DE3788238T2

DE3788238T2 - Vorrichtung zum Feststellen der Ansaugluftmenge einer Maschine mit interner Verbrennung.

Info

Publication number: DE3788238T2
Application number: DE3788238T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Himeji Seisakusho O Tada; Akira Kyoto Seisakus Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1986-03-11
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2007-03-12
Also published as: EP0237343B1; AU570869B2; AU6971887A; KR870015232U; JPH0524186Y2; EP0237343A2; JPS62146923U; DE3788238D1; KR900001383Y1; EP0237343A3; US4869099A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge auf der Basis von Karmanschen Wirbeln.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine muß die angesaugte Luftmenge ständig messen. Diese Messung erfolgt mit einem sogenannten Wirbel-Durchflußmengenmesser, wobei ein Wirbelgenerator in einer Saugluftbahn angeordnet ist und der Karmansche Wirbel, der an der Abstromseite des Wirbelgenerators resultiert, gemessen wird, um die Fluiddurchflußrate zu bestimmen. Dieser Wirbel-Durchflußmengenmesser enthält keine bewegten Teile und wird von Vibrationen nicht beeinflußt, so daß er zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, die vibriert, und speziell zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug gut geeignet ist.
Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Wirbel-Durchflußmengenmesser, der in der JP-Patentveröffentlichung 56415/1983 gezeigt ist, wobei 1 einen Durchflußmengenmesser mit einer Wirbelerzeugungseinrichtung 2 und 3 den erzeugten Karmanschen Wirbel bezeichnet. Die Wirbelerzeugungseinrichtung 2 ist in einem Luftansaugkanal einer Brennkraftmaschine angeordnet. 4 ist ein Ultraschallwellengenerator, der so vorgesehen ist, daß er Ultraschallwellen über den Karmanschen Wirbel 3 fortpflanzt, 5 ist ein Ultraschallwellenempfänger, der Ultraschallwellen empfängt, 6 ist ein Schwingkreis, um den Ultraschallwellengenerator 4 in Schwingungen zu versetzen, 7 ist eine spannungsgesteuerte Phasenabweichungsschaltung, die den Phasenabweichungswinkel des Ausgangssignals des Schwingkreises 6 in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung eines Schleifenfilters 10 steuert, 8 ist eine erste Wellenformungsschaltung, die das Ausgangssignal des Ultraschallwellenempfängers 5 verstärkt und formt, 9 ist ein Phasenvergleicher, der als erstes Eingangssignal das Ausgangssignal der ersten Wellenformungsschaltung 8 und als zweites Eingangssignal das Ausgangssignal der spannungsgesteuerten Phasenabweichungsschaltung 7 empfängt, um die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangssignal zu detektieren, 10 ist ein Schleifenfilter, das unnötige Frequenzanteile aus dem Ausgangssignal des Phasenvergleichers 9 ausfiltert, und 11 ist ein Tiefpaßfilter, das Trägerfrequenzanteile aus dem Ausgangssignal des Phasenvergleichers 9 ausfiltert.
Der Betrieb der bekannten Vorrichtung wird nachstehend beschrieben. Zuerst werden von dem Ultraschallwellengenerator 4 erzeugte Ultraschallwellen durch den Karmanschen Wirbel 3 phasenmoduliert und von dem Ultraschallwellenempfänger 5 empfangen. Die empfangenen Wellen werden dann von der Wellenformungsschaltung 8 geformt. Eine Phasensynchronisierschleife ist von dem Schwingkreis 6, der spannungsgesteuerten Phasenabweichungsschaltung 7, dem Phasenvergleicher 9 und dem Schleifenfilter 10 gebildet. Die spannungsgesteuerte Phasenabweichungsschaltung 7 steuert den Phasenabweichungswinkel, um nur eine HF-Stabilität der Signale einer Ultraschallwellen-Schwingungsfrequenz beizubehalten. Außerdem sind die Charakteristiken des Schleifenfilters 10 in der Phasensynchronisierschleife so vorgegeben, daß es fähig ist, mit ausreichend hoher Geschwindigkeit der modulierten Winkelfrequenz der Signale zu folgen, deren Phase von dem Karmanschen Wirbel moduliert wird. Das Ausgangssignal des Schleifenfilters 10 ändert das Ausgangssignal der spannungsgesteuerten Phasenabweichungsschaltung 7 so, daß es mit dem empfangenen Ultraschallsignal synchronisiert und direkt als ein phasendemoduliertes Ausgangssignal verwendet wird. Ein Phasensynchronisierwinkel der Phasensynchronisierschleife ist durch die Charakteristiken des Phasenvergleichers 9 und des Schleifenfilters 10 bestimmt.
Die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luft bildet keinen gleichmäßigen Strom, sondern pulsiert. Daher ist der von der Wirbelerzeugungseinrichtung 2 erzeugte Karmansche Wirbel 3 instabil. Die Pulsation der Ansaugluft entwickelt sich speziell bei einer Mehrzylindermaschine, bei der die Einlaßventile überlappt arbeiten. Die Überlappung führt zur Bildung eines Impulsstoßes von negativem Druck in einem Augenblick, in dem das Einlaßventil öffnet. Wenn die Drosselklappe nahezu vollständig geöffnet ist, wird kein Drosseleffekt erhalten, und der Impulsstoß eines negativen Drucks wird nicht abgeschwächt. Diese Tatsache bewirkt, daß sich der Karmansche Wirbel 3 unregelmäßig ausbildet. Somit pulsiert das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 11, wie durch eine Vollinie in Fig. 2(a) gezeigt ist. Fig. 2(b) zeigt dieses Ausgangssignal, dessen Verlauf wellengeformt ist, wobei die Strichlinienbereiche bedeuten, daß die geformten Ausgangssignale ausfallen, ohne daß die Zahl von Karmanschen Wirbeln 3 ordnungsgemäß detektiert wird, und daß die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge nicht korrekt gemessen wird.
Advances in Instrumentation Proceedings of the twenty-fourth annual ISA Conference, Houston, 27.-30. Oktober 1969, Bd. 24, Teil 1, S. 528/1 bis 528/7, "Swirlmeter: the high performance gas flow meter", betrifft Wirbel-Durchflußmengenmesser allgemein. Der Artikel bespricht die Wirbel-Präzession und beschreibt das Bestimmen des Gasdurchflusses unter Anwendung dieses Prinzips. Die Druckschrift bestätigt, daß der Gasdurchflußmengenmesser in pulsierenden Strömen oder dort, wo Temperatur und Druck veränderlich sind, verwendet werden kann. Die Druckschrift lehrt die Messung von Druck und Temperatur in Verbindung mit einer digitalen oder analogen Kompensationsschaltung.
Die US-PS 3 818 877 betrifft eine Saugluftmengenmessung bei einer Brennkraftmaschine. Ein Luftdurchflußmengensensor und ein Drucksensor sind in einem Saugluftdurchflußkanal positioniert, der deutlich an der Aufstromseite des Luftfilters der Brennkraftmaschine liegt. Die Luftdurchflußmenge und der Luftdurchflußmengendruck werden daher in einem relativ engen Kanal der Brennkraftmaschine aufgenommen.
Japanese Patent Abstracts, Bd. 7, Nr. 64 (betreffend die JP- Patentschrift 57-207824A) betrifft eine Anordnung, um den Grad der Geräuschfestigkeit zu erhöhen und die Vorrichtung kompakt zu machen. Das Luftfiltergehäuse besteht aus einem elektrischen Leiter, und eine Luftmengenmeßeinrichtung ist im Inneren des Luftfilters positioniert.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung wurde gemacht, um das dem Stand der Technik innewohnende vorgenannte Problem zu lösen, und die Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Messen der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge, wobei die Vorrichtung fähig ist, die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge richtig zu detektieren.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung angegeben zum Bestimmen der von einer Brennkraftmaschine in einen Luftansaugkanal angesaugten Luftmenge, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Luftfiltereinrichtung, einen Luftansaugkanal, eine Wirbelerzeugungseinrichtung, um in dem Luftansaugkanal eine Turbulenz zu erzeugen, eine Luftmengendetektoreinrichtung, um die in den Luftansaugkanal angesaugte Luftmenge auf der Basis eines Vergleichs zwischen einem Referenzsignal und einem von der turbulenten Luft in dem Ansaugkanal modulierten Signal zu bestimmen, einen Drucksensor, um ein Luftdrucksignal zu liefern, das den Druck der Ansaugluft anzeigt, und eine Kompensationseinrichtung, um die Bestimmung der Luftmenge in Abhängigkeit von dem Luftdrucksignal zu verstellen, um dadurch durch Druckänderungen in der Ansaugluft verursachte Abweichungen zu kompensieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfiltereinrichtung positioniert ist, um Luft zu filtern, die in den Luftansaugkanal eintritt, und der Drucksensor in der Luftfiltereinrichtung angebracht ist, um den Druck von Luft in der Luftfiltereinrichtung zu überwachen, bevor sie in den Luftansaugkanal eintritt, wodurch die Auswirkungen von hochfrequenten Druckänderungen beim Detektieren der Luftmenge durch die Vorrichtung eliminiert werden.
Bei Ausführungsformen der Erfindung wird der Druck im Luftfilter, der einen großen Luftkanalquerschnitt hat, durch den Drucksensor aufgenommen, um HF-Anteile zu entfernen, die in dem Druck in der Ansaugluftbahn enthalten sind, und eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Drucksensors und dem Ausgangssignal eines Tiefpaßfilters wird ermittelt, um die Pulsation in dem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters, die durch die Druckänderung im Luftansaugkanal bewirkt ist, aufzuheben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer herkömmlichen Vorrichtung; Fig. 2(a) bis 2(d) Diagramme, die Betriebswellenformen einer Vorrichtung zum Messen der Ansaugluftmenge zeigen;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Vorrichtung zum Messen der Ansaugluftmenge gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 4 einen Schnitt, der Hauptbereiche der Vorrichtung von Fig. 3 zeigt; und
Fig. 5 ein Diagramm, das Betriebswellenformen an jedem der Bereiche der Vorrichtung zeigt, wenn der Druck im Ansaugluftkanal HF-Anteile enthält.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 3 bezeichnet 12 einen Luftansaugkanal einer Brennkraftmaschine, 2 ist eine Wirbelerzeugungseinrichtung, die in diesem Kanal angeordnet ist, 13 ist eine erste CW-Reihenschaltung, die an der Ausgangsseite eines Tiefpaßfilters 11 vorgesehen ist, 14 ist eine zweite Wellenformungsschaltung, die an der Ausgangsseite der ersten CW-Reihenschaltung 13 angeordnet ist, 15 ist ein Drucksensor, der mit einer Druckentnahmeöffnung 12a verbunden ist, die an einer Aufstromseite des Luftansaugkanals 12 vorgesehen ist, 16 ist ein Verstärker, der auf der Ausgangsseite des Drucksensors 15 vorgesehen ist, 17 ist eine Umkehrstufe, die an der Ausgangsseite des Verstärkers 16 angeordnet ist, und 18 ist eine zweite CW-Reihenschaltung, die an der Ausgangsseite der Umkehrstufe 17 angeordnet ist, wobei der Ausgang der zweiten CW-Reihenschaltung mit dem Eingang der zweiten Wellenformungsschaltung 14 verbunden ist.
Fig. 4 zeigt im Schnitt den Aufbau der Hauptbereiche der obigen Vorrichtung zum Messen der Ansaugluftmenge, wobei 19 ein Element zum Messen der Ansaugluftmenge ist, das den Luftansaugkanal 12 bildet; 20 ist ein Wabengleichrichterelement, das an der Aufstromseite des Elements 19 zum Messen der Ansaugluftmenge vorgesehen ist, und 21 ist eine Meßsteuerschaltung, bestehend aus einem Schwingkreis 6, einer spannungsgesteuerten Phasenabweichungsschaltung 7, einer ersten Wellenformungsschaltung 8, einem Phasenvergleicher 9, einem Tiefpaßfilter 10, einem Tiefpaßfilter 11, der ersten CW-Reihenschaltung 13, der zweiten Wellenformungsschaltung 14, dem Drucksensor 15, dem Verstärker 16, der Umkehrstufe 17 und der zweiten CW-Reihenschaltung 18.
Die Meßsteuerschaltung 21 ist an dem Außenumfang des Elements 19, das die Ansaugluftmenge detektiert, angeordnet. Die Druckentnahmeöffnung 12a des Drucksensors 15 der Meßsteuerschaltung 21 ist angeordnet, um den Druck im Außenumfangsbereich des Elements 19, das die Ansaugluftmenge detektiert, aufzunehmen. 22 ist ein Filter, der zwischen der Druckentnahmeöffnung 12a und dem Drucksensor 15 angeordnet ist. Das Element 19 zum Messen der Ansaugluftmenge und die Meßsteuerschaltung 21 sind im Inneren des Filters 24 der Luftfiltereinrichtung 23 angeordnet.
Der Betrieb der so aufgebauten Vorrichtung zum Messen der Ansaugluftmenge wird nachstehend beschrieben. Die Druckänderung im Ansaugluftkanal, die in Fig. 2(a) durch eine Strichlinie bezeichnet ist, wird von dem Drucksensor 15 gemäß Fig. 2(c) aufgenommen. Der Meßwert wird von dem Verstärker 16 n-fach verstärkt, um der Druckänderung zu entsprechen, und wird von der Umkehrstufe 17 gemäß Fig. 2(d) invertiert. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 11 wird von der ersten CW-Reihenschaltung 13 geglättet, das Ausgangssignal der Umkehrstufe 17 wird von der zweiten CW- Reihenschaltung 18 geglättet, und diese beiden Ausgangssignale werden addiert. Das addierte Ausgangssignal wird dann einer Wellenformung in der zweiten Wellenformungsschaltung 14 unterworfen. In diesem Fall wird die Pulsation im Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 11 aufgehoben, und das Ausgangssignal der zweiten Wellenformungsschaltung 14 enthält im Gegensatz zu der Wellenform gemäß den Strichlinien in Fig. 2(b) keinen fehlenden Anteil, was er ermöglicht, die Ansaugluftmenge richtig zu messen.
Da ferner die Druckentnahmeöffnung 12a des Drucksensors 15 im Luftfilter 22 vorgesehen ist, wird die Vorrichtung von HF-Anteilen, die in dem Druck enthalten sind, nicht beeinflußt, wie noch beschrieben wird. Das heißt, der Druck in dem Luftansaugkanal 12 nahe dem Ultraschallwellenempfänger 5 kann HF-Anteile enthalten, die in Fig. 5(a) gezeigt sind, und zwar in Abhängigkeit von den Bedingungen im Luftansaugkanal an der Abstromseite der Wirbelerzeugungseinrichtung 2. Eine Pulsation in den Ausgangssignalen des Tiefpaßfilters 11 wird von dem niederfrequenzen Nachlauf- Betriebsverhalten des Ultraschallwellenerzeugers und -empfängers 4, 5 ausgefiltert, so daß die Ausgangssignale entsprechend Fig. 5(b) geformt werden. Dabei zeigt jedoch der Drucksensor 15 Nachlauf-Charakteristiken bis zu einer Hochfrequenz. Wenn das Ausgangssignal des Drucksensors 15 n-fach verstärkt und aufaddiert wird (Fig. 5(c)), wird die Vorrichtung von HF-Anteilen des Drucks entsprechend Fig. 5(d) beeinflußt, was es erschwert, die Ansaugluftmenge exakt zu messen.
Das obige Problem kann aber gelöst werden, wenn der Querschnitt des Luftansaugkanals 12 vergrößert wird, um den HF- Strömungswiderstand des Luftansaugkanals 12 zu verringern, so daß die HF-Anteile absorbiert werden. Wenn also die Druckabnahmeöffnung 12a in dem Luftfilter 22 vorgesehen ist, wie das bei der vorgenannten Ausführungsform der Fall ist, wird die Vorrichtung von den im Druck enthaltenen HF-Anteilen nicht beeinflußt, da der Luftfilter 22 als ein Bereich mit großem Querschnitt wirkt, der für den Luftansaugkanal 12 vorgesehen ist. Da außerdem der Bereich mit großem Querschnitt nicht gesondert vorgesehen werden muß, kann der benötigte Platz verringert werden, und die Herstellungskosten können ebenfalls gesenkt werden.
Wie oben beschrieben, wird durch die Vorrichtung zum Messen der Ansaugluftmenge gemäß der Erfindung die Pulsation des Tiefpaßfilters, die durch die Druckänderung im Luftansaugkanal bewirkt ist, aufgehoben. Da ferner die Druckentnahmeöffnung und die Meßsteuerschaltung im Luftfilter angeordnet sind, kann die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge korrekt gemessen werden. Daher ermöglicht es die Erfindung, den benötigten Raum zu verringern und die Herstellungskosten zu senken.

Claims

1. Vorrichtung zum Bestimmen der von einer Brennkraftmaschine in einen Luftansaugkanal (12) angesaugten Luftmenge, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Luftfiltereinrichtung (23), einen Luftansaugkanal (12), eine Wirbelerzeugungseinrichtung (2), um in dem Luftansaugkanal (12) eine Turbulenz zu erzeugen, eine Luftmengendetektoreinrichtung (4, 5, 21), um die in den Luftansaugkanal angesaugte Luftmenge auf der Basis eines Vergleichs zwischen einem Referenzsignal und einem von der turbulenten Luft in dem Ansaugkanal modulierten Signal zu bestimmen, einen Drucksensor (12a, 15), um ein Luftdrucksignal zu liefern, das den Druck der Ansaugluft anzeigt, und eine Kompensationseinrichtung (13, 14, 16, 17, 18), um die Bestimmung der Luftmenge in Abhängigkeit von dem Luftdrucksignal zu verstellen, um dadurch durch Druckänderungen in der Ansaugluft verursachte Abweichungen zu kompensieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfiltereinrichtung positioniert ist, um Luft zu filtern, die in den Luftansaugkanal eintritt, und der Drucksensor (12a, 15) in der Luftfiltereinrichtung (23) angebracht ist, um den Druck von Luft in der Luftfiltereinrichtung zu überwachen, bevor sie in den Luftansaugkanal eintritt, wodurch die Auswirkungen von hochfrequenten Druckänderungen beim Detektieren der Luftmenge durch die Vorrichtung eliminiert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil des Luftansaugkanals, die Luftmengenbestimmungseinrichtung (4, 5, 21) und die Kompensationseinrichtung ebenfalls in der Luftfiltereinrichtung (23) angebracht sind.

3. Vorrichtung zum Detektieren der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge nach Anspruch 2, wobei:

die Luftmengendetektoreinrichtung einen Ultraschallwellenerzeuger (4) und einen Ultraschallwellenempfänger (5) aufweist, die auf beiden Seiten des Luftansaugkanals (19) vorgesehen sind, um die Ansaugluftmenge zu detektieren, wobei der Ultraschallwellenerzeuger die Ultraschallwellen über die von der Wirbelerzeugungseinrichtung erzeugten Karmanschen Wirbel (3) fortpflanzt und der Ultraschallwellenempfänger die Ultraschallwellen empfängt, deren Phasen durch Karmansche Wirbel moduliert sind;

die Luftmengendetektoreinrichtung ferner einen Schwingkreis (6) zum Schwingen des Ultraschallwellenerzeugers (4) aufweist, wobei die Luftmengendetektiereinrichtung wirksam ist, um eine Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal des Schwingkreises und dem Ausgangssignal des Ultraschallwellenempfängers zu detektieren und um das Ausgangssignal zu erzeugen, während sie gleichzeitig die Korrektur aufgrund des Ausgangssignal des Drucksensors (15) bewirkt;

die Steuer- und Verarbeitungsschaltung (21) des Luftmengendetektors in einem Gehäuse angebracht ist, das um den Luftansaugkanal herum, aber innerhalb der Luftfiltereinrichtung angeordnet ist;

eine Druckherausführöffnung (12a) des Drucksensors (15) in der Wand des Gehäuses gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Luftmengendetektoreinrichtung aufweist:

eine erste Wellenformungsschaltung (8), die die Ausgangswellenform des Ultraschallwellenempfängers (5) formt; einen Phasenvergleicher (9), der als ein erstes Eingangssignal das Ausgangssignal der ersten Wellenformungsschaltung empfängt; ein Tiefpaßfilter (10), das unerwünschte Frequenzkomponenten aus dem Ausgangssignal des Phasenvergleichers entfernt;

eine spannungsgesteuerte Phasenabweichungsschaltung (7), die den Phasenabweichungswinkel von dem Ausgangssignal des Schwingkreises in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Schleifenfilters steuert;

ein Tiefpaßfilter (11), das Trägerfrequenzkomponenten aus dem Ausgangssignal des Phasenvergleichers (9) entfernt, der als ein zweites Eingangssignal das Ausgangssignal der spannungsgesteuerten Phasenabweichungsschaltung (7) empfängt und eine Phasendifferenz zwischen dem ersten Eingangssignal und dem zweiten Eingangssignal erzeugt; und

eine zweite Wellenformungsschaltung (14), die die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Drucksensors (15) und dem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (11) formt und erzeugt.

5. Vorrichtung zum Detektieren der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge nach Anspruch 3, wobei der Luftansaugkanal (19) aus einem zylindrischen Element besteht und ein Gleichrichterelement (20) in dem Einlaß des Kanals an der Aufstromseite der Wirbelerzeugungseinrichtung (2) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung zum Detektieren der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge nach Anspruch 5, wobei die Luftfiltereinrichtung (23) aus einem Gehäuse mit einem Lufteinlaßkanal und einem Luftförderkanal sowie aus einem zylindrischen Luftfilter (24) besteht, der den Lufteinlaßkanal und den Luftförderkanal voneinander trennt.