DE3200507A1

DE3200507A1 - Lufteinlassmessvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3200507A1
Application number: DE19823200507
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hitachi Kuroiwa; Yoshishige Katsuta Oyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-01-13
Filing date: 1982-01-11
Publication date: 1982-07-22
Also published as: US4420972A; JPS57119133A; DE3200507C2

Description

- 4 Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Lufteinlassmessvorrichtung für Brennkraftmaschinen, die insbesondere eine Thermosonde verwendet .

Es gibt verschiedene Arten von Vorrichtungen zum Messen des Lufteinlasses von Brennkraftmaschinen. Von diesen Vorrichtungen hat eine eine Thermosonde verwendende Lufteinlassmessvorrichtung den Vorteil, dass sie hochempfindlich ist und den Massenströmungsdurchsatz an Luft messen kann, so dass sich die Ausführung eines Druckausgleichs erübrigt.

Im allgemeinen enthält eine Lufteinlassmessvorrichtung einen Bypaßkanal für ein Lufteinlassrohr mit einer darin angeordneten Thermosonde, vgl. z. B. die US-PS 3 776 208.

Eine Lufteinlassmessvorrichtung dieser Konstruktion hat die Eigenschaft, dass sie als Ausgang ein Signal erzeugt, das der Strömungsgeschwindigkeit eines durch den Bypaßkanal strömenden Luftstroms unabhängig von dessen Richtung entspricht, Wenn somit ein Rückschlag auftritt, bei der die Saugluft von den Zylindern zu einem Ansaugrohr zurückströmt, und zwar bei der br.i niedriger Drehzahl und hoher Belastung der Brenn- · kraftmaschine auftretenden Überdeckungsperiode der Ansaug- und Auslassventile, wird auch die zurückströmende Luft als Lufteinlass gemessen und zu diesem hinzugezählt. Dies bewirkt eine unbeabsichtigte Kraftstoffzufuhr in einer der zurückströmenden Luft entsprechenden erhöhten Menge, wodurch das Luft-Kraftstoffgemisch übermässig angereichert wird.

Bei Auftreten einer Rückzündung dringen winzige Russteilchen in den Bypaßkanal ein und haften an der Thermosonde. Ferner tritt durch ein Luftfilter nicht entfernter Staub in den Bypaßkanal ein und verunreinigt die Thermosonde. Dies macht genaue Messungen des Lufteinlasses unmöglich.

Ferner ist eine Bearbeitung des Drosselgehäuses zur Bildung von öffnungen bei der Herstellung des Bypaßkanals erforderlich/ so dass der Formvorgang für die öffnungen im Drosselgehäuse und der Zusammenbau der Teile mühsam sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lufteinlassmessvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die den Lufteinlass mit hoher Genauigkeit selbst dann messen kann, wenn auf Grund eines Rückschlags oder einer Rückzündung eine rückläufige Strömung durch das Lufteinlassrohr erfolgt, und die leicht bearbeitet und zusammengebaut werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

/ Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt eines Drosselgehäuses zur Erläuterung der Lufteinlassmessvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Schrägansicht des Venturielements von Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Ansicht des Drosselventils von Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt eines Drosselgehäuses zur Erläuterung der Lufteinlassmessvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine Schrägansicht des Venturielements von Fig. 4.

Gemäss Fig. 1 ist ein Drosselgehäuse 1 versehen mit einem Saugkanal 2, einem darin angeordneten Drosselventil 3 und einem stromauf des Drosselventils 3 eingepressten Venturielement 4 zur Bildung eines Bypaßkanals 5. Zwischen dem Venturielement 4 und dem Drosselgehäuse 1 befinden sich: eine als Ringspalt ausgebildete Bypaßeinlassöffnung 6, eine mit der Bypaßeinlassöffnung 6 in Verbindung stehende ringförmige obere Kammer 7, wobei der Bypaßkanal 5 über eine Verbindungsöffnung 8 mit der oberen Kammer 7 in Verbindung steht, und eine ringförmige untere Kammer 9, die mit dem Bypaßkanal 5 in Verbindung steht. Mehrere Bypaßauslassoffnungen 10 münden in den Oberteil der unteren Kammer 9. Somit strömt in die Bypaßeinlassöffnung 6 eindringende Luft durch die obere Kammer 7, die in einer Trennplatte 11 ausgebildete Verbindungsöffnung 8, den Bypaßkanal 5 und die untere Kammer 9 über mehrere Auslassöffnungen 10 in einen Venturiabschnitt 12. Dieser Luftstrom wird automatisch durch den negativen oder Unterdruck erzeugt, der durch den durch den Venturiabschnitt 12 hindurchtretenden Luftstrom in den Bypaßauslassoffnungen 10 erzeugt wird. Der Strömungsdurchsatz dieses Luftstroms ist proportional zum Hauptluftstrom.

Eine aus zwei Sondenelementen bestehende Thermosonde 13 befindet sich im Bypaßkanal 5, wobei die beiden Sondenelemente sich bezüglich des Luftstroms nicht überdecken. Das eine Sondenelement dient zum Druckausgleich, während das andere Sondenelement zur Messung des Strömungsdurchsatzes dient.

Fig. 2 ist eine Schrägansicht des Venturielements 4 von Fig. 1. Das Venturielement 4 enthält eine scheibenförmige Trennplatte 11, die längs des Aussenumfangs seines Zwischenabschnitts geformt und in der die Verbindungsöffnung 8 ausgebildet ist. Zwei Trennwände 14 an gegenüberliegenden Seiten der Verbindungsöffnung 8 arbeiten zur Bildung des Kanals 5 mit dem Drosselgehäuse 1 zusammen. Die Bypaßauslassoffnungen 10 sind im Venturielement 4 unmittelbar unterhalb der Trenn-

platte 11 mit Ausnahme seines als Bypaßkanal 5 dienenden Teils ausgebildet. Die Thermosonde 13 befindet sich an einem ge- ■ ' kreuzt schraffierten Teil 15 im Bypaßkanal 5.

Bei der Lufteinlassmessvorrichtung mit dem Venturielement 4 der obigen Konstruktion wird ein Bypasluftstrom erzeugt, wenn an den Auslassöffnungen 10 beim Strömen der Saugluft im Venturiabschnitt 12 ein Unterdruck erzeugt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Bypaßluftstroms nimmt zu, wenn er durch den kleinsten Querschnitt des Bypaßluftkanals 5 strömt, wodurch ein Betrieb der Thermosonde 13 mit hoher Empfindlichkeit ermöglicht wird. Im einzelnen ist die Bypaßeinlassöffnung 6 ringförmig und breit, wobei viele Bypaßauslassöffnungen 10 vorgesehen sind, so dass die Querschnittsfläche des Kanals soweit wie möglich erhöht ist. Die Bypaßeinlassöffnung 6 mündet im rechten Winkel zur Achse des Saugkanals 2, damit ein Vorteil aus dem statischen Druck an der Seite des Hauptsaugstroms gezogen werden kann. Dies stabilisiert den in und durch den Bypaßkanal 5 strömenden Luftstrom, wodurch ein stabiles Ausgangssignal erzeugt werden kann. Darüberhinaus befinden sich die Bypaßeinlassöffnung 6 und die Bypaßauslassöffnungen 10 verhältnismässig nahe aneinander, so dass Fehler auf ein Minimum gebracht werden können, die beim Messen des Strömungsdurchsatzes der Einlassluft beim Auftreten einer Rückströmung entstehen können.

Fig. 3 zeigt das Venturielement 4 schematisch. Eine Rückstromluft von den Zylindern ist im Gegensatz zu einer stabilen Strömung eine rückläufige Strömung und strömt durch den Saugkanal' in einem Teil, der durch gestrichelte Linien mit nach oben gerichteten Pfeilen angegeben ist. Die Analyse eines in diesem Augenblick im Bypaßkanal 5 erzeugten Luftstroms zeigt, dass dieser durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

S>t - f Jt

wobei U die Geschwindigkeit eines Fluids, P der Druck und <p die Dichte des Fluids sind.

Das Produkt aus der Strömungsgeschwindigkeit eines durch einen Kanal strömenden Fluids und der Querschnittsfläche des Kanals ist stets konstant, so dass die folgende Beziehung gilt;

"It(U-A) = O , (2)

wobei A die Querschnittsfläche des Kanals ist.

Durch Integrieren des Abschnitts von einem Querschnitt a zu oinem Querschnitt b in Richtung eines Pfeils X in Fig. 3 im Saugkanal gelangt man zu folgender Beziehung:

Versuchsergebnisse zeigten, dass beim Auftreten einer Rückströmerscheinung beim-Rückschlag . eine Luftstromabtrennung in dem zwischen den Querschnitten a und b gelegenen Abschnitt auftritt, wobei die gestrichelten Linien als Grenzen •dienen. In dem radial ausserhalb dieser Grenze gelegenen Raum tritt keine wesentliche Luftströmung auf, so dass in diesem Fall üa = üb. Somit kann die Gleichung (3) wie folgt umgeschrieben werden:

ft^(xb -

Das heisst, wenn die Strömungsgeschwindigkeit Ua an der Stelle Xa sich mit der Zeit ändert, ändert sich entsprechend der Änderung von Ua die Druckdifferenz Pa - Pb, was aus der Gleichung (4) klar erkennbar ist.

Beim stabilen Betrieb ist Ua konstant, so dass Pa = Pb und im Bypaßkanal 5 keine wesentliche Rückströmung erzeugt wird. Im instabilen Betrieb jedoch wird auf Grund der statischen Druckdifferenz Pa - Pb eine Strömung erzeugt. Das heisst, wenn im instabilen Betrieb eine rückläufige Strömung auftritt, etwa bei einem Rückschlag , .. tritt im Bypaßkanal 5 ebenfalls eine rückläufige Strömung auf. Für den Fall einer rückläufigen Strömung im instabilen Betrieb ist es wirksam, den Wert der linken Seite (Xb - Xa) der Gleichung (4) zu verringern, um den Wert von (Pa - Pb) näher an Null zu bringen, so dass die Strömung im Bypaßkanal 5 zum Stillstand gebracht wird. Anders ausgedrückt ist es wirksam, den Abstand (Xb - Xa) zwischen der Einlassöffnung 6 und den Auslassöffnungen 10 des Bypaßkanals 5 zu verringern.

Gemäss Fig. 1 befindet sich die Einlassöffnung 6 verhältnismässig nahe an den Auslassöffnungen 10 und ist es möglich, den Wert von (Xb - Xa) zu verringern, vgl. Fig. 3. Als Ergebnis wird die Druckdifferenz (Pa - Pb) verringert, um eine rückläufige Luftströmung durch den Bypaßkanal 5 verringern zu können, wenn eine Rückströmerscheinung auftritt.

Da ferner die Bypaßeinlassöffnung 6 und die Bypaßauslassöffnungen 10 des Bypaßkanals 5 ringförmig münden, kann der Bypaßkanal 5 symmetrisch zur Achse des Saugkanals 2 angeordnet werden. Das Ergebnis hiervon ist, dass der Luftstrom an einer Ablenkung aus seiner normalen Bahn zwischen den stromab und stromauf des Venturiabschnitts 12 gelegenen Stellen gehindert und folglich stets gleichmässig gemacht wird. Da auch der Bypaßkanal 5, wie oben ausgeführt, öffnungen der einen stationären Druck einführenden Art hat, ist es möglich, den in der Luft enthaltenen Staub und strömende Kahlenstoffteilchen beim Auftreten einer Rückzündung daran zu hindern, in den Bypaßkanal 5 zu strömen und sich an der Thermosonde 13 abzulagern. Die Lufteinlassmessvorrichtung der dargestellten Ausführungsform hat bezüglich ihrer Achse symmetrisch angeordnete Teile, so dass

die Herstellung und der Zusammenbau der Teile leicht erfolgen und die Herstellungskosten verringert werden können.

Bei der dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsform der Lufteinlassmessvorrichtung ist das Venturielement in das Drosselgehäuse eingepresst und befindet sich die Thermosonde in einem einen minimalen Querschnitt aufweisenden Kanal/ der eine ringförmige Einlassöffnung mit ringförmigen Auslassöffnungen eines im Venturielement ausgebildeten Bypaßkanals verbindet. Durch diese konstruktive Beziehung kann die Empfindlichkeit der Thermosonde verbessert werden, während die auf das Verhalten der Thermosonde durch eine Rückströmung beim Auftreten einer. Rückschlagerscheinung verringert werden können. Die Verunreinigung der Thermosonde durch in der Saugluft enthaltenen Staub und durch Kohlenstoff teilchen, die beim Auftreten einer Rückzündung strömen, kann vermieden werden, während die Herstellung und der Zusammenbau leicht ausgeführt werden können.

Fig. 4 ist ein Schnitt des Drosselgehäuses, das die Lufteinlassmessvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform bewegt. Fig. 5 ist eine Schrägansicht des in das Drosselgehäuse von Fig. 4 eingepressten Venturielements. In diesen Figuren sind mit Fig. 1 ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Das Venturielement 16 dieser Ausführungsform bildet einen nun zu beschreibenden Luftkanal.

Durch eine ringförmige Bypaßeinlassöffnung 6 eingeführte Luft strömt in den Venturiabschnitt 16 des Saugkanals 12 durch die obere Kammer 7, eine im Venturielement 16 ausgebildete Verbindungsöffnung 17, die untere Kammer 9, die über die Verbindungsöffnung 1 7 mit der oberen Kammer 7 in Verbindung steht, den einen minimalen Querschnitt aufweisenden Bypaßkanal 5, in dem die Thermosonde 13 angeordnet ist, eine in einer Trennplatte 18 ausgebildete Verbindungsöffnung 19 und einen zwischen den Trennplatten 11 und 18 ausgebildeten hohlen

Raum 20, der über die Verbindungsöffnung 20 mit der unteren Kammer 9 in Verbindung steht.

Bei diesem Luftströmungsweg hat der die Thermosonde 13 aufnehmende Bypaßkanal 5 einen minimalen Querschnitt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die durch die Bypaßöffnung 6 und die einen grossen Querschnitt aufweisenden Bypaßauslassöffnungen 10 strömt, im Bypaßkanal 5 ein Maximum hat, um mit hoher Empfindlichkeit gemessen werden zu können.

Fig. 5 ist eine Schrägansicht des Venturielements von Fig. 4, wobei mit dieser Figur ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Das Venturielement bildet drei senkrecht angeordnete Kammern, wobei der an seinem untersten Ende angeordnete Bypaßkanal 5 die Thermosonde 13 in einer bei 21 kreuzschraffiert angegebenen Stelle senkrecht zur Strömung des Luftstroms im Saugkanal 2 aufnimmt. Somit ist der Kanal, in dem sich die Thermosonde 13 befindet, im Gegensatz zum entsprechenden senkrechten Kanal von Fig. 1 waagerecht.

Bei der Ausführungsform von Fig. 4 und 5 ist das Venturielement in das Drosselgehäuse eingepresst und bildet ringförmige Kanäle in drei Lagen, wobei die Thermosonde 13 im senkrecht angeordneten Bypaßkanal 5 angeordnet ist. Die Ausführungsform dieser Konstruktion kann im wesentlichen dieselben Wirkungen wie die Ausführungsform von Fig. 1und 2 erzielen.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass die Lufteinlassmessvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Erfindung viele Vorteile hat. Es können Messungen mit einem hohen Grad an Genauigkeit vorgenommen werden, ohne dass sie durch eine rückläufige Strömung beeinflusst werden, die beim Auftreten einer Rückschlagerscheinung oder einer Rückzündung im Saugkanal erzeugt wird. Der Staub im Saugkanal und die Kohlenstoff teilchen, die beim Auftreten einer rückläufigen Strömung strömen, werden nur schwer in den Bypaßkanal eingeführt, so dass die Gefahr ihrer Ablagerung an der Thermosonde auf ein Minimum gebracht werden kann. Ferner können die Herstellung und der Zusammenbau leicht ausgeführt werden.

Claims

BEETZ & PARTNER
SWlÄdfi£fefcmfifiööMünchen 22 81-33.216P(33.217H) 11. Jan. 1982

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Lufteinlassmessvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Ansprüche

Lufteinlassmessvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet

- durch einen in einem Drosselgehäuse (1) ausgebildeten Saugkanal (2) ,

- durch ein im Saugkanal (2) angeordnetes Drosselventil (3),

- durch ein Venturielement (4), das einen Venturiabschnitt

(12) aufweist und stromauf des Drosselventils (3) in den Saugkanal (2) eingepresst ist,

- durch einen zwischen dem Drosselgehäuse (1) und dem Venturielement (4) ausgebildeten Bypaßkanal (5), der eine durch das Venturielement (4) und das Drosselgehäuse

(1) ausgebildete und senkrecht zur Achse des Saugkanals

(2) mündende BypaßeinlassÖffnung (6) mit einer in den Venturikanal des Venturielements (4) mündenden Bypaßauslassöffnung (10) verbindet, und

- durch eine im Bypaßkanal (5) angeordnete Thermosonde (13)

(Fig. 1-5).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

81-A 6341-02

- dass die Bypaßeinlassöffnung (6) eine senkrecht zur Achse des Saugkanals (2) mündende ringförmige Öffnung ist (Fig. 1,4).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die Bypaßauslassöffnung (10) aus mehreren kleinen in den Venturiabschnitt (12) mündenden Öffnungen besteht (Fig. 1,4).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die Thermosonde (13) in einem minimal bemessenen Luftkanalsegment des Bypaßkanals (5) angebracht ist (Fig. 1, 2).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die Bypaßeinlassöffnung (6) und der Bypaßkanal (5) durch eine am Aussenumfang des Venturielements (.4) ausgebildete und mit dem Drosselgehäuse (1) zusammenarbeitende Trennplatte (11) unterteilt sind und durch eine in der Trennplatte (11) ausgebildete Verbindungsöffnung (8) miteinander in Verbindung stehen (Fig. 1,2).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, ·
dadurch gekennzeichnet,

- dass der Bypaßkanal (5) durch zwei am Aussenumfang des Venturielements (4) ausgebildete und mit dem Drosselgehäuse (1) zusammenarbeitende Trennplatten (11, 18) unterteilt ist (Fig. 4, 5).
7. Vorrichtung nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet,

- dass die Bypaßeinlassöffnung (6) und der Bypaßkanal (5) durch eine am Aussenumfang des Venturielements (16) aus-

gebildete und mit dem Drosselgehäuse (1) zusammenarbeitende erste Trennplatte (16) unterteilt sind und durch eine in der ersten Trennplatte (16) ausgebildete erste Verbindungsöffnung (17) miteinander in Verbindung stehen, und

dass die Bypaßauslassöffnung (10) und der Bypaßkanal (5) durch eine am Aussenumfang des Venturielements (16) ausgebildete und mit dem Drosselgehäuse (1) zusammenarbeitende zweite Trennplatte (18) unterteilt sind und durch eine in der zweiten Trennplatte (18) ausgebildete zweite Verbindungsöffnung (19) miteinander in Verbindung stehen (Fig. 4, 5).