegt, während der Best der Oberfläche mit einer Beschichtung aus anorganischem Material gleichmässig bedeckt ist, ohne dass eine Schutzschicht verwendet wird, die bisher auf die gesamte Oberfläche des Heizwiderstands aufgebracht wurde. Wenn im einzelnen der Heizwiderstand, etwa ein Platindraht, auf ein dünnes Bohr aus anorganischem Material, etwa Aluminiumoxid, gewickelt ist, ist der wesentliche Teil der Oberfläche des Platindrahts mit einem Signalausgleichsmaterial aus anorganischem Material, etwa Glas, beschichtet, während 5 bis 50 % der Oberfläche hiervon freiliegen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. Λ einen Schnitt des den Lufteinlass messenden Sensorelements nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt des Sensorelements von Fig» 1, eingebaut in eine Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine;

Fig.3A - 3D Teilschnitte des Sensorelements mit dem Signalausgleichsglied von variierender Dicke;

Fig. 4- und 5 graphische Darstellungen der Ansprechcharakteristik des Sensorelements;

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Fig. 6 eine graphische Darstellung der Charakteristik des Sensorelements, bei dem sich der Messfehler mit wiederholten Rückzündungen ändert.

Gemäss ilg. 1 hat ein aus Aluminiumoxid hergestelltes Bohr Leitungsanschlüsse 2 aus einer Platin-Iridium-Legierung, die unter Verwendung einer Paste auf Platinbasis darauf gebrannt und hiermit befestigt ist. Ein Platindraht 3 mit einem Durchmesser von etwa O₁02 mm ist auf das Bohr 1 mit Windungen gewickelt, die mit einem Abstand von etwa 0,035 mm voneinander entfernt sind. Ein Signalausgleichsglied 4- hat die Form einer Glasbeschichtung. Der Platindraht 3 ist an Punkten S durch Punktschweissen mit den Leitungsanschlüssen 2 verbunden. Die Glasbeschichtung oder das Signalausgleichsglied 4 wird zur Bildung eines Sensorelements 11 auf einen Teil der Leitungsanschlüsse 2 aufgebracht.

Fig. 2 zeigt das Sensorelement 11 von Fig. 1 in einer Drosselkammer eines Ansaugsystems einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Eine Auslassleitung 14· erstreckt sich von dem in einem Beipaßkanal 18 befestigten Sensorelement 11 und verbindet dieses mit einem Treiberkreismodul 15· Eine Hauptansaugleitung 16 ist mit einer Venturidüse 17 versehen.

Bei Betrieb der Brennkraftmaschine wird in der Hauptansaugleitung 16 ein Lufteinlassstrom je nach der öffnung von Drosselventilen 12 und 13 erzeugt, wobei ein Teil des Lufteinlasstroms durch den Beipaßkanal 18 derart strömt, dass das Sensorelement ein elektrisches Signal erzeugt, das in Abhängigkeit vom Luftstromdurchsatz variieren kann.

Der elektrische Ausgang des Sensorelements 11 wird nach einer Verstärkung im Treiberkreismodul 15 zu einer Steuereinheit 20 geliefert zur Verwendung mit einem Motordrehzahlsignal N, einem Kühlwassertemperatursignal Tw und einem AtmoSphärentemperatursignal To, die durch bekannte Mittel

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erkalten werden, zur Erzeugung eines zu einer Einspritzdüse 21 zu liefernden Einspritzimpülssignals.

Wenn das im Ansaugsystem von Fig. 2 befestigte Sensorelement 11 eine zu hohe Ansprech-Empfindlichkeit hat, hat der Ausgang des Sensorelements 11 auf Grund der im Ansaugsystem auftretenden Schwankungen des Lufteinlasses ebenfalls Schwankungen. Im allgemeinen wird die Dauer der Schwankungen viel kurzer als die Probendauer der Einführung eines Luftstromdurchsatz signals in die Steuereinheit 20. Die Probendauer ist in Anbetracht auf das Übergangsansprechen der Brennkraftmaschine auf etwa 10 msec festgesetzt. Es wird angenommen, dass dies durch eine Luft Stromänderung in Nähe des Sensorelements 11 von einer laminaren in eine turbulente Strömung verursacht wird zusätzlich zu den Schwankungen des Lufteinlasses bei seiner Strömung zur Brennkraftmaschine.

Das Ausgangssignal des Sensorelements 11 ist nicht linear proportional zum tatsächlichen Luftvolumen. Diese Grossen stehen miteinander in Beziehung in der Grössenordnung einer biquadratischen Wurzel. Somit würde bei der Messung des tatsächlichen LuftStromdurchsatzes ein grosser Fehler erzeugt werden, wenn das Ausgangssignal einfach integriert wird. Daher muss die Integration nach dem Erhalten der viertes, Potenz des Ausgangssignals des Sensorelements "" ausgeführt werden. Dies würde den Signalverarbeitungskreis komplex machen.

Es wurden Versuche ausgeführt zur Untersuchung der Charakteristik des Sensorelements 11 bezüglich der Ansprech-Empfindlichkeit und des Signalausgleichs durch Vorsehen der Glasbesehichtung 4 auf den Windungen des auf das Rohr 1 aus Aluminiumoxid gewickelten Platindrahts 3. Bei den Versuchen wurden vier unterschiedliche Proben hergestellt durch Verändern der Dicke der Glasbeschichtung 4 auf das 0,3-, 0,5-, 0,8 und 1,2-Fache des Durchmessers d des Plantindrahts 3·

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Hg. 3A - 3D sind Schnitte der vier verschiedenen Proben, bei denen die Dicke der Glasbeschichtung 4 in der oben beschriebenen Weise verändert wird. Das bei den Tersuchen verwendete Sensorelement 11 hat die folgenden Masse: Das Rohr 1 hat einen Aussendurchmesser von 0,5 mm, einen Innendurchmesser von 0,3 mm und eine Länge von 20 mm, während der Platindraht 3 einen Durchmesser von 0,02 mm hat und auf das Rohr in Windungen gewickelt ist, die um den Abstand 0,035 mm voneinander entfernt sind.

Bei der in Hg. 3-A- gezeigten Probe, bei der die Dicke der Glasbeschichtung 4 das 0,3-Fache des Durchmessers d des Platindrahts 3 beträgt, ist etwa 50 % der Aüssenflache des Platindrahts 3 mit der Glasbeschichtung 4 bedeckt auf Grund der Oberflächenspannung des geschmolzenen Glases. Die Ergebnisse von an dieser Probe ausgeführten Versuche zeigen, dass ein zufriedenstellendes Glätten der Wellenform der Schwankungen des Ausgangssignals bezüglich der Schwankungen bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit niedriger Drehzahl und ganz offenem Drosselventil nicht erzielbar ist. Es wurde jedoch festgestellt, dass diese Probe praktisch verwertbar ist, wenn eine geringe Verringerung der Genauigkeit bei diesen speziellen Motorbetriebsbedingungen zugelassen wird.

Bei der in I¹Xg. 3B gezeigten Probe, bei der die Dicke der Glasbeschichtung 4 das 0,5-FaClLe des Durchmessers d des Platindrahts 3 beträgt, sind etwa 70 % der Aussenflache des Platindrahts 3 mit der Glasbeschichtung 4 bedeckt, wobei ein Ausgleich der Signale mit einem zulässigen Grad bezüglich der Schwankungen auf dem gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine erzielt wird.

Die in Fig. 3C und 3D gezeigten Probe erzielten bessere Ergebnisse bezüglich des Ausgleichs von Signalen gegenüber Schwankungen. Es wurde jedoch gefunden, dass die in Fig.

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gezeigte Probe bezüglich der Ansprech-Empfindlichkeit ein Problem hat.

Aus den in den oben angegebenen Versuchen erhaltenen Ergebnissen wurde geschlossen, dass eine Freiliegen der Aussenflache des Platiadrahts 3 um nicht weniger als 5 % zu bevorzugen ist, d. h., die Dicke der Glasbeschichtung 4 sollte vorzugsweise nicht grosser als das 0,8-Fache des Durchmessers d des Platindrahts 3 sein, um den gewünschten Freilegungsgrad der Oberfläche des Platindrahts zu erzielen.

Die Einstellungen der Dicke der Glasbe schichtung 4 können durch Hegeln der Viskosität des geschmolzenen Glases erzielt werden, in das das Rohr 1 mit den darauf gewickelten Windungen des Platindrahts 3 eingetaucht wird zur Aufbringung der Glasbe Schichtung 4 auf den Platindraht 3· Das Volumen des an der Oberfläche des Platindrahts haftenden geschmolzenen Glases kann in Abhängigkeit von der Viskosität des geschmolzenen Glases variieren. Wenn eine Dickenverringerung der Glasbeschichtung 4 gewünscht ist, muss lediglich die Temperatur des geschmolzenen Glases erhöht werden.

Die Diagramme von Fig. 4 und 5 zeigen typische stufenförmig ansprechende Wellenformen des Ausgangssignals der Luftstromdurchsatz-Messvorrichtung der Bauart mit konstanter Temperaturdifferenz und mit heissem Draht gemäss der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform. Im Diagramm von Fig. 4 stellt eine Kurve (b) die mit der Probe von Fig. 3B erzielte Wellenform, während eine Kurve (a) die mit einem blossen Metalldraht (Wolframdraht mit, einem Durchmesser von 0,005 mm) erzielte Wellenform darstellt. Die durch die Kurve (b) dargestellte Wellenform zeigt eine Verzögerung, die sich zusammensetzt aus einer durch den Träger verursachten Verzögerung und einer durch das Signalausgleichsglied verursachten Verzögerung. Die Verzögerung ist von einer Ansprechcharakteristik der Kreisverstärkung

des Treiberkreises überlagert. Das Diagramm von Hg. 5 zeigt die mit der Probe von Pig. 3D erzielte stufenförmig ansprechende Wellenform zur Darstellung der Abhängigkeit von der Dicke des Signalausgleichsglieds. Es ist ersichtlich, dass die der Pig. 3B entsprechende Wellenform sich besser eignet als andere Wellenformen bei Verwendung als Steuersignal für das Kraftstoffliefersystem.

Die Kurve (a) von Pig. 4· hat eine derartige Charakteristik, dass die Ausgangsspannung maximale Schwankungen AV selbst dann hat, nachdem der Strömungsdurchsatz des Lufteinlasses sich stufenweise geändert hat. Wenn der tatsächliche Strömungsdurchsatz der Einlassluft auf Grund des diese Schwankungen zeigenden Signals bestimmt werden soll, müsste ein komplex aufgebauter Signalverarbeitungskreis verwendet werden.

Die Kurve von Fig. 5 hat eine Charakteristik, die lediglich im Hinblick auf den Ausgleich der Signale beinahe zufriedenstellend ist. Die Charakteristik der Kurve von Pig. 5 bezüglich einer Ansprechverzögerung auf die stufenweisen Veränderungen des Strömungsdurchsatzes der Luft beträgt jedoch 10 msec, was über dreimal so gross wie die Charakteristik der Kurve (b) von Pig. 4- ist. Diese Ansprechverzögerung ist für eine Vorrichtung zur Messung des Strömungsdurchsatzes der in einer Brennkraftmaschine eingezogenen Luft zu gross. Die zulässige Ansprechverzögerung bei stufenweisen .änderungen des Strömungsdurchsatzes des Lufteinlasses beträgt 5 msec, so dass der Betrieb der Brennkraftmaschine während deren Übergangsbetriebsbedingungen nicht beeinflusst werden kann. im Hinblick darauf sollte der Platindraht 3 nicht vollständig in der G-lasbeschichtung 4- eingebettet sein wie im Pail der Probe von Pig. 3B.

Pig. 6 zeigt die Ergebnisse von Versuchen bezüglich der Einflüsse, die durch Rückzündungen auf den Betrieb eines

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Strömung s durchs atz sensors mit einem blossen Draht gemäss der US-PS 3 834- 966 und eines in einer Ansaugleitung befestigten Sensorelements der gewickelten Bauart gemäss Pig. 1 ausgeübt werden. Eine Kurve (a) von Fig. 6 zeigt die Charakteristik des in Schleifenform in einer Hauptansaugleitung befestigten bloßen Drahts, die bei der 4O.Eückzündung Fehler von maximal 15 % erzeugte. Es wird angenommen, dass der blosse Draht auf Grund der Eückzündungen eine dauernde Verformung erfährt, was Änderungen des Widerstandswerts verursacht. Die Fehler bei der Messung zeigen nach der 41. Eückzündung eine Abnahme. Dies zeigt an, dass der Strömungsdurchsatz an Luft durch eine Verringerung des Wärmeübergangs vom blossen Draht zur Einlassluft scheinbar verringert ist. Diese Verringerung wird durch einen Niederschlag von Kohlenstoff auf der Oberfläche des blossen Drahts durch die Eückzündungen verursacht. Dies bedeutet, dass dieser Fehler in einer Eichtung auftritt, die zu derjenigen des Fehlers entgegengesetzt ist, der durch die durch die Eückzündungen verursachten Änderungen des Widerstands des blossen Drahts bedingt ist, d. h., wenn keine Verformung des blossen Drahts einen Fehler von etwa 10 % in einer Minusrichtung verursacht hat.

Dagegen stellt die Kurve (b) von Fig. 6 die Charakteristik des in Fig. 1 gezeigten Sensorelements 11, das gemäss Fig. 2 angeordnet ist und dessen Ausgangsfehler bei 200-facher Rückzündung so klein ist, dass er vernachlässigbar ist. Dies beruht anscheinend darauf, dass das Sensorelement nicht in der Hauptansaugleitung, sondern in der Beipaßleitung angeordnet ist, dass die durch Eückzündungen verursachte Verformung des Sensorelements 11 klein ist und dass der Niederschlag an Kohlenstoff auf der Oberfläche des Sensorelements 11 keinen grossen Einfluss hat, da sich auf der Oberfläche des Platindrahts 3 die Glasbeschichtung 4 befindet, die im wesentlichen dieselbe Wärmeleitfähigkeit wie Kohlenstoff hat.

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Die Erfindung ist bei einer Ausführungsform dargestellt und beschrieben, bei der ein Platindraht als Widerstandsdraht verwendet wird, der bei seinem Betrieb von der (Temperatur abhängt, und bei der eine Glasbeschichtung als Signalausgleichsglied verwendet wird. Die Erfindung ist aber nicht auf die "beschriebene spezielle Ausführungsform beschränkt. Es kann statt des Platindrahts ein beliebiger Metalldraht verwendet werden, der in Abhängigkeit von der Temperatur Widerstandsänderungen aufweist. Es kann auch
ein beliebiges hitzefestes Isoliermaterial zur Aufbringung als Beschichtung verwendet werden, und zwar unabhängig
davon, ob dieses Material organisch oder anorganisch ist.

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• 4S-

Leerseite

Claims (6)

PatefftanwSlte BEETZ-LAM PRECHT-BEETZ München 22 - Stejnsdorfstr. 10 81-31 .9"52P(31 .953H) 3o. Jan. 1981 in sprüohe

1. Lufteinlassmessvorrichtung für ein Kraftstoffliefer-

system einer Brennkraftmaschine zur Lieferung von Kraftstoff in einer dem in die Brennkraftmaschine hineingezogenen Luftdurchsatz entsprechenden Menge, gekennzei chnet

— durch ein Luftstromdurchsatz-Sensorelement (11)

— mit einem aus elektrisch isolierenden Material hergestellten Träger,

— mit einem Widerstandsdraht (3), dessen Charakteristik von der Temperatur abhängt und der in Windungen auf den Träger (1) gewickelt ist, und

— mit einem Signalausgleichsglied, das aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt und als Beschichtung auf die Oberfläche des Widerstandsdrahts (3} derart gleichförmig aufgebracht ist, dass ein Teil der Oberfläche des Widerstandsdrahts (3) freiliegt, während der Rest hiervon: mit der Beschichtung des Signalausgleichselements (4) bedeckt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

— dass das Signalausgleichselement (4) und der Träger (1) aus anorganischem Material hergestellt sind und der Widerstanddraht (3) durch das Signalausfeleichs-

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glied (4) starr am Träger (1) befestigt ist.

3- Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das Signalausgleichsglied (4·) aus Bleiglas hergestellt ist und der Träger (1) aus einem hauptsächlich aus Keramik hergestellten rohrförmigen Glied besteht, an dem Leitungsanschlüsse (2) befestigt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das Signalausgleichsglied (4) als Beschichtung aufgebracht ist, die wenigstens die elektrischen Verbindungen zwischen dem Widerstandsdraht (3) und den Leitungsanschlüssen (2) bedeckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

- dass der Widerstandsdraht (3) ein hauptsächlich aus Platin hergestellter Metalldraht ist, der auf den Träger (1) in Windungen gewickelt ist, die zwischen den an den gegenüberliegenden Enden des Trägers (1) befestigten Leitungsanschlüssen (2) einen gegebenen Abstand haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das Signalausgleichsglied (4) als Beschichtung derart aufgebracht ist, dass wenigstens 5 % der Oberfläche des Widerstandsdrahts (3) freiliegen.

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