DE4410049C2

DE4410049C2 - Luftmassenstrom-Sensor-Baugruppe

Info

Publication number: DE4410049C2
Application number: DE4410049A
Authority: DE
Inventors: Lawrence Anthony Zurek; Michele Terese Kosztowny; Lorna Jean Clowater
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: DE4410049A1; US5369990A; JPH075000A; JP3478591B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftmassenstrom-Sensor-Baugruppe, die an der Luftansaugvorrichtung eines Verbrennungsmotors anbringbar ist.

Der Stand der Technik, wie von Sato et al in der US-4,393,697 offenbart, betrifft die direkte Befestigung eines Luftmassenstrom-Sensors am Hauptven turirohr der Luftansaugvorrichtung eines Verbrennungsmotors. Das Hauptven turirohr besitzt einen Bypass-Kanal, dessen stromabwärtiges Ende mit dem Niederdruckbereich am verengten Abschnitt des Venturirohrs verbunden ist. Die Sensorelemente des Luftmassenstrom-Sensors sind in diesem Bypass- Kanal angeordnet und messen den dadurch strömenden Luftstrom. In einer alternativen von Sato et al vorgeschlagenen Ausführungsform besitzt der Körper des Luftmassenstrom-Sensors einen durchgängigen Luftströmungska nal, der direkt im Hauptluftstromkanal der Luftansaugvorrichtung angeordnet ist. Die Sensorelemente des Luftmassenstrom-Sensors sind in der gleichen Weise im durchgängigen Luftströmungskanal wie im Bypass-Kanal angeordnet und die Bauteile des elektronischen Schaftkreises sind an den äußeren Berei chen des Luftmassenstrom-Sensor-Körpers befestigt.

Bei einer aktuellen kraftfahrzeugtechnischen Anwendung, wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Luftmassenstrom-Sensor direkt auf einem Sensorgehäuse 2 befestigt, das ein Bestandteil der Luftansaugvorrichtung oder der Zündeinrichtung eines Verbrennungsmotors ist. Das Sensorgehäuse 2 besitzt einen sich über dessen Länge erstreckenden Hauptluftstromkanal 3 und eine an einer der gekrümmten Seiten des Hauptluftstromkanals 3 angeordnete Luftstrompassage 4 kleineren Durchmessers. Der Sensorkopf 5 des Luftmassenstrom-Sensors 1 ragt in die Luftstromkanal 4 mit kleinerem Durchmesser und erfaßt den durchströmenden Luftstrom. Außerdem besitzt das Sensorgehäuse 2 eine diametral angeordnete innere Leitschaufel 6, die eine Druckdifferenz über die Luftstromkanal 4 mit kleinerem Durchmesser erzeugt und den dadurch strömenden Luftstrom vergrößert.

Diese Befestigung des Luftmassenstrom-Sensors hat verschiedene Nachteile. Das Sensorgehäuse 2 mit dem integrierten kleinen Luftstromkanal 4 und der Leitschaufel 6 ist ein kompliziertes Bauteil und relativ aufwendig herzustellen. Außerdem ergeben die Fertigungstoleranzen des Sensorgehäuses 2 Verände rungen des Strömungsbildes im kleinen Luftstromkanal 4. Die Veränderungen des Strömungsbildes im kleinen Luftstromkanal 4 beeinflussen die Eichgenau igkeit des Luftmassenstrom-Sensors 1 ungünstig, sobald er in einem bestimm ten Sensorgehäuse 2 angebracht ist.

Aus der US 45 78 996 ist eine Gasflußmeßvorrichtung und -verfahren be kannt, bei dem die Gasflußmenge mit einer Meßvorrichtung gemessen wird, die einen im Gasfluß befestigten Heizer und ein in der Nähe des Heizers befestigtes temperaturempfindliches Element enthält. Der Nachteil dieser Baugruppe ist, daß sie keine Maßnahmen zur Vermeidung der Turbulenzen ergreift, wobei turbulente Luftströmungen bekanntlich die Meßgenauigkeit von Hitzdrahtin strumenten stark beeinträchtigen können und die Turbulenz bekanntlich nicht proportional der Strömungsgeschwindigkeit steigt.

Die US 511 96 72 A beschreibt eine Hitzdrahtanordnung mit einem gebogen angeordneten Luftzufuhrkanal, bei dem bereits an den Wänden der Biegung Turbulenzen und Wirbel auftreten müssen. Die dort vorgeschlagene Verschie bung des Einlasses des Anemometers in den stromaufwärts gelegenen Teil des gebogenen Luftführungskanals kann die durch den gebogenen Kanal ver ursachten Nachteile nicht vermeiden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Die Aufgabe wird durch eine Luftmassenstrom-Sensor-Baugruppe gelöst, die an die Luftansaugvorrichtung eines Verbrennungsmotors anbringbar ist, mit einer Sensorhalterung mit einem im wesentlichen flachen Grundplattenab schnitt, die einen Luftströmungskanal mit einer im wesentlichen parallel zum flachen Grundplattenabschnitt angeordneten inneren Passage und eine Veren gung zwischen Luftströmungskanal und flachem Grundplattenabschnitt auf weist; wobei im flachen Grundplattenabschnitt eine Sensorkopföffnung und in der Verengung eine Durchgangsbohrung zur Verbindung der Sensorkopföff nung mit der inneren Passage vorgesehen ist; einem Luftmassenstrom-Sensor zur Erfassung des durch den Luftströmungskanal strömenden Luftmassen stroms, der fest mit der Sensorhalterung verbunden ist und ein Basisteil und einen sich davon durch die Sensorkopföffnung und die Durchgangsbohrung in die innere Passage des Luftströmungskanals erstreckenden Sensorkopf be sitzt; wobei der durch das Eingangsende der Luftmassenstrom-Sensor-Bau gruppe eintretende Massenstrom einem Bereich geringer Luftströmung und geringer Turbulenzen stromabwärts des Luftfilters im Luftfiltergehäuse ent stammt, und der Luftströmungskanal mit einer nachfolgenden Leitung konstan ten Durchmessers mit dem Niederdruckabschnitt eines im primären Luftstrom angeordneten Ventilrohres verbunden ist.

Ein Vorteil der entfernt angebrachten Luftmassenstrom-Sensor-Baugruppe ist, daß die Sensorhalterung ein Bestandteil des Luftmassenstrom-Sensors wird, wodurch Eichänderungen des Luftmassenstrom-Sensor-Ausgangs aufgrund von Toleranzschwankungen des Querschnitts der inneren Passage des Luft strömungskanals beseitigt werden.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die Sensorhalterung hinreichend klein ist, so daß sie relativ einfacher und weniger kostenintensiv herzustellen als Sensorge häuse mit einem integrierten Luftströmungskanal, wie aus dem Stand der Tech nik bekannt.

Wieder ein weiterer Vorteil ist, daß in Verbindung mit einem Venturirohr das Signal-Rauschverhältnis wesentlich verbessert wird und die Meßergebnisse des Luftmassenstrom-Sensors einen größeren dynami schen Bereich haben.

Diese und andere Vorteile der entfernt montierbaren Luftmassenstrom-Sensor- Baugruppe, werden noch offensichtlicher durch Lesen der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Dabei zeigt.

Fig. 1 eine Frontansicht der bekannten Befestigung eines Luftmassenstrom- Sensors an einem Sensorgehäuse;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht von Einzelheiten der erfindungsge mäßen Sensorhalterung;

Fig. 3 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Sensorhalterung;

Fig. 4 eine Explosionszeichnung, die das Montieren der erfindungsgemäßen, entfernt anbringbaren Luftmassenstrom-Sensor-Baugruppe in der Luftansaugvorrichtung eines Verbrennungsmotors darstellt;

Fig. 5 eine Frontansicht, die die entfernt anbringbare Luftmassenstrom-Sensor- Baugruppe an einem Sensorgehäuse darstellt;

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht, die die entfernt anbringbare Luft massenstrom-Sensor-Baugruppe, die an einem Luftfiltergehäuse befestigt und mit einem an dem Luftfiltergehäuse angeschlosse nen Venturirohr verbunden ist, darstellt; und

Fig. 7 eine alternative Anordnung zu der in Fig. 6 gezeigten.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Sen sorhalterung 10 für einen ein Basisteil 41 und einen Sensorkopf 42 aufweisen den Luftmassenstrom-Sensor 40. Die Sensorhalterung 10 hat eine im wesentli chen flache Grundplatte 12, die über eine im wesentlichen zylindrische Veren gung 16 mit einem einzelnen Luftströmungskanal 14 verbunden ist. Die Grundplatte 12 hat eine kreisförmige Vertiefung 18, die einen oberen Abschnitt des Sensorkopfes 42 des Luftmassenstrom-Sensors 40 aufnimmt. Am Boden der Vertiefung 18 ist ein O-Ring-Dichtungssitz 20 vorgesehen, der eine den Sensorkopf 42 (wie gezeigt) umschließende O-Ring-Dichtung 44 dichtend auf nimmt. Die O-Ring-Dichtung 44 verhindert, daß Luft von der Vertiefung 18 in eine innere Passage 24 des Luftströmungskanals 14 strömt. Die zylindrische Verengung 16 besitzt eine Durchgangsbohrung 22, die den Boden der Vertie fung 18 mit der durch den Luftströmungskanal definierten inneren Passage 24 verbindet. Vorzugsweise verläuft die innere Passage 24 im wesentlichen paral lel zur Grundplatte 12. Der Sensorkopf 42 des Luftmassenstrom-Sensors 40 erstreckt sich ungefähr auf halber Strecke zwischen seinem Eingangsende 15 und seinem Auslaßende 17 durch die Durchgangsbohrung 22 in die innere Passage 24 des einzelnen Luftströmungskanals 14. Zur Verringerung der Tur bulenzen des Luftstroms um die Sensorhalterung 10 in der Nähe des Luftströ mungskanals 14 und der Verengung 16 ist auf den sich gegenüberliegenden Seiten der Verengung 16 ein Paar Versteifungen 26 und 28 vorgesehen.

In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Sensorhalterung 10 gezeigt. Die Grund platte 12 ist im wesentlichen rechteckig mit einer von einer Kante vorspringen den dreieckigen Nase 30. Die dreieckige Nase 30 besitzt eine erste Befesti gungsöffnung 32, die sich mit einer (wie in Fig. 5 dargestellten), am Luft massenstrom-Sensor 40 vorgesehenen Befestigungsöffnung 132 deckt. Eine zweite Befestigungsöffnung 34 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Vertiefung 18, diametral der ersten Befestigungsöffnung 32, vorgesehen. Die zweite Befestigungsöffnung 34 deckt sich mit einer entsprechenden, nicht dar gestellten, sich durch den Luftmassenstrom-Sensor 40 erstreckenden Befesti gungsöffnung. Befestigungsmittel, wie Bolzen 46 und 48, verlaufen durch im Luftmassenstrom-Sensor 40 vorgesehene Befestigungsöffnungen, die Befesti gungsöffnungen 32 und 34 und werden von in der Sensorhalterung 10 vorge sehenen Gewindebohrungen 52 und 54 aufgenommen. Das Sensorgehäuse 50, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, ist Bestandteil des Hauptluftkanals der Luft ansaugvorrichtung eines Verbrennungsmotors 56 und ist vorzugsweise strom aufwärts einer Drossel 58 angeordnet.

Wie in Fig. 3 dargestellt, besitzt die Grundplatte 12 der Sensorhalterung 10 ein Paar hervortretende Führungsstifte 36 und 38, die in entsprechenden im Luft massenstrom-Sensor 40 vorgesehenen Öffnungen aufgenommen sind. Die Führungsstifte 36 und 38 richten den Luftmassenstrom-Sensor 40 auf der Sen sorhalterung 10 aus, so daß die Sensorelemente 60 und 62 genau im durch den einzelnen Luftströmungskanal strömenden Luftstrom ausgerichtet und, wie in Fig. 5 gezeigt, zentral in der inneren Passage 24 angeordnet sind. Die Füh rungsstifte 36 und 38 haben mittig angeordnete Öffnungen 64 und 66, die Nie ten 65 und 67 zur Befestigung des Luftmassenstrom-Sensors 40 an der Sen sorhalterung 10 aufnehmen.

Der Luftmassenstrom-Sensor 40 wird vor dem Eichen auf der Sensorhalterung 10 befestigt. Somit wird der Luftmassenstrom-Sensor 40 mit daran befestigter Sensorhalterung 10 als eine Baugruppe geeicht. Durch einen geeichten Luft strom, der durch die innere Passage 24 des Luftstromkanals 14 strömt, wird der daran befestigte Luftmassenstrom-Sensor 40 geeicht. Diese Anordnung schließt irgendwelche Abweichungen der Eichung des Luftmassenstrom-Sen sors 40 aufgrund von Fertigungstoleranzen des Luftströmungskanals 14 und seiner inneren Passage 24 aus. Als Ergebnis ist das vom Luftmassenstrom- Sensor 40 erzeugte geeichte Ausgangssignal unabhängig von Fertigungstole ranzen des Luftströmungskanals 14. Außerdem werden dadurch die Kosten der Bauteile gesenkt, weil der einzelne Luftströmungskanal 14 nicht mehr, wie in Fig. 1 gezeigt, Bestandteil des Sensorgehäuses 50 ist und das Sensorgehäuse 50 nur einen einfachen, runden Luftströmungskanal besitzt. Der einzelne Luft strömungskanal 14 ist nun Bestandteil der Sensorhalterung 10, die ein wesent lich kleineres Bauteil und einfacher herzustellen ist.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung zur Verwendung des Luftmassenstrom- Sensors 40 und der Sensorhalterung 10 zum Messen des Luftmassenstroms in der Luftansaugvorrichtung eines Verbrennungsmotors. Bei dieser Anordnung werden Luftmassenstrom-Sensor 40 und Sensorhalterung 10 vom Motor und seinen Luftansaugrohren mit Verzweigungen entfernt angeordnet, wie dem ausgefüllten Bereich des Luftfiltergehäuses 86 der Luftansaugvorrich tung oder der Lufteinströmungsvorrichtung eins Verbrennungsmotors. Der Luftströmungskanal 14 der Sensorhalterung 10 ist in einem Bereich geringer Luftströmung und wenigen Turbulenzen, stromabwärts eines Luftfilters 88, in nerhalb des Luftfiltergehäuses 86 angeordnet. Das Eingangsende 15 des Luft strömungskanals 14 ist zum Innenraum des Luftfiltergehäuses 86 hin offen, in dem im wesentlichen atmosphärischer Druck herrscht. Das Auslaßende 17 des Luftströmungskanals 14 ist über ein Rohr oder einen Schlauch 74 konstanten Durchmessers mit dem Niederdruckabschnitt eines Ring-Speichers 72 verbun den. Vorzugsweise ist der Ring-Speicher 72 ein integriertes Bauteil eines Venturirohres 76. Wie gezeigt, ist das Venturirohr 76 mit dem Ausgang des Luftfiltergehäuses 86 verbunden. Alternativ kann das Venturirohr 76 im Luft filtergehäuse 86 integriert ausgebildet sein, so daß das Luftfiltergehäuse 86 und das Venturirohr 76 ein einheitliches Bauteil bilden.

Eine Überströmnase 78 verbindet einen Speicher 68 mit Niederdruckabschnitt minimalen Durchmessers des Venturirohrs 76. Ein flexibler, mit dem Ausgang des Venturirohrs 76 verbundener Schlauch 80 ist Bestandteil des Hauptluft stromkanals der Luftansaugvorrichtung des Motors.

Das Venturirohr 76 muß nicht, wie in Fig. 6 gezeigt, mit dem Luftfiltergehäuse 86 verbunden sein, sondern kann in Folge, in einem Abschnitt weiter stromab wärts des Luftfiltergehäuses 86, auch kurz vor der Motor-Drossel 58, wie in Fig. 7 gezeigt, angeordnet, im Hauptluftkanal angebracht sein. Die Anordnung des Venturirohrs 76 dieser Ausführungsform entspricht der in Fig. 4 gezeigten An ordnung des Sensorgehäuses 50.

In Fig. 6 zeigen Pfeife 82 die Luftströmungsrichtung durch das Luftfilterge häuse 86 ins Venturirohr 76 an, während Pfeil 84 die Luftströmungsrichtung durch den einzelnen Luftströmungskanal 14 anzeigt.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Sensorkopf 42 des Luftmassenstrom-Sensors 40 in einem Bereich geringer Strömung und weniger Turbulenzen der gesamten Luftansaugvorrichtung des Motors angeordnet ist. Der primäre Luftstrom wird durch das Venturirohr 76 geführt, das einen Nieder druckabschnitt in der Nähe seines minimalen Durchmessers erzeugt. Dieser Niederdruckbereich ist mit dem Auslaßende 17 des Luftströmungskanals 14 der Sensorhalterung 10 verbunden. Dieser Abschnitt langsamer Strömung am Eingang des Luftströmungskanals 14 ist weniger turbulent, als der Luftstrom, der durch das Venturirohr 76 oder der Luftstrom, der durch das Sensorgehäuse 50 der in Fig. 2 bis 5 gezeigten Anordnungen strömt. Die Verringerung der Turbulenzen des Luftstroms im Luftströmungskanal 14 verringert das Signal- Rauschverhältnis des durch den Luftmassenstrom-Sensors 40 erzeugten Si gnals. Außerdem können die aufgrund von Turbulenzen und dem Öffnen und Schließen der Motorventile entstehenden schnellen Druckschwankungen und ferner die hochfrequenten Schwankungen des durch den Luftströmungskanal 14 strömenden Luftstroms durch geeignete Wahl des Winkels, der Form und des Querschnitts der Überströmnase 78 und des Volumens des Ring-Spei chers 72 wirksam gefiltert werden.

Die Verwendung des Niederdruckabschnittes des Venturirohrs 76 zur Erzeu gung eines Luftstroms durch den Luftströmungskanal 14 der Sensorhalterung 10 kann auch dazu verwendet werden, den dynamischen Bereich des Luft massenstrom-Sensors 40 zu vergrößern, um ihn für größere Motoren mit höhe rer Leistung, wie Lastwagenmotoren oder Rennwagenmotoren, anwendbar zu machen. Außerdem wird durch Verwendung des im Venturirohr 76 erzeugten Niederdruckabschnitts ein Luftstrom durch den Luftströmungskanal 14 erzeugt, so daß der Luftmassenstrom-Sensor 40 ausreichend empfindlich ist, um Ände rungen des barometrischen Drucks zu erfassen.

Claims

1. Luftmassenstrom-Sensor-Baugruppe, die an der Luftansaugvorrichtung eines Verbrennungsmotors anbringbar ist, mit:

1. einer Sensorhalterung (10) mit einem im wesentlichen flachen Grundplat tenabschnitt (12), die einen Luftströmungskanal (14) mit einer im wesentlichen parallel zum flachen Grundplattenabschnitt (12) angeordneten inneren Passage (24) und eine Verengung (16) zwischen Luftströmungskanal (14) und flachem Grundplattenabschnitt (12) aufweist, wobei im flachen Grundplattenabschnitt (12) eine Sensorkopföffnung und in der Verengung (16) eine Durchgangsbohrung (22) zur Verbindung der Sensorkopföffnung mit der inneren Passage (24) vorgesehen ist;
2. einem Luftmassenstrom-Sensor (40) zur Erfassung des durch den Luft strömungskanal (14) strömenden Luftmassenstroms, der fest mit der Sensorhalte rung (10) verbunden ist und ein Basisteil (41) und einen sich davon durch die Sensorkopföffnung und die Durchgangsbohrung (22) in die innere Passage (24) des Luftströmungskanals (14) erstreckenden Sensorkopf (42) besitzt,

dadurch gekennzeichnet, daß

1. der durch das Eingangsende (15) der Luftmassenstrom-Sensor-Baugruppe eintretende Massenstrom einem Bereich geringer Luftströmung und geringer Turbulenzen stromabwärts eines Luftfilters (88) im Luftfiltergehäuse (86) entstammt, und
2. der Luftströmungskanal (14) mit einer nachfolgenden Leitung (74) konstanten Durchmessers mit dem Niederdruckabschnitt eines im primären Luftstrom angeordneten Ventilrohres (76) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilrohr (76) mit dem Ausgang des Luftfiltergehäuses (86) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilrohr (76) im Luftfiltergehäuse (86) integriert ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorhalterung eine auf jeder Seite der Verengung (16), parallel zur Symmetrieachse der inneren Passage (24) vorgesehene Luftströmungs-Versteifung (26, 28) zur Verringerung bzw. Vermeidung von Luftturbulenzen neben dem Luftströmungskanal (14) besitzt.