DE3934759C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftmengenmesser für Brenn­ kraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei verschiedenen Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Benzinmotoren eines Kraftfahrzeugs, ist der Regelbereich in bezug auf die Drehzahl und die Ausgangsleistung sehr groß, und der Motor unterliegt strengen Abgasbestimmungen. Daher muß ständig ungeachtet der Betriebszustände des Motors eine genaue Kraftstoff-Luft-Verhältnisregelung durchgeführt werden.

Angesichts dieser Umstände wird seit einigen Jahren eine Mikrocomputersteuerung verwendet, wobei das Kraftstoff- Luft-Verhältnis oder der Zündzeitpunkt unter Verwendung des Mikrocomputers eingestellt wird, der basierend auf verschiedenen Betriebsbedingungen des Motors, einschließ­ lich der Ansaugluftmenge, arbeitet.

Als Luftmengenmesser für eine derartige Motor-Regelein­ richtung wird seit einiger Zeit ein Hitzdraht-Luftmengen­ messer verwendet. Beispiele sind in der JP-OS 58-1 09 815 und der JP-OS 58-1 09 816 beschrieben. Bei diesen bekannten Beispielen ist eine Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine durch eine Hauptluftleitung und eine Zusatzluftleitung ge­ bildet, die in die Hauptluftleitung ragt und eine be­ stimmte Länge aufweist, wobei die Zusatzluftleitung einen Abschnitt aufweist, der im wesentlichen parallel mit dem Luftstrom verläuft, der durch die Hauptluftleitung strömt. Die bekannten Beispiele zeigen also einen Hitzdraht-Luft­ mengenmesser für ein Zusatzluftleitungs-System, wobei ein Sensor für die Saugluftmenge in der Zusatzluftleitung angeordnet ist. Ein Auslaß der Zusatzluftleitung mündet nahe einem erweiterten Teil der Hauptluftleitung oder an einem geraden Leitungsabschnitt.

Ein gattungsgemäßer Luftmengenmesser ist in der US 44 72 965 beschrieben, der ebenfalls einen Haupt- und einen Zusatzströmungskanal aufweist. Der Zusatzströmungs­ kanal ist hier radial außerhalb und parallel zum Haupt­ strömungskanal angeordnet und mündet radial in einen zylindrischen Abschnitt des Hauptströmungskanals.

Bei dem angegebenen Stand der Technik wird jedoch die Sta­ bilität des Luftstroms am Auslaß der Zusatzluftleitung bzw. dem Zusatzströmungskanal, an der/dem der Sensor angeordnet ist, nicht berücksichtigt. An diesem Auslaß tritt nämlich eine starke Turbulenz des Luftstroms auf, die mit der Pulsation des Luftstroms aufgrund der Umdre­ hungen des Motors nichts zu tun hat. Es ergibt sich daher das Problem, daß sich diese Turbulenzen des Luftstroms nachteilig auf das Meßergebnis der Ansaugluftmenge aus­ wirken.

Um dieses Problem zu beseitigen, wurde bereits vorgeschla­ gen, über der Saugluftleitung ein Ausgleichselement wie etwa ein Gitter oder ein Wabenelement vorzusehen, um dadurch den Saugluftstrom zu stabilisieren. Bei diesem Vorschlag ist jedoch eine erhebliche Erhöhung der Herstel­ lungskosten unvermeidlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Luftmengenmesser für Brennkraftmaschinen zu realisieren, bei dem die Luftmen­ genmessung durch eine einfache und kostengünstige Maßnah­ me zur Stabilisierung des Luftstroms verbessert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche kennzeichnen vorteil­ hafte Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist eine Hauptluftleitung derart ausgebil­ det, daß der Luftstrom in der Hauptluftleitung im Bereich eines Auslasses der Hilfsluftleitung eingeengt wird.

Die aus der Hilfsluftleitung ausströmende Luft vermischt sich mit dem Luftstrom im Bereich des Auslasses der Haupt­ luftleitung. In einem Bereich, in dem die Hauptluftleitung nahe dem Auslaß der Hilfsluftleitung verengt ist, wird der Luftstrom querschnittsverengt, so daß ein Luft­ stromausgleich stattfindet. Infolgedessen wird auch der Luftstrom um den Sensor in der Hilfsluftleitung stabili­ siert. Somit ist es möglich, ein Meßergebnis in einem turbulenzfreien Luftstrom zu erhalten.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel des Luftmengenmessers für eine Brennkraftmaschine,

Fig. 2 eine seitliche Schnittansicht des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels,

Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel des Luftmengenmessers für eine Brennkraftmaschine,

Fig. 4 eine Draufsicht auf dieses Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 eine Explosionsansicht, die den Zustand der Innen­ leitungen im Luftmengenmesser gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 6 und 7 Seitenansichten des zweiten Ausführungsbeispiels aus verschiedenen Richtungen,

Fig. 8 eine Drosselklappe und

Fig. 9 und 10 Seitenansichten, die zeigen, wie eine Hitzdraht­ einheit montiert ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen das erste Ausführungsbeispiel des Luftmengenmessers für Brennkraftmaschinen. Die an einem Luftfilter (nicht gezeigt) durch den Unterdruck im Motor angesaugte Luft strömt in einem Einlaß 2a eines Drossel­ klappengehäuses 1 ein, wodurch sich die Stromlinien trich­ terförmig verdichten. Danach wird der Luftstrom in zwei Teile aufgeteilt, deren einer durch einen Hauptströmungs­ kanal 2 und deren anderer durch einen Zusatzströmungskanal 3 strömt. Ein Einlaß des Zusatzströmungskanals 3 ist hohlzylindrisch, und seine Achse verläuft parallel mit der Achse des Haupströmungskanals 2. Der Zusatzströmungskanal 3 ist in dem Hauptströmungskanal 2 außermittig angeordnet.

Die in dem Zusatzströmungskanal 3 eingeströmte Luft wird durch einen Zylinderabschnitt 4 etwa 10 mm oder mehr ge­ führt und erreicht ein Hitzdrahtelement 5. In diesem Hitz­ drahtelement 5 wird der Luft entsprechend ihrer Strömungs­ geschwindigkeit Wärme entzogen. Daher wird ein elektri­ scher Strom von einem Luftmengensensor 6 an das Hitzdraht­ element 5 geliefert, um die so verlorengegangene Wärme­ menge wieder zu ersetzen.

Dadurch daß die Ausgangsgröße dem Wert des elektrischen Stroms vom Hitzdrahtelement 5 proportional gemacht wird, kann ein Ausgangssignal erhalten werden, das der Strö­ mungsgeschwindigkeit der Luft entspricht. Eine bestimmte Kraftstoffmenge wird dem Motor entsprechend der Größe dieses Ausgangssignals zugeführt, so daß ein optimales Kraftstoff-Luft-Verhältnis für den Motor erhalten wird.

Der Hauptströmungskanal 2 besteht aus einem Aufstromteil 2b an der Einlaßseite des Drosselklappengehäuses 1 mit dem darin angeordneten Zusatzströmungskanal 3, einem Abstrom­ teil 2c an der Auslaßseite des Drosselklappengehäuses 1 mit einer darin befindlichen Drosselklappe 7 und einem zwischen dem Aufstromteil 2b und dem Abstromteil 2c ange­ ordneten konischen Abschnitt 8. Der Innendurchmesser des Abstromteils 2c ist kleiner als derjenige des Aufstrom­ teils 2b. Die Querschnittsfläche des Aufstromteils 2b be­ trägt das 1,1fache oder mehr der Querschnittsfläche des Abstromteils 2c.

Die eingeströmte und durch das Hitz­ drahtelement 5 geleitete Luft wird an einem Knie rechtwinklig umgeleitet. Dann tritt die Luft aus der Auslaßöffnung 10 des Zusatzströmungskanals 3 in den Hauptströmungskanal 2 ein und vermischt sich mit der darin befindlichen Luft.

Die in den Hauptströmungskanal 2 eingeströmte Luft durch­ strömt den Aufstromteil 2b und wird dann von dem konischen Teil 8 eingeengt und strömt weiter zum Abstromteil 2c. In­ folgedessen wird der Luftstrom stabilisiert, so daß Turbu­ lenzen des Luftstroms durch den konischen Abschnitt 8 unterdrückt werden und der Luftstrom ausreichend stabili­ siert wird.

Die Auslaßöffnung des Zusatzströmungskanals 3 liegt im Be­ reich des konischen Abschnitts 8 des Hauptströmungskanals 2. Dabei ist nach Fig. 2 der Abstand L zwischen der Achse der Auslaßöffnung 1 des Zusatzströmungskanals 3 und dem Abstromende des konischen Abschnitts 8 kleiner als wenig­ stens der Radius des Hauptströmungskanals 2. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Abstand L noch kleiner und beträgt das 1,1fache des Radius der Drosselklappe 7.

Die durch den Zusatzströmungskanal 3 strömende Luft strömt also in den hinreichend stabilisierten Luftstrom innerhalb des Hauptströmungskanals 2 im Bereich des konischen Ab­ schnitts 8. Infolgedessen wird eine Turbulenz im Luftstrom im Bereich des Hitzdrahtelements 5 ebenfalls hinreichend unterdrückt, so daß der Luftstrom in diesem Bereich stabi­ lisiert wird. Dadurch wird die Luftmenge bei hinreichend stabilisiertem Luftstrom gemessen. Es ist somit möglich, hochgenaue Meßergebnisse zu erhalten.

Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Strömungsrichtung der zum Auslaß 10 der Hilfsluftleitung aus dem Knie 9 ausströmende Luft senkrecht zur Achse der Drosselklappenwelle.

Die Fig. 3-10 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Luftmengenmessers für Brennkraftmaschinen. Der wesentliche Aufbau entspricht demjenigen des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 und 2, so daß gleiche Teile oder Abschnitte gleich bezeichnet sind.

Der Hauptströmungskanal 2 des Drosselklappengehäuses ist entsprechend Fig. 3 ausgebildet. Dabei ist das Einlaßteil 2a abgerundet oder trichterförmig ausgebildet, so daß der Luftstrom gleichmäßig einströmen kann. Am Einlaßteil 2a ist ein Stufenabschnitt 2e vorgesehen, an dem ein Aus­ gleichsgitter 12 befestigt ist, das von oben mittels eines Sprengrings 13 festgedrückt ist, so daß das Gitter 12 fi­ xiert ist. Der Außenrand des Gitters 12 ist durch Verstem­ men mit einem Metallelement festgelegt, so daß das Gitter 12 sich nicht lockert. Im Bereich der Auslaßöffnung 10 des Zusatzströmungskanals 3 ist der Durchmesser des Hauptströ­ mungskanals 2 an dem konischen Abschnitt 8 stark einge­ engt. In der Mitte des konischen Abschnitts 8 ist eine Rückströmöffnung für durchblasendes Gas vorgesehen. Der Aufstromteil 2b des Hauptströmungskanals 2 zwischen dem Einlaßteil 2a und dem konischen Abschnitt 8 weist keine Durchmesseränderung auf. Der Abstromteil 2c des Hauptströ­ mungskanals 2, der der durch den konischen Abschnitt 8 gebildeten Verengung folgt, ist durchmesserverändert bis zu einer Stelle abstrom von einem Meßabschnitt der Dros­ selklappe 7. Ein Einlaß eines Leerlaufluftkanals mündet in eine Zone zwischen einer Stelle abstrom von dem konischen Abschnitt 8 im Bereich der Auslaßöffnung 1 des Zusatz­ strömungskanals 3 und einer Stelle aufstrom von der Dros­ selklappe 7. Ein Auslaß der Leerlaufluftkanals mündet in eine Zone abstrom von der Drosselklappe 7.

Eine Rücklaufleitung 20 für durchblasendes Gas, die in einen Ansaugkrümmer mündet, verläuft durch die Kontakt­ flächen des Ansaugkrümmers mit dem Drosselklappengehäuse 1 und parallel mit dem Hauptströmungskanal 2 des Drossel­ klappengehäuses. Danach ist die Rücklaufleitung 20 für durchblasendes Gas in einer Aufstromzone der Drosselklappe 7 rechtwinklig umgebogen und mündet in den Hauptströmungs­ kanal 2 (vgl. die Fig. 5 und 6). Die Rücklaufleitung 2 für durchblasendes Gas, die parallel zum Hauptströmungs­ kanal 2 verläuft, ist durch Druckgießen hergestellt, jedoch nicht mechanisch bearbeitet. Daher ist die Leitung 20 konisch ausgebildet. Eine Leitung 21, die rechtwinklig zu der Rücklaufleitung 20 für durchblasendes Gas 20 ver­ läuft, ist von außerhalb des Drosselklappengehäuses 1 an den Hauptströmungskanal 2 angeformt und von außen durch einen Stopfen 22 verschlossen (vgl. Fig. 7). Der Auslaß der Rücklaufleitung 20 für durchblasendes Gas an der In­ nenwandfläche des Hauptströmungskanals 2 mündet in eine Zone, in der kein Teil diesen Auslaß schneidet, wenn der Auslaß von der Aufstromseite des Hauptströmungskanals 2 betrachtet wird.

Zwischen den Kontaktflächen des Ansaugkrümmers mit dem Drosselklappengehäuse 1 ist eine Dichtung vorgesehen, um die Verbindung zwischen der Rücklaufleitung 20 für durch­ blasendes Gas und der Atmosphäre zu sperren.

Der Leerlaufluftkanal ist so ausgebildet, daß der obere Seitenabschnitt, der an der Seite des Ansaugkrümmers mündet, durch eine Nut 30 in der Unterseite des Drossel­ klappengehäuses 1 gebildet ist, während der untere Sei­ tenabschnitt dieser Mündung durch eine Oberseite des An­ saugkrümmers gebildet ist. Die Mündungsöffnung des Leer­ laufluftkanals ist von außen durch eine Dichtung ver­ schlossen, um den Zwischenraum zwischen dem Drosselklap­ pengehäuse und dem Ansaugkrümmer dicht zu verschließen.

Die Drosselklappe 7 ist ein Preßteil aus einem Al-Blech, und die Außenrandfläche ist nicht mechanisch bearbeitet. Das Druckspiel der Drosselklappenwelle ist durch die Dif­ ferenz zwischen der Nutbreite und der Dicke einer Druck­ platte bestimmt, wobei diese Differenz erzeugt wird durch Einsetzen der Druckplatte in die in der Drosselklappe ge­ bildete Nut und Festlegen der Druckplatte am Drosselklap­ pengehäuse. Die Drosselklappe 7 hat eine Bohrung 7a, so daß eine bestimmte Luftmenge austreten kann, wenn die Klappe vollständig geschlossen ist (vgl. Fig. 8).

Die Festlegung des Drosselklappengehäuses am Ansaugkrümmer wird wie folgt durchgeführt: Drei Schraubenbolzen werden in drei Bohrungen des Flanschs des Drosselklappengehäuses eingeführt und mittels ihrer jeweiligen Muttern befestigt.

Das Drosselklappengehäuse wird am Ansaugkrümmer mit einer Kunststoffdichtung mit einem zwischengefügten O-Dichtring befestigt.

Die drei Bohrungen des Flanschs des Drosselklappengehäuses sind so angeordnet, daß ein Raum zum Befestigen mit einem Normschlüssel bleibt und der Flächendruck zwischen dem Drosselklappengehäuse und dem Ansaugkrümmer vergleich­ mäßigt werden kann.

Der Zusatzströmungskanal 3 ist wie folgt ausgebildet. An einer Stelle, die 13 mm von dem Gitter 12 in Richtung zur Abstromseite entfernt ist, wobei das Gitter 12 am Einlaß des Hauptströmungskanals 2 angeordnet ist, ist der Einlaß des Zusatzströmungskanals 3 parallel mit dem Hauptströ­ mungskanal 2 angeordnet, und der Zusatzströmungskanal 3 ist um 20 mm von der Achse des Hauptströmungskanals 2 versetzt. Der Einlaßteil des Zusatzströmungskanals 3 ist durch Druckgießen gerundet. Der Zusatzströmungskanal weist eine Normbohrung auf, die kontinuierlich zu der gerundeten Form und parallel mit dem Haupströmungskanal 2 verläuft. Der Zusatzströmungskanal 3 umfaßt ein hohlzylindrisches Teil A mit der vorgefertigten Normbohrung und ein hohlzy­ lindrisches Teil B, das das Teil A im rechten Winkel schneidet. Das Teil B quert den Hauptströmungskanal 2 in Form einer Brücke. Die beiden hohlzylindrischen Teile A und B sind einstückig miteinander ausgeführt. An einer zwischen den Teilen A und B definierten Ecke ist eine Rippe 3a vorgesehen, die parallel mit dem Hauptströmungs­ kanal 2 verläuft, wodurch das Fließvermögen beim Druck­ gießen und die mechanische Festigkeit verbessert werden. Das hohlzylindrische Teil B hat einen Norm-Innendurch­ messer, der rechtwinklig zum Innendurchmesser des hohlzy­ lindrischen Teils A verläuft. Die Wand des Drosselklap­ pengehäuses 1, die dem hohlzylindrischen Teil A ent­ spricht, hat an der Position einer Hitzdrahteinheit 5 eine größere Dicke, um darin eine bruchfeste Hitzdrahteinheit 5 aufzunehmen, das durch ein Gehäuse abgeschlossen ist.

In der Mitte des hohlzylindrischen Teils B ist ein Aus­ schnitt gebildet, so daß der Innendurchgang des Teils B mit dem Hauptströmungskanal 2 des Drosselklappengehäuses 1 in Verbindung steht. Der Querschnitt dieses Ausschnitts ist halbzylindrisch, und eckige Abschnitte desselben sind abgerundet. An der Innenfläche des hohlzylindrischen Teils B ist eine Stellschraube vorgesehen, die eine Hubeinstel­ lung bewirkt und die koaxial mit dem Teil B ist und an einem Endabschnitt der Drosselklappe entgegengesetzt zu demjenigen, an dem das hohlzylindrische Teil A liegt, positioniert ist. Diese Stellschraube verstellt den am halbzylindrischen Auslaßabschnitt erzeugten Strömungswi­ derstand.

Eine Bohrung ist derart vorgesehen, daß die Stellschraube von außerhalb des Drosselklappengehäuses in sie einführbar ist. In diese Bohrung wird ein Stopfen eingesetzt, nachdem die Hubeinstellung erfolgt ist. Dadurch kann eine Neuein­ stellung des Hubs nach Auslieferung des Produkts nicht mehr vorgenommen werden.

Die Außenkonstruktion des Drosselklappengehäuses 1 ist wie folgt: Die Außenumfangsfläche des Drosselklappengehäuses 1 ist mit einem ebenen Blech parallel zur Hauptluftleitung in solcher Weise ausgebildet, daß es mit dem Drosselklap­ pengehäuse 1 einteilig ist, so daß die Hitzdrahteinheit 6 an diesem ebenen Blech mit Schrauben befestigt wird (vgl. die Fig. 9 und 10).

Gemäß dem in Verbindung mit den Fig. 3-10 erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel ist das Gitter 12 am Einlaß­ teil des Hauptströmungskanals 2 angeordnet. Ferner ist der konische Abschnitt 8 vorgesehen, und die Auslaßöffnung 10 des Zusatzströmungskanals 3 liegt in der Nähe des koni­ schen Abschnitts 8. Aus diesen Gründen kann die Stabili­ sierung des Luftstroms durch das Gitter 12 gleichzeitig mit der Stabilisierung des Luftstroms aus der Auslaßöff­ nung 10 im Bereich des konischen Abschnitts 8 erfolgen. Selbst wenn aufgrund eines anderen Luftfilters od. dgl., der vor dem Hauptströmungskanal 2 vorgesehen ist, die Möglichkeit einer turbulenten Strömung besteht, kann trotzdem eine hochpräzise Messung der Luftmenge vorgenom­ men werden.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Luftstrom-Turbu­ lenzen am Zusammenflußteil des Haupt- und des Zusatzströ­ mungskanals durch ein Einengen des Luftstroms zu reduzie­ ren. Wenn also die Erfindung mit einem Hitzdraht-Luftmen­ genmesser od. dgl. verwendet wird, können Pegelschwankun­ gen der Ausgangs-Meßgröße verringert werden, so daß eine präzise und stabile Luftmengenmessung vorgenommen werden kann. Es ist also möglich, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Motors mit hoher Genauigkeit einzustellen. Dadurch ist es möglich, mit einer kostengünstigen Konstruktion Schwan­ kungen der Motordrehzahl eines Kraftfahrzeugs zu vermin­ dern.

Claims (5)

1. Luftmengenmesser für Brennkraftmaschinen mit

• - einem Hauptströmungskanal (2) mit einem konischen Abschnitt (8),
• - einem Zusatzströmungskanal (3) mit einer zum Haupt­ strömungskanal (2) parallelen Einlaßpassage (A) und einer zum Hauptströmungskanal (2) senkrechten Aus­ laßpassage (B) mit einer in den Hauptströmungskanal (2) weisenden Auslaßöffnung (10), und
• - einem Luftmengensensor (6), der in der Einlaßpassage (A) des Zusatzströmungskanals (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Einlaßpassage (A) innerhalb des Hauptströmungs­ kanals (2) verläuft,
• - die Auslaßöffnung (10) im Bereich des konischen Ab­ schnitts (8) angeordnet ist und
• - der Abstand L zwischen der Achse der Auslaßöffnung (10) und dem Abstromende des konischen Abschnitts (8) kleiner als der Radius des Hauptströmungskanals (2) ist.

2. Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Abschnitt (8) stromab zum Auslaß (10) der Auslaßpassage (B) des Zusatzströmungskanals (3) ausge­ bildet ist.

3. Luftmengenmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, unter dem der konische Abschnitt (8) ko­ nisch verläuft, mindestens 10° beträgt.

4. Luftmengenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Abschnitt (8) als Hohlzylinder mit abge­ stufter Innenwand mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet ist.

5. Luftmengenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser eines stromauf zum konischen Abschnitt (8) im Hauptströmungskanal (2) angeordneten Abschnitts (2b) das 1,1fache oder mehr eines stromab zum koni­ schen Abschnitt (8) angeordneten Abschnitts (2c) des Hauptströmungskanals (2) beträgt.