DE3130624C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Luftmassenmeßvorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Eine derartige Luftmassenmeßvorrichtung ist aus der DE 30 44 553 A1 bekannt, bei der in einer vertikal verlaufenden Luftbypassleitung ein temperaturabhängiger Widerstand und ein die Strömung nicht unterbrechendes, zur Einstellung der Luftstromverhältnisse austauschbares Element angeordnet sind. Dabei ist kein Freibrennvorgang des temperaturabhängigen Widerstandes vorgesehen. Es ist ferner schon eine Luftmassen­ meßvorrichtung bekannt, bei der der in der Luftbypassleitung ange­ ordnete temperaturabhängige Widerstand von Zeit zu Zeit durch einen erhöhten Stromfluß zum Glühen gebracht wird, um die unerwünschten Ablagerungen auf der Oberfläche des temperaturabhängigen Wider­ standes abzubrennen. Das Glühen des temperaturabhängigen Widerstands an sich ist schon aus der DE 27 50 050 A1 bekannt. Bei der Verwendung einer derartigen Luftmassen­ meßvorrichtung am Luftansaugrohr einer Brennkraftmaschine besteht dabei der Nachteil, daß während dieses Abbrennvorganges infolge der aufsteigenden Verbrennungsgase und der erwärmten Luft aus dem Luft­ ansaugrohr ein Kraftstoff-Luft-Gemisch angesaugt wird, das sich an dem glühenden temperaturabhängigen Widerstand entzündet und zu einer unerwünschten weiteren Temperaturerhöhung am temperaturabhängigen Widerstand führt, so daß es neben der Brandgefahr zu einem Weiter­ glühen des temperaturabhängigen Widerstandes auch nach Beendigung des Freibrennvorganges kommen kann und zu einer Zerstörung des temperaturabhängigen Widerstandes.

Bei einer anderen Luftmassenmeßvorrichtung (US 41 00 801) ist zum Luftströmungskanal eine Luftbypassleitung angeordnet, die einen Abschnitt in Form einer geschlossenen Schleife hat, wobei an der äußeren Wandung in der Mitte der Schleife eine Heizspule und symmetrisch zu dieser je eine Meßspule liegt, wodurch die Konvektionseinflüsse bei Lageänderungen vermieden werden sollen.

Eine ständig offen vertikale Luftbypassleitung mit einem tempera­ turabhängigen Widerstand weist ebenfalls eine weitere bekannte Luft­ massenmeßvorrichtung auf (Patent Abstracts of Japan, May 9, 1981, Vol. 5, No. 69).

Bekannt ist weiterhin eine Meßvorrichtung (US 13 04 920), mit welcher ein strömendes feuchtes Gas gemessen werden kann. Hierzu durchströmt das Gas zunächst einen in dem horizontalen Strömungs­ kanal vorgesehenen Trockner, um anschließend ausschließlich in einen horizontalen Meßkanal mit Meßwiderständen zu gelangen. Die Messung kann diskontinuierlich dadurch erfolgen, daß Ventile den Meßkanal sperren und das Gas ausschließlich über einen horizontalen Bypass geleitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftmassenmeßvorrich­ tung zu schaffen, bei der während eines Freibrennvorganges des temperaturabhängigen Widerstandes eine Strömung vom Luftströmungskanal her zum temperaturabhängigen Wider­ stand verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ergibt sich der Vor­ teil, daß während des Freibrennvorganges des temperaturabhängigen Widerstandes beispielsweise eine Strömung des Kraftstoff-Luft-Ge­ misches aus dem Saugrohr einer Brennkraftmaschine zum temperatur­ abhängigen Widerstand verhindert wird, wodurch Brandgefahr und Zer­ störung des temperaturabhängigen Widerstandes infolge Überhitzung ausgeschlossen werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Luftmassenmeßvorrichtung möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele einer Luftmassenmeßvorrichtung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild ei­ ner Luftmassenmeßvorrichtung, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Luftansaugstutzen einer Brennkraft­ maschine mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Luft­ massenmeßvorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstel­ lung eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Luftmassen­ meßvorrichtung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung ei­ nes dritten Ausführungsbeispieles einer Luftmassenmeßvor­ richtung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines vier­ ten Ausführungsbeispieles einer Luftmassenmeßvorrichtung und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines fünften Aus­ führungsbeispieles einer Luftmassenmeßvorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Schaltbild einer Luftmassenmeßvorrichtung, ins­ besondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraft­ maschinen, ist eine Brückenschaltung aus einem temperatur­ abhängigen Widerstand 10, einem temperaturabhängigen Wi­ derstand 11, einem Widerstand 12 und aus Widerständen 13 und 14 vorgesehen. An die Brückendiagonale ist ein Regel­ verstärker 15 einer Regeleinrichtung 16 angeschlossen. Da­ bei ist der invertierende Eingang des Regelverstärkers 15 über einen Eingangswiderstand 17 mit dem Kopplungspunkt der Widerstände 11 und 12 verbunden, während der nichtin­ vertierende Eingang des Regelverstärkers 15 über einen Eingangswiderstand 18 an den Kopplungspunkt der Wider­ stände 13 und 14 angeschlossen ist. Der Regelverstärker 15 ist über zwei Versorgungsleitungen 19 und 20 mit einer Gleichspannungsquelle 21 verbunden. Dieser Gleichspan­ nungsquelle 21 ist ein Glättungskondensator 22 parallel­ geschaltet. Der Ausgang des Regelverstärkers 15 ist mit der Reihenschaltung von zwei Widerständen 23 und 24 ver­ bunden, wobei der Widerstand 24 an die gemeinsame Versor­ gungsleitung 19 angeschlossen ist. Diese beiden Wider­ stände 23 und 24 bilden einen Spannungsteiler für eine Darlingtonstufe 25, die zusammen mit einem Widerstand 26 eine spannungsgesteuerte Stromquelle zur Stromversorgung der Brückenschaltung aus den Widerständen 10, 11, 12, 13 und 14 bildet. Zwischen die gemeinsamen Versorgungslei­ tungen 19 und 20 ist ein Spannungsteiler aus Widerständen 27 und 28 geschaltet. An den Kopplungspunkt der Wider­ stände 27 und 28 ist die Anode einer Diode 37 angeschlos­ sen, deren Kathode mit dem invertierenden Eingang des Re­ gelverstärkers 15 verbunden ist. Zwischen den invertie­ renden Eingang des Regelverstärkers 15 und die gemeinsame Versorgungsleitung 20 ist die Reihenschaltung eines Wider­ standes 29 und eines Kondensators 30 geschaltet, wobei diese Widerstands-Kondensator-Kombination zur Frequenz­ abstimmung des Regelkreises auf das Zeitverhalten der temperaturabhängigen Widerstände dient. Mit dem Kopplungs­ punkt der Widerstände 13 und 14 ist ein Widerstand 31 verbunden, der über die Schaltstrecke eines Schalttran­ sistors 32 mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 20 ver­ bindbar ist. Die Basis des Schalttransistors 32 ist mit dem Ausgang einer monostabilen Kippstufe 33 verbunden, die über ein Differenzierglied 34 von einem bei 35 ange­ deuteten Zündschalter für die Zündanlage der Brennkraft­ maschine oder einem von einem anderen Mittel gelieferten Impuls auslösbar ist.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist fol­ gende. Über den temperaturabhängigen Widerstand 11 der Brückenschaltung fließt ein bestimmter Strom und heizt diesen Widerstand 11 auf seine normale Betriebstemperatur auf. In einem anderen Brückenzweig nimmt der temperatur­ abhängige Widerstand 10 einen Widerstandswert ein, der die Temperatur des strömenden Mediums, beispielsweise die der eingesaugten Luft der Brennkraftmaschine charakteri­ siert. Dadurch wird erreicht, daß als Referenzsignal für die Heizstromregelung der Vorrichtung zur Luftmassen­ messung immer die Temperatur der Ansaugluft der Brennkraft­ maschine verwendet wird. Je nach der Masse der vorbeiströ­ menden Ansaugluft wird der temperaturabhängige Widerstand 11 mehr oder weniger abgekühlt. Dies führt zu einer Ver­ stimmung der Brückenschaltung. Diese Verstimmung der Brüc­ kenschaltung wird dadurch ausgeregelt, daß der Regelver­ stärker 15 über die spannungsgesteuerte Stromquelle 23, 24, 25 und 26 einen höheren Speisestrom für die Brückenschaltung liefert, so daß die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes 11 und damit dessen Widerstandswert auf einem wenigstens annähernd konstanten Wert gehalten wird. Der durch die Brückenschaltung fließende Strom ist ein Maß für die an dem temperaturabhängigen Widerstand 11 in Pfeil­ richtung 40 vorbeiströmende Luftmasse. Ein entsprechendes elektrisches Signal kann zwischen einer Klemme 36 und einer Klemme 39 abgenommen werden.

Zur Erleichterung des Anlaufens der Regeleinrichtung 16 dient der Spannungsteiler 27, 28 mit der Diode 37. Beim Ein­ schalten der Regeleinrichtung 16 wird am invertierenden Eingang des Regelverstärkers 15 eine Spannung von etwa 0,5 Volt erzwungen, die ein sicheres Anlaufen der Regel­ einrichtung 16 erlaubt. Im normalen Betriebsfall wird da­ gegen die Spannung am invertierenden Eingang des Regel­ verstärkers 15 wesentlich über dieser Anfangsspannung liegen, so daß die Diode 37 gesperrt ist und damit über den Spannungsteiler 27, 28 kein Einfluß auf die Regel­ vorgänge genommen werden kann.

Damit der, wie im folgenden beschrieben, als Hitzdraht oder Hitzband ausgebildete temperaturabhängige Widerstand 11 von Zeit zu Zeit von Ablagerungen auf seiner Oberflä­ che befreit wird, soll nach einem bestimmten Meßzyklus ein erhöhter Strom über diesen temperaturabhängigen Widerstand 11 fließen. Als Meßzyklus kann dabei beispielsweise jeweils eine bestimmte Betriebsdauer der Brennkraftmaschine gewählt werden. So kann auch der Freibrennvorgang mit jedem Abschal­ ten der Zündanlage der Brennkraftmaschine ausgelöst werden. Dies geschieht beim Ausschalten des Zündschalters 35. Das entsprechende Signal wird differenziert und steuert die monostabile Kippstufe 33 in ihren instabilen Schaltzustand. Während dieses instabilen Schaltzustandes der monostabilen Kippstufe 33 wird der Schalttransistor 32 leitend und schaltet den Widerstand 31 zu dem Widerstand 14 der Brüc­ kenschaltung parallel. Dadurch wird die Brückenschaltung aus den Widerständen 10, 11, 12, 13 und 14 stark verstimmt und zwar in dem Sinne, daß der Regelverstärker 15 zur Kom­ pensation dieser Verstimmung einen erhöhten Strom für die Brückenschaltung liefert. Dieser höhere Strom heizt den temperaturabhängigen Widerstand 11 für die Dauer des in­ stabilen Schaltzustandes der monostabilen Kippstufe auf eine über der normalen Betriebstemperatur liegende Tempe­ ratur auf, so daß Rückstände an der Oberfläche des tempe­ raturabhängigen Widerstandes verbrennen.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn das Material des temperaturabhängigen Widerstandes 11 aus strukturstabilisiertem Platin besteht, weil dieses Mate­ rial besonders gut geeignet ist, auf hohe Temperaturen erhitzt zu werden. Dies ist für den Freibrennvorgang beson­ ders wichtig.

Der Referenzwiderstand 12 ist zweckmäßigerweise ebenfalls in der durch eine strichpunktierte Linie 38 angedeuteten Luftbypassleitung zum Luftansaugrohr der Brennkraftmaschine untergebracht, da dann die Verlustwärme des Referenzwider­ standes 12 durch die in Pfeilrichtung 40 strömende Luft abgeführt werden kann. Die Widerstände 13 und 14 sind zweck­ mäßigerweise als einstellbare Widerstände ausgebildet, damit das Temperaturverhalten des Regelkreises eingestellt werden kann.

Die Luftmassenmeßvorrichtung nach Fig. 1 findet Verwen­ dung in einer beispielsweise in den Fig. 2 bis 6 darge­ stellten Kraftstoffeinspritzanlage. Bei der in Fig. 2 dar­ gestellten Kraftstoffeinspritzanlage strömt die von der Brennkraftmaschine angesaugte Verbrennungsluft durch ei­ nen Luftfilter 60 in Pfeilrichtung in einen Luftansaugstut­ zen 61, in dem ein als Drosselklappe 62 ausgebildetes Drosselorgan angeordnet ist, wodurch das einen Luftströmungs­ kanal für die Ansaugluft bildende Luftansaugrohr 63 im Luftansaugstutzen 61 mehr oder weniger geöffnet wird. Stromaufwärts der Drosselklappe 62 ist konzentrisch zum Luftansaugrohr 63 ein elektromagnetisches Einspritzventil 64 so angeordnet, daß der abgespritzte Kraftstoff kegelför­ mig ausgebildet in den zwischen Drosselklappe 62 und Luftansaugrohr 63 gebildeten Öffnungsspalt gelangt.

Durch die Anordnung des elektromagnetischen Einspritzventiles 64, das in nicht dargestellter Weise mit einer ovalen Verkleidung versehen werden kann, wird ein Einschnürungsabschnitt 65 gebildet, in dem die Mündung 66 der Luftbypassleitung 38 zum Einschnü­ rungsabschnitt 65 angeordnet ist. Das andere Ende 67 der Luft­ bypassleitung 38 liegt vorteilhafterweise am Luftansaug­ stutzen stromabwärts des Luftfilters 60. Zur Ermittlung der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse ist in der Luftbypassleitung 38 der als Hitzdraht oder Hitzband ausgebildete temperaturabhängige Widerstand 11 angeordnet.

Die Kraftstoffversorgung des elektromagnetischen Einspritz­ ventiles 64 erfolgt beispielsweise durch eine von einem Elektromotor 69 angetriebene Kraftstoffpumpe 70, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 71 ansaugt und über eine Kraftstoffversorgungsleitung 72 zum Einspritz­ ventil 64 fördert. Von der Kraftstoffversorgungsleitung 72 zweigt eine Leitung 73 ab, in der ein Druckregelventil 74 angeordnet ist, über das Kraftstoff zum Kraftstoffbehälter 71 zurückströmen kann.

Um zu verhindern, daß bei einem Freibrennen des temperatur­ abhängigen Widerstandes 11 Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Luftbypassleitung 38 gesaugt wird, soll gemäß dem Anspruch 6 in schematisch dargestellter Weise der Beginn 67 der Luft­ bypassleitung 38 durch ein Verschlußglied 76 nur während des Freibrennvorganges verschlossen werden, so daß eine Strö­ mung in der Luftbypassleitung 38 verhindert wird und eventu­ elle Verbrennungsgase ein Ersticken eines sich eventuell entzündenden Kraftstoff-Luft-Gemisches bewirken. Die Ver­ schlußklappe 76 könnte ebenso an der Mündung 66 der Luft­ bypassleitung 38 oder innerhalb der Luftbypassleitung ange­ ordnet sein. Die Steuerung der Verschlußklappe 76 kann beispielsweise durch einen elektromagnetischen Stellmotor 77 erfolgen, der von der elektronischen Regeleinrichtung 16 oder dem Saugrohrunterdruck über eine Unterdruckleitung 78 angesteuert wird.

Bei dem in Fig. 3 schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiel einer Luftmassenmeßvorrichtung am Luftansaugstut­ zen 61 einer Brennkraftmaschine sind die in den Fig. 1 und 2 verwendeten Bezugszeichen für die gleichen Teile bei­ behalten worden. Die Luftbypassleitung 38 verläuft bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 vertikal und besitzt einen ersten U-förmigen Abschnitt 80 mit einem stromaufwärts eines ersten U-Bogens 81 liegenden Schenkel 82 und einem strom­ abwärts des ersten U-Bogens 81 liegenden Schenkel 83. Gemäß Anspruch 2 ist der temperaturabhängige Widerstand 11 der Luftmassenmeßvorrichtung in dem Schenkel 83 des ersten U-förmigen Abschnittes 80 angeordnet, der mit der Mündung 66 in Verbindung steht. Der erste U-förmige Abschnitt 80 der Luftbypassleitung 38 ist so angeordnet, daß der erste U-Bogen 81 tiefer liegt, als die Schenkel 82, 83. Bei ei­ nem Freibrennvorgang des temperaturabhängigen Widerstandes 11 steigen nun eventuell gebildete Verbrennungsgase oder erwärmte Luft nach oben in Richtung zur Mündung 66 und ver­ meiden somit ein Ansaugen von im Einschnürungsabschnitt 65 enthaltenem Kraftstoff-Luft-Gemisch.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 schließt sich an den ersten U-förmigen Abschnitt 80, wie er bereits in Fig. 3 dargestellt ist, ein zweiter U-förmiger Abschnitt 84 an, dessen einer Schenkel mit dem Schenkel 83 des ersten U-förmigen Abschnittes 80 zusammenfällt und des­ sen zweiter Schenkel 85 zur Mündung 66 führt. Der zweite U-Boden 86 des zweiten U-förmigen Abschnittes 84 liegt höher als der erste U-Bogen 81. Gemäß Anspruch 3 soll bei diesem Ausführungsbeispiel der temperaturabhängige Widerstand 11 in dem gemeinsamen Schenkel 83 des ersten U-förmigen Ab­ schnittes 80 und des zweiten U-förmigen Abschnittes 84 angeordnet sein, wobei ebenfalls bei einem Freibrennvor­ gang des temperaturabhängigen Widerstandes 11 nur eine Strömung in Richtung zur Mündung 66 erfolgt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 lediglich durch die Anordnung des temperaturabhängigen Widerstandes 11, der bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 in dem zwei­ ten U-Bogen 86 des zweiten U-förmigen Abschnittes 84 an­ geordnet ist, wodurch sich bei einem Freibrennen des tem­ peraturabhängigen Widerstandes 11 eventuell entstehende Verbrennungsgase um den temperaturabhängigen Widerstand 11 ansammeln und damit einen weiteren Verbrennungsvorgang am temperaturabhängigen Widerstand 11 und eine Strömung von der Mündung 66 zum temperaturabhängigen Widerstand 11 verhindern.

Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist die Luftbypassleitung 38 mit dem temperaturabhängigen Wider­ stand 11 vertikal so angeordnet, daß ihre Mündung 66 am Einschnürungsabschnitt 65 höher liegt als ihr Beginn 67. Hierdurch wird bei einem Freibrennvorgang des temperatur­ abhängigen Widerstandes 11 eine Strömung zur Mündung 66 bewirkt und ein Ansaugen von Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Einschnürungsabschnitt 65 verhindert.

Claims (9)

1. Luftmassenmeßvorrichtung mit einem Luftströmungskanal, der einen Einschnürungsabschnitt aufweist, in den eine Luftbypassleitung mün­ det, durch die eine Luftmasse strömt, die in einem bestimmten Ver­ hältnis zur durch den Luftströmungskanal strömenden Luftmasse steht und in der ein Luftmeßorgan angeordnet ist, das mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand enthält, dessen Temperatur und/oder Widerstand in Abhängigkeit von der strömenden Luftmasse geregelt wird und dessen Stellgröße ein Maß für die strömende Luftmasse ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbypassleitung (38) so ausgebil­ det ist, daß bei einem Freibrennvorgang des temperaturabhängigen Widerstands (11) eine Luftströmung von der Mündung (66) der Luft­ bypassleitung (38) am Einschnürungsabschnitt (65) zum temperaturab­ hängigen Widerstand (11) verhindert wird.

2. Luftmassenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbypassleitung (38) vertikal verläuft und einen er­ sten U-förmigen Abschnitt (80) mit tiefer als die Schenkel (82, 83) liegendem ersten U-Bogen (81) aufweist, stromabwärts dessen ersten U-Bogens (81) der temperaturabhängige Widerstand (11) angeordnet ist.

3. Luftmassenmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbypassleitung (38) einen zweiten, stromabwärts hinter dem ersten angeordneten U-förmigen Abschnitt (84) mit einem gemein­ samen Schenkel (83) aufweist und der temperaturabhängige Widerstand (11) im gemeinsamen Schenkel (83) der beiden U-förmigen Abschnitte (80, 84) angeordnet ist, wobei der erste U-Bogen (81) des ersten U-förmigen Abschnittes (80) tiefer liegt als der zweite U-Bogen (86) des zweiten U-förmigen Abschnittes (84).

4. Luftmassenmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbypassleitung (38) einen zweiten, stromabwärts hinter dem ersten angeordneten U-förmigen Abschnitt (84) mit einem gemein­ samen Schenkel (83) aufweist und der temperaturabhängige Widerstand (11) im zweiten U-Bogen (86) des stromabwärts des ersten U-förmigen Abschnittes (80) angeordneten zweiten U-förmigen Abschnittes (84) angeordnet ist, wobei der erste U-Bogen (81) des ersten U-förmigen Abschnittes (80) tiefer liegt, als der zweite U-Bogen (86) des zwei­ ten U-förmigen Abschnittes (84).

5. Luftmassenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbypassleitung (38) vertikal verläuft und der Beginn (67) der Luftbypassleitung (38) tiefer liegt als die Mündung (66) am Ein­ schnürungsabschnitt (65).

6. Luftmassenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbypassleitung (38) gegenüber dem Luftströmungskanal (63) durch ein Verschlußglied (76) mindestens auf einer Seite verschließ­ bar ist.

7. Luftmassenmeßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (76) innerhalb der Luftbypassleitung (38) an­ geordnet ist.

8. Luftmassenmeßvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verschließglied (76) durch einen elektromagneti­ schen Stellmotor (77) betätigbar ist.

9. Luftmassenmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Stellmotor (77) durch Unterdruck an­ steuerbar ist.