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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein thermisches Luftströmungsmessinstrument,
das die Strömungsrichtung
eines Fluids in einer Fluidpassage beurteilt, wenn die Fluidströmung von
einer Vorwärtsbewegung
in eine Rückwärtsbewegung
wechselt und umgekehrt und ein Signal ausgibt entsprechend der Strömungsrate
des Fluids, genauer: auf ein thermisches Luftströmungsmessinstrument, das sich
zum Messen der Strömungsrate
der Einlassluft in einer Brennkraftmaschine eignet.
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Ein
Beispiel des herkömmlichen
Instruments ist ein Heißdrahtströmungsmesser,
bekannt aus der ungeprüften
Veröffentlichung
des japanischen Patents Nr. 62–812.
Diese frühere
Veröffentlichung
beschreibt besonders die Konstruktion eines Temperaturerfassungswiderstandes
um Vorwärtsströmung und
Rückströmung zu
ermitteln, die Konstruktion einer Schaltung für die Beurteilung von Strömungsrichtung
und Strömungsrate
und einen Mechanismus für die
Ermittlung der Strömungsrichtung
und der Strömungsrate.
In Bezug auf eine Passagenkonstruktion beschreibt diese frühere Veröffentlichung
nur eine Anordnung, in der ein Ermittlungselement in einer Fluidpassage
vorgesehen ist, ohne dass eine Hilfspassage vorgesehen ist, und
eine Anordnung, in der ein Ermittlungselement in einer einfachen
runden kanalähnlichen
Hilfspassage in einer Fluidpassage vorgesehen ist.
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Um
die Strömungsrate
in ihrer ganzen Spannweite von einer stationären Strömung bis zu einer pulsierenden
Strömung
mit Rückströ mung genau ermitteln
zu können,
ist es notwendig, die Strömungsrate
durch Abziehen der Rückströmung von der
Vorwärtsströmung zu
ermitteln, um den Plusfehler im Ausgang des Strömungsmessinstruments zu reduzieren,
wenn sich eine Rückströmung entwickelt. Die
Technik bekannt aus der ungeprüften
Veröffentlichung
des japanischen Patents Nr. 62–812
ermöglicht
die Ausgabe eines Strömungssignals,
das sowohl die Vorwärtsströmung als
auch die Rückströmung repräsentiert,
wobei die Reduzierung eines solchen Plusfehlers ist schon berücksichtigt
wurde.
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EP-A-0
588 626 zeigt ein Luftströmungsratenmessgerät für die Messung
einer Einlassluftströmungsrate
in einem Automotor mit Mitteln zur Reduzierung des Drucks, die in
der Hauptluftpassage in einer Gegend stromaufwärts vom Auslass einer Unterluftpassage
angeordnet sind, um den Druck in einer Gegend der Hauptluftpassage
um den Auslass der Unterluftpassage herum zu reduzieren. Diese Anordnung
ist vorgesehen, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen.
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In
der oben beschriebenen herkömmlichen Technik
enthält
jedoch das Ausgangssignal, wenn die Luft pulsierend einströmt, einen
Minusfehler. Dies liegt an der nichtlinearen Beschaffenheit der
Abstrahlungseigenschaften des Heizwiderstands und einer Ansprechverzögerung.
Da dies durch eine pulsierende Vorwärtsströmung verursacht wird, konnte
dieses Problem nicht durch Messen der Rückströmungsrate gelöst werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher Aufgabe dieser Erfindung, ein thermisches Luftströmungsmessgerät zu liefern,
das in der Lage ist, die Strömungsrate
eines Fluids korrekt zu messen, inklusiv Vorwärtsströme und Rückwärtsströme, wie pulsierende Ströme, die
einen Rückwärtsstrom
enthalten.
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In
der vorliegenden Erfindung sind innerhalb einer Hilfspassage, die
in einer Fluidpassage (Hauptpassage) vorgesehen ist, Temperaturerfassungswiderstände zum
Ermitteln der Strömungsrate
vorgesehen, und damit im Falle des Entstehens einer pulsierenden
Strömung
die Vorwärtsströmung eines
in die Hilfspassage eingeführten
Fluids einen größeren Trägheitseffekt
haben kann als die Strömung
in der Hauptpassage, ist die Länge
der Hilfspassage entlang der Vorwärtsströmung durch die Hilfspassage länger als
die Länge
der Hilfspassage entlang der Vorwärtsströmung durch die Hauptpassage,
wobei ein Minusfehler aufgehoben wird. Damit die Rate einer Rückströmung auch
gemessen werden kann, ist in der Hilfspassage ein Durchgang vorgesehen,
um die Rückströmung in
Richtung auf die Temperaturerfassungswiderstände zu lenken.
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Weiterhin
muss hinsichtlich der Variation der Strömung von einer stationären Strömung zu
einer pulsierenden Strömung
und einer Rückströmung das Strömungsgeschwindigkeitsprofil
berücksichtigt
werden. In der stationären
Strömung
werden mehrere Arten verschiedener Drifts durch die Konfiguration des
Abschnitts verursacht, der stromaufwärts der Fluidpassage angeordnet
ist. Zum Beispiel ist, wenn stromaufwärts der Fluidpassage ein langer
gerader Kanal vorgesehen ist, die Strömungsgeschwindigkeit an der
Mittellinie der Fluidpassage hoch, und niedrig an einem Außenabschnitt,
was ein parabolisches Strömungsgeschwindigkeitsprofil
ergibt. Wenn es stattdessen einen gebogenen Kanal stromaufwärts der
Fluidpassage gibt, ist die Strömungsgeschwindigkeit
an einem äußeren Abschnitt
des gebogenen Abschnitts hoch und niedrig an einem inneren Abschnitt
des gebogenen Abschnitts. Im Falle einer pulsierenden Strömung wird
sich wahrscheinlich ein beinahe flaches Strömungsgeschwindigkeitsprofil
entwickeln, und im Falle einer pulsierenden Strömung mit einer Rückströmung, ist
es gut möglich,
dass ein Drift durch die Änderungen
im Strömungsgeschwindigkeitsprofil
verursacht wird. Daher ist es notwendig, die Strömung in der Hauptpassage so
durchschnittlich wie möglich
zu messen, und in einem thermischen Luftströmungsmessinstrument, das einen
sehr kleinen Abschnitt einer Strömung
misst und daraus die totale Strömungsrate
schätzt,
stellt ein Messfehler aufgrund des Strömungsgeschwindigkeitsprofils ein
Problem dar. In der vorliegenden Erfindung sind die Temperaturerfassungswiderstände innerhalb
der Hilfspassage vorgesehen, und ein Einlassabschnitt der Hilfspassage
ist in eine tellerartige Konfiguration ausgebildet, sodass die Fluidströmung über einen großen Bereich
eingeführt
werden kann. Damit außerdem
die Differenz der Strömungsgeschwindigkeit an
einem Abschnitt stromauf des Auslasses der Hilfspassage zur durchschnittlichen
Strömungsgeschwindigkeit
die Differenz der Strömungsgeschwindigkeit an
einem Abschnitt stromauf des Einlasses der Hilfspassage zur durchschnittlichen
Strömungsgeschwindigkeit
aufheben kann, ist dieser Auslass nach einer Ebene hin geöffnet, die
im wesentlichen parallel zur Richtung der Hauptströmung ist,
und entweder ist eine Vorstehung zum Ablenken der Strömung stromauf
oder stromab dieses Auslasses vorgesehen, oder solche Vorstehungen
sind jeweils stromauf und stromab des Auslasses vorgesehen.
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Obwohl
bereits ein thermisches Luftströmungsmessinstrument
bekannt ist, das beurteilt, ob die Strömung vorwärts oder rückwärts fließt, und das die Strömungsrate
misst, ist keine Technik bekannt geworden, mit der ein Minusmessfehler
aufgrund einer pulsierenden Strömung
vermieden werden kann, während
die Effekte gewährleistet
bleiben, die das bekannte Messinstruments erzielt. Die vorliegende Erfindung
liefert dazu eine Lösung.
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Die
Beziehung zwischen der Strömungsrate und
dem Auslass im thermischen Luftströmungsmessinstrument wird vom
Abstrahlen von Wärme (d.h.
einem physikalischen Phänomen)
vom Heizelement auf das Fluid dominiert und weist nicht-lineare Eigenschaften
auf. Daher ist, wenn eine pulsierende Strömung gemessen werden soll,
der gemessene (geschätzte)
Wert kleiner als der tatsächliche
Wert und enthält,
genauer gesagt, einen Minusfehler wegen der Abstrahlungseigenschaften
und einer Verzögerung
in der Ermittlung durch eine Steuerungsschaltung. Um den Minusfehler
aufgrund der pulsierenden Strömung
aufzuheben, wird daher die Hilfspassagenkonstruktion benutzt, die
den durch die pulsierende Strömung
entstandenen Fehler kompensieren kann. Die Temperaturerfassungswiderstände zur Ermittlung
der Strömungsrate
sollen innerhalb der Hilfspassage vorgesehen sein, und die Länge der Hilfspassage
entlang der Strömung
durch die Hilfspassage soll größer sein
als die Länge
der Hilfspassage entlang der Strömung
durch die Hauptpassage, wobei die pulsierende Strömung in
der Hilfspassage von größerer Trägheit ist
als die pulsierende Strömung,
die sich in der Hauptpassage entwickelt. Daher erhöht sich
die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit
in der Hilfspassage, sodass im gemessenen Wert ein Plusfehler entstehen
kann, wodurch der Minusfehler aufgehoben wird. Allerdings kann die herkömmliche
Hilfspassage nicht ausreichend eine Rückströmung zu den Temperaturerfassungswi derständen führen oder
lenken. Daher wird in der vorliegenden Erfindung die Hilfspassage
von einer Kombination aus drei Durchgängen gebildet, d.h. einem ersten
Durchgang, in dem die Temperaturerfassungswiderstände vorgesehen
sind, einem zweiten Durchgang, der die Gesamtlänge der Hilfspassage entlang
der Vorwärtsströmung in
der Hilfspassage erhöhen
soll (durch diesen zweiten Durchgang passiert der überwiegende
Teil der Vorwärtsströmung in
Vorwärtsrichtung),
und einem dritten Durchgang, der es erlaubt, eine Rückströmung in
Richtung auf die Temperaturerfassungswiderstände zu lenken.
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Der
erste Durchgang mit den darin montierten Temperaturerfassungswiderständen ist
z.B. im wesentlichen parallel zur Richtung der Hauptströmung, und
der zweite Durchgang schneidet im wesentlichen senkrecht den ersten
Durchgang und erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zur Hauptströmung, sodass
der erste und der zweite Durchgang miteinander kooperieren und die
Hilfspassage mit einem im wesentlichen L-förmigen Querschnitt bilden. Mit
dieser Konstruktion wird die Hilfspassage geliefert, die einen langen
Fluiddurchgang hat und einen größeren Trägheitseffekt
erreichen kann. Wenn der dritte Durchgang unmittelbar stromabwärts der
Temperaturerfassungswiderstände
parallel zur Hauptströmung
vorgesehen ist und in Richtung auf diese Widerstände geführt wird, kann eine Rückströmung zu
den Temperaturerfassungswiderständen
gelenkt werden. Hier muss der dritte Durchgang in der Querschnittsfläche (Strömungsgebiet)
kleiner sein als der zweite Durchgang, sodass der überwiegende
Teil des in Vorwärtsrichtung
in die Hilfspassage eingeführten
Fluids durch den zweiten Durchgang fließen kann. Je kleiner die Querschnittsfläche des
dritten Durchgangs ist, desto leichter kann das vorwärts strömende Fluid
durch den zweiten Durchgang strömen,
wobei der oben erwähnte
Minusfehler reduziert wird. Wenn jedoch diese Querschnittsfläche zu klein ist,
wird auch die Menge der eingeführten
Rückströmung in
die Hilfspassage zu klein. Dies wirkt sich ungünstig auf die Ermittlung der
Strömungsrichtung
und die Ermittlung der Rückströmungsrate
aus. Wenn daher der innere Durchmesser des dritten Durchgangs im
Wesentlichen gleich zu einem Erfassungsabschnitt des Temperaturerfassungswiderstands
ist, kann die Gesamterfassungspräzision
erhöht
werden. Wenn außerdem
der dritte Durchgang in Richtung der Vorwärtsströmung geweitet ist, erhöht sich
der Widerstand zur Vorwärtsströmung, sodass
die Rückströmung leicht
in die Hilfspassage eingeführt
werden kann. Wenn der dritte Durchgang in Richtung auf die Temperaturerfassungswiderstände in die
Hilfspassage hineinsteht, kann der Abstand zwischen dem dritten
Durchgang und den Temperaturerfassungswiderständen reduziert werden, wobei
gleichzeitig die Gegend eines Eckabschnitts, der den ersten und
zweiten Durchgang miteinander verbindet, ausreichend groß gehalten
werden kann. Daher wird der Rückstrom
aus dem dritten Durchgang weniger diffus herausgeblasen und wird
daher effizient auf die Temperaturerfassungswiderstände eingespeist.
Dadurch wird die erfindungsgemäße Hilfspassage
effektiver.
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Der
Einlassabschnitt der Hilfspassage kann in eine tellerartige Konfiguration
ausgebildet werden, um den Abschnitt, der den Druck annimmt, zu
vergrößern, um
die Strömung
entgegenzunehmen. In diesem Fall wird ein großer Bereich der Strömung durch diesen
tellerartigen Einlassabschnitt in die Hilfspassage eingesteckt,
sodass die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit
ermittelt werden kann. Damit ist einem Wechsel im Strömungsgeschwindigkeitsprofil
beizukommen. Wenn eine untere Oberfläche des tellerartigen Einlassabschnitts
angeschrägt ist,
wird das Einführen
eines großen
Bereichs der Strömung
noch effizienter. Wenn sich außerdem
der Aus lass des zweiten Durchgangs in eine Ebene parallel zur Hauptströmungsrichtung öffnet, und
wenn eine an diesen Auslassabschnitt angrenzende Vorstehung vorgesehen
ist, variiert ein Negativdruck am Auslass entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit
an einer Stelle stromaufwärts
des Auslasses, und damit kann die Fluidströmungsrate in die Hilfspassage
aus der Strömungsgeschwindigkeit
an einer Stelle stromauf des Einlasses und der Strömungsgeschwindigkeit
an einer Stelle stromauf des Auslasses der Hilfspassage ermittelt
werden.
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Wenn
die Hilfspassage integral mit der Hauptpassage (Fluidpassage) ausgeformt
ist, kann die Anzahl der Bauteile reduziert werden. Wenn das die
Hilfspassage bildende Teil ein separates Teil ist, und wenn es mit
einem Schaltungselement in einem integrierten Modul verbunden ist,
ist dieses Modul beim Austauschen leicht zu handhaben. Ein solches Modul
kann auch an einer existierenden Fluidpassage angebracht werden;
in diesem Fall wird keine Hauptpassage für das Strömungsmessinstrument benötigt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine längs verlaufende
Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines thermischen
Luftströmungsmessinstruments
der vorliegenden Erfindung;
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1A ist eine Ansicht ähnlich der
von 1, allerdings zeigt
sie eine modifizierte Form des Instruments von 1;
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2 ist eine Seitenaufsicht
bezüglich
der Linie II – II
von 1;
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3 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer
anderen Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen thermischen
Luftströmungsmessinstruments;
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4 ist eine Seitenaufsicht
bezüglich
der Linie IV – IV
von 3;
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5 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht
eines Heizwiderstandes gezeigt in 3;
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5A ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht
bezüglich
der Linie A – A
von 5;
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6 ist eine längs verlaufende
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermischen
Luftströmungsmessinstruments;
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7 ist eine Seitenaufsicht
bezüglich
der Linie VII – VII
von 6;
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8 ist eine Querschnittsansicht
geschnitten an der Linie VIII -VIII
von 6;
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9 ist eine längs verlaufende
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen thermischen Luftströmungsmessinstruments,
enthalten in einem Drosselkörper;
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10 ist eine längs verlaufende
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen thermischen Luftströmungsmessinstruments,
enthalten in einem Luftfilter;
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11 ist eine längs verlaufende
Querschnittsansicht eines Luftfiltergehäuses mit einem erfindungsgemäßen thermischen
Luftströmungsmessinstrument;
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12 zeigt ein Brennkraftmaschinensteuerungssystem
mit einem erfindungsgemäßen thermischen
Luftströmungsmessinstrument;
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13 ist ein Diagramm das
die Messergebnisse der Strömungsrate
der Einlassluft in einer Brennkraftmaschine mit einem herkömmlichen
thermischen Luftströmungsmessinstrument
zeigt; und
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14 ist ein Diagramm, das
die Messergebnisse der Strömungsrate
der Einlassluft in einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen thermischen
Luftströmungsmessinstrument
zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform
eines thermischen Luftströmungsmessinstruments
der vorliegenden Erfindung. In diesem Instrument sind ein Heizwiderstand 1 zum
Ermitteln der Strömungsrate
und Strömungsrichtung
und ein Temperaturkompensationswiderstand 2 fest an einer
Haltevorrichtung 19 montiert und sind elektrisch mit einer elektronischen
Schaltung 8 verbunden. Der Heizwiderstand 1 enthält zwei
temperaturerfassende Widerstände 1a und 1b,
die auf einer plattenähnlichen
Basisteiloberfläche
montiert sind und die jeweils auf der Seite stromauf und stromab
angeordnet sind. Eine Hilfspassage 3 enthält eine
L-förmige
Strömungspassage,
die gebildet wird von einer Einlassverbindung oder -öffnung 301,
die sich in eine Ebene senkrecht zu einem plattenähnlichen
Basisteil 7 öffnet,
einem ersten Durchgang 302, der sich von der Einlassverbindung 301 parallel
zum Basisteil 7 erstreckt, einem zweiten Durchgang 304 (der
etwa zweimal so lang ist wie der erste Durchgang 302),
der sich senkrecht zum Basisteil 7 erstreckt und in Verbindung
steht mit dem ersten Durchgang 302, einer Auslassverbindung 305,
die sich in eine Ebene parallel zum Basisteil 7 öffnet, und
einem rechtwinkligen Eckabschnitt 303, der an der Überschneidung
zwischen dem ersten Durchgang 302 und dem zweiten Durchgang 304 angeordnet
ist. Weiterhin hat die Hilfspassage einen dritten Durchgang 309,
der unmittelbar stromab der Erfassungsabschnitte der Temperaturerfassungswiderstände des
Heizwiderstands 1 im Wesentlichen parallel zum ersten Durchgang 302 vorgesehen
ist. Ein den Hilfsdurchgang bildendes Teil 4 ist fest am Basisteil 7 derart
montiert, dass der Heizwiderstand 1 innerhalb des ersten
Durchgangs 302 angeordnet ist, und dass der Widerstand 2 innerhalb
des rechtwinkligen Eckabschnitts 303 angeordnet ist.
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Die
elektronische Schaltung 8 und ein Schaltungsgehäuse 9 sind
fest an einer oberen Fläche
des Basisteils 7 montiert, und ein Verbindungsstück 11 zur
Verbindung mit äußeren Teilen
ist integral mit dem Schaltungsgehäuse 9 ausgeformt.
Die obere Seite des Schaltungsgehäuses 9 ist mit einer
Abdeckung 10 abgedeckt.
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Ein
Durchflussmesskörper 6,
der eine Hauptpassage (Fluidpassage) 5 definiert, ist an
deren einer senkrechten Wand angebracht, mit einem Loch 14, durch
das das die Hilfspassage bildende Teil 4 in den Körper 6 eingesteckt
wird, und mit einer Montier- oder Befestigungsfläche 15, auf der der
Basisteil montiert ist. Das die Hilfspassage bildende Teil 4 wird so
durch das Einsteckloch 14 in den Durchflussmesskörper 6 eingesteckt,
dass der erste Durchgang 302 der Hilfspassage 3 parallel
zu einer Strömungsrichtung 17 in
der Hauptpassage 5 ist. Ein Dichtungsring aus Gummi 16 ist
zwischen der Montierfläche 15 und dem
Basisteil 7 eingeschoben, um die Gegend um das Einsteckloch 14 luftdicht
abzuschließen,
und der Basisteil 7 ist mithilfe von Schrauben 8 an
der senkrechten Wand des Körpers 6 befestigt.
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Die
Hilfspassage 3, die die Temperaturerfassungswiderstände in sich
aufnimmt, müssen
nur so angeordnet sein, dass eine Gesamtlänge L der Strömungspassage
(durch die das Fluid strömt)
in der Hilfspassage 3 länger
ist als eine Länge
l zwischen der Einlassverbindung 301 und der Auslassverbindung 305 in
Strömungsrichtung
in der Hauptpassage 5. Daher kann die L-förmige Hilfspassage 3 durch eine
S-förmige
Passage wie in 1A ersetzt
werden.
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Nun
soll eine weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben werden,
unter Bezugnahme auf 3 und 5A, in der eine Konstruktion
zur Erhöhung
der Präzision
vorgesehen ist, und ein die Hilfspassage bildendes Teil und ein
Basisteil auf eine Weise miteinander verbunden sind, die sich von
der oben genannten unterscheidet.
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Terminals 13 reichen
durch eine Haltevorrichtung 19 und sind integral mit dieser
Haltevorrichtung 19 verbunden. Die Haltevorrichtung 19 reicht durch
ein Loch im Basisteil 7 und ist fest mit dem Basisteil 7 verbunden.
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Eine
elektronische Schaltung 8 ist fest an einer oberen Oberfläche des
Basisteils 7 oder an einer oberen Oberfläche der
Haltvorrichtung 19 montiert. Die Anschlussenden 13 sind über elektrizitätsleitende
Teile 22 wie Drähte
elektrisch an die elektronische Schaltung 8 angeschlossen.
Ein Schaltungsgehäuse 9 ist
an der oberen Oberfläche
des Basisteils 7 montiert, und die obere Seite des Schaltungsgehäu ses ist von
einer Abdeckung 10, die fest mit ihr verbunden ist, abgedeckt.
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Die
Temperaturerfassungswiderstände 1a und 1b sind
elektrisch mit den freistehenden Enden der zugehörigen Terminals 13,
weit entfernt von der elektronischen Schaltung 8, und sind
in Strömungsrichtung
nahe zueinander ausgerichtet. Innerhalb eines ersten Durchgangs 302 einer
Hilfspassage 3 sind die Widerstände 1a und 1b näher am Basisteil 7 fest angeordnet
als die Widerstände 2,
und sie sind in Strömungsrichtung
nahe zueinander ausgerichtet.
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Wie
in der obigen ersten Ausführungsform hat
das die Hilfspassage bildende Teil 4 eine L-förmige Strömungspassage,
die gebildet wird von einer Einlassverbindung 301, dem
ersten Durchgang 302, einem rechtwinkligen Eckabschnitt 303,
einem zweiten Durchgang 304 und einer Auslassverbindung 305.
Das die Hilfspassage bildende Teil 4 hat weiterhin einen
dritten Durchgang 309, der in Richtung auf einen Heizwiderstand
vorsteht und der sich in Vorwärtsströmungsrichtung
weitet. Der innere Durchmesser d des
Abschnitts des dritten Durchgangs 309 mit dem kleinsten
Durchmesser ist im Wesentlichen gleich einer Länge x des erfassenden Abschnitts
der Temperaturerfassungswiderstände 1a und 1b.
Das die Hilfspassage bildende Teil 4 schließt weiterhin
einen Einlassabschnitt 306 mit ein, mit einer senkrechten
Wand 310, eine schräge
Fläche 307 mit
gegenüberliegenden
Wänden 311,
eine Vorstehung 308, die sich von einem entfernten Ende
dieser schrägen
Fläche 307 hinunter über die
Auslassverbindung 305 hinaus erstreckt, ein Loch 401,
durch das die Haltevorrichtung 19 führt, und eine Verbindungsfläche 402, die
in die Haltevorrichtung eingepasst werden kann. Der Einlassabschnitt 306 dient
dazu, das Fluid in die Hilfspassage 3 einzubringen, großenteils
von einem radial-zentralen Abschnitt einer Hauptpassa ge 5.
Die schräge
Fläche 307 mit
den gegenüberliegenden Wänden 311 und
der Vorstehung 308 dienen zur Stabilisierung der Strömung an
einem Auslassabschnitt der Hilfspassage 3. Die Temperaturerfassungswiderstände 1a und 1b,
die innerhalb des ersten Durchgangs 302 fest vorgesehen
sind, sind näher
am Basisteil angebracht. Der dritte Durchgang 309 ist nach den
Temperaturerfassungswiderständen 1a und 1b ausgerichtet
angeordnet und in Richtung auf eine äußere Ecke des rechtwinkligen
Eckabschnitts 303 versetzt, so dass die Vorwärtsströmung mit
geringerer Wahrscheinlichkeit in den dritten Durchgang einströmt. Allerdings
müssen
die Temperaturerfassungswiderstände 1a und 1b nicht
notwendigerweise nach dem dritten Durchgang 309 ausgerichtet
angeordnet sein. Damit die stationäre Strömung, deren Geschwindigkeit
in einer Ebene (oder Querschnittsfläche) senkrecht zur Strömung im
ersten Durchgang 302 relativ hoch ist, auf die Temperaturerfassungswiderstände 1a und 1b auftreffen
kann, hat der erste Durchgang 302 eine Querschnittsform
gebildet von einer Kombination einer halbkreisförmigen Form mit einer rechteckigen
Form, wie in 5A gezeigt.
Hier wird der Abstand zwischen einer Ecke a, definiert von einer Grund- oder Basisoberfläche 306b des
Einlassabschnitts 306 und der inneren Oberfläche des
ersten Durchgangs 302, und einer inneren Ecke b des rechtwinkligen Eckabschnitts 303 durch
S1 dargestellt. Der Abstand zwischen der
inneren Oberfläche des
ersten Durchgangs 302, der die beiden Ecken a und b miteinander verbindet, und den
Temperaturerfassungswiderständen 1a und 1b wird
durch S2 dargestellt. Das Verhältnis zwischen
den beiden Abständen
S1 und S2 ist so
bestimmt, dass S1 : S2 =
0,5 : 1.0 eingerichtet wird. Ein Erleichterungsloch 403 ist
im die Hilfspassage formenden Teil 4 parallel zum zweiten
Durchgang 304, so dass die Wände des die Hilfspassage bildenden
Teils 4 im Wesentlichen von gleicher Stärke sind, wodurch die Verformung
aufgrund einer Plastikformsenke ver hindert wird. Dies trägt außerdem zur
Senkung der Materialkosten und des Gewichts bei. Die Haltevorrichtung 19 wird
in das Einsteckloch für
die Haltevorrichtung 401 eingesteckt, und die Haltevorrichtung 19 wird
mit der Bindeoberfläche
des die Hilfspassage bildenden Teils 4 verleimt oder an
ihr befestigt. Eine Rinne 404 wird von einem Stufenabschnitt
an der Haltevorrichtung 19 und die Bindeoberfläche 402 des
die Hilfspassage bildenden Teils 4 gebildet. Ein Runddichtring 20 wird
in dieser Rinne 404 montiert und schließt ein Einsteckloch 14 an
der Außenwand
der Hauptpassage 5 luftdicht ab. Mit dieser Konstruktion
wird ein Modul geliefert, in dem der Schaltungsabschnitt, der Hilfspassagenabschnitt
und der das Einsteckloch abdichtende Runddichtring integral miteinander
kombiniert sind.
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Dieses
Modul ist fest an einem Durchflussmesskörper 6 angebracht,
womit das thermische Luftströmungsmessinstrument
vervollständigt
wird. In dieser Ausführungsform
ist, da der das Einsteckloch versiegelende Runddichtring 20 am
Modul vorgesehen ist, die Verwendung eines Gummidichtungsrings nicht
notwendig. In dieser Ausführungsform
ist das Schaltungsgehäuse 9,
zusammen mit dem Basisteil 7, mithilfe von Schrauben 18 fest
am Körper
angebracht, womit die Befestigung des Schaltungsgehäuses verstärkt wird.
Ein Gitter 21 zur Vergleichmäßigung der Strömung ist
am Einlass der Hauptpassage 5 angebracht, um die Präzision der Messung
weiter zu erhöhen.
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6 bis 8 zeigen eine weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform,
in der eine Hilfspassage 3, zusammen mit einer Hauptpassage 5,
integral mit einem Durchflussmesskörper 6 ausgeformt
sind. Wie in den oben stehenden Ausführungsformen enthält die Hilfspassage 3 eine
L-förmige Passage
mit einem ersten Durch gang 302 und einem zweiten Durchgang 304,
und einem dritten Durchgang 309 zum Einstecken einer Rückströmung. In der
Hilfspassage 3, die mit dem Durchflussmesskörper 6 integral
ausgeformt ist, wird eine Rinne, gebildet in einem Abschnitt, der
die. Hilfspassage bildet, mit einer Montageplatte 310 zum
zweiten Durchgang 304 geschlossen. Daher wird der dritte
Durchgang 309 in der Montageplatte 310 gebildet,
und ein Paar Auslassverbindungen 305 sind jeweils an gegenüberliegenden
Seiten eines entfernten Endes des zweiten Durchgangs 304 ausgebildet.
Ein Paar Vorstehungen 308 zum Ablenken und Teilen der Strömung sind
am die Hilfspassage bildenden Abschnitt ausgebildet und sind jeweils
stromauf der beiden Auslassverbindungen 305 angeordnet.
Ein Abschnitt der Einlassverbindung 301 im ersten Durchgang 302 ist
zu einer im Wesentlichen tellerartigen Konfiguration mit angeschrägter Grund-
oder Basisoberfläche ausgebildet. Ähnlich ist
eine Verbindung oder Öffnung
im dritten Durchgang in eine im Wesentlichen tellerartigen Konfiguration
mit Bodenfläche
ausgebildet. Ein Heizwiderstand 1 enthält filmähnliche Temperaturerfassungswiderstände, die
jeweils an einer stromauf liegenden Seitenoberfläche und einer stromab liegenden
Seitenoberfläche
einer zylindrischen Spule liegen und eine Vorwärtsströmung und eine Rückströmung ermitteln
können.
Der Heizwiderstand 1 ist fest mit den Terminals 13 verbunden
und ist elektrisch verbunden mit einer elektronischen Schaltung 8.
Eine Haltevorrichtung 19 wird so in ein Einsteckloch im
Durchflussmesskörper 6 geführt, dass
der Heizwiderstand innerhalb der Hilfspassage 3 angeordnet
ist, und ein Schaltungsgehäuse 9 wird fest
am Durchflussmesskörper 6 montiert,
womit ein thermisches Luftströmungsmessinstrument
vervollständigt
wird.
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9 zeigt ein thermisches
Luftströmungsmessinstrument,
in dem ein Modul, gebildet durch integrales Kombinieren des Schaltungsab schnitts
mit dem Hilfspassagenteil, wie in 3,
in einen Drosselkörper 24 eingesteckt
wird, der ein Ventil 23 zum Kontrollieren der Menge an
Einlassluft in einen Motor besitzt. Ein Strömungsmessabschnitt ist stromauf des
Ventils 23 angeordnet, und die Richtung der Vorwärtsströmung wird
durch einen Pfeil 17 angezeigt. Thermische Luftströmungsmessinstrumente
mit Hilfspassage, in dem die Bauteile integral in einem Drosselkörper enthalten
sind, sind bereits hergestellt und auf den Markt gebracht worden.
In solchen Messinstrumenten ist allerdings ein Hilfsluftpassagenteil
integral mit dem Drosselkörper
ausgeformt, oder ein Gehäuseteil,
das die Schaltung eines Moduls abdeckt ist integral mit dem Drosselkörper ausgeformt,
und damit verkompliziert sich die Konstruktion des Drosselkörpers beträchtlich.
Auf der anderen Seite sind in der erfindungsgemäßen Ausführungsform von 9 der Schaltungsabschnitt und der Hilfspassagenteil
miteinander in einem Modul kombiniert, und damit lässt sich
die Konstruktion des Drosselkörpers
vereinfachen. In einem Einlasssystem ohne Drosselventil (wie in
einem Fahrzeug mit Dieselmotor), kann das Modul direkt an einem
Einlasskrümmer
montiert werden.
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10 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform,
in der ein Modul, das durch integrales Kombinieren des Schaltungsabschnitts
mit dem Hilfspassagenteil aus 3 gebildet
wird, an einem Abschnitt eines Luftfilters montiert wird, der in
einem Motorraum installiert wird. Der Luftfilter enthält ein stromaufseitiges
Verkleidungsteil 26 mit einer Zufuhrleitung 25,
durch die Frischluft zugeführt
wird, ein stromabseitiges Verkleidungsteil 27 mit einer
Leitung 28, die den Luftfilter mit einer Einlassleitung 30 verbindet,
und ein Filterteil 29 das zwischen den beiden Verkleidungsteilen 26 und 27 gehalten
wird, um den Staub aus der Luft zu filtern. Eine Vorwärtsströmungsrichtung
der Luft ist durch einen Pfeil 17 angedeutet, und saubere
Luft, aus der vom Filterteil 29 der Staub herausgefiltert
wird, strömt
durch die Zuleitung 28. Ein Einsteckloch 14, durch
das das Hilfspassagenteil eines thermischen Luftströmungsmessinstruments
eingesteckt wird, befindet sich in einer Außenwand der Zuleitung 28,
und das Modul ist mithilfe von Schrauben o. ä. mechanisch an der Zuleitung 28 befestigt.
Mit dieser Anordnung kann eine Hauptpassage geliefert werden, die
einen Teil des Luftfilters gebraucht statt des oben genannten Körpers mit
der Hauptpassage, und somit kann das kostengünstige thermische Luftströmungsmessinstrument
geliefert werden, das nur das Modul benötigt.
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11 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform,
in der ein Modul, das durch integrales Kombinieren des Schaltungsabschnitts
mit dem Hilfspassagenteil aus 3 gebildet
wird, auf einem Abschnitt eines Luftfilters montiert wird. Somit ist
diese Ausführungsform
im Grunde ähnlich
der Ausführungsform
in 10. In der Ausführungsform in 10 ist das thermische Luftströmungsmessinstrument
an einem Teil der Zuleitung 28 montiert, die an der Außenseite
des stromabseitigen Verkleidungsteils 27 montiert ist.
In der Ausführungsform von 11 ist jedoch eine Zuleitung 31 innerhalb
eines stromabseitigen Verkleidungsteils 27 vorgesehen.
Ein Einsteckloch 14 ist in einer Außenwand der Zuleitung 31,
und das Modul ist in dieses Einsteckloch 14 montiert. Ein
Einlassende der Zuleitung 31 ist zur Vergleichmäßigung der
Luftströmung
in eine schalltrichterartige Konfiguration ausgeformt. In dieser
Ausführungsform
ist also das Modul des thermischen Luftströmungsmessinstruments im Inneren des
Luftfilters montiert, und damit kann die Größe dieser Struktur um eine
Menge entsprechend der Länger
der Zuleitung 28 aus 10 reduziert
werden, so dass das Einlasssystem eine kompakte Gestalt haben kann.
Obwohl sowohl die Zuleitung 28 (10) als auch die Zuleitung 31 (11) integral mit dem stromabseitigen
Verkleidungsteil 27 des Luftfilters ausgeformt ist, kann
die Zuleitung 28 bzw. 31 auch separat vom Verkleidungsteil 27 sein;
in diesem Fall ist die Zuleitung mit der notwendigen mechanischer
Stärke
fest am Verkleidungsteil 27 angebracht.
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Zum
Schluss soll unter Bezugnahme auf 12 ein
Steuerungssystem für
eine Brennkraftmaschine mit elektronischer Treibstoffeinspritzung
beschrieben werden, auf die die vorliegende Erfindung angewendet
wird.
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Einlassluft 101 aus
einem Luftfilter 100 strömt in einen Körper 102 (der
eine Hauptpassage eines thermischen Luftströmungsmessinstruments bildet),
eine Einlassleitung 103, einen Drosselkörper 104 und einen
Krümmer 106 mit
einem Einspritzer 105, in den der Treibstoff eingespeist
wird, und wird dann in den Motorzylinder 107 eingesogen.
Gas 108, das im Motorzylinder anfällt, wird durch einen Auspuffkrümmer 109 ausgelassen.
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Auf
ein Luftströmungsratensignal
von einem Modul 110 des thermischen Luftströmungsmessinstruments,
ein Drosselventilöffnungsgradsignal
von einem Winkelstellungssensor 111, ein Sauerstoffkonzentrationssignal
von einem auf dem Auspuffkrümmer 109 montierten
Sauerstoffkonzentrationssensor 112 und ein Motorgeschwindigkeitssignal
von einem Motorgeschwindigkeitsmesser 113 hin verrechnet eine
Steuerungseinheit 114 diese Signale, um die optimale Menge
an einzuspritzendem Treibstoff und den Öffnungsgrad eines freien Luftsteuerungsventils zu
ermitteln und dann in Übereinstimmung
mit diesen so ermittelten Werten den Einspritzer 105 und
ein freies Luftsteuerungsventil 115 zu steuern.
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Wenn
die Einlassluft hier wie oben beschrieben vom Luftfilter 100 in
Richtung auf den Motorzylinder 107 strömt, ist ein thermisches Luftströmungsmessinstrument
mit der Funktion, eine Rückströmung zu
ermitteln, wie im Luftströmungsmessinstrument
der vorliegenden Erfindung nicht notwendig. Wenn jedoch der Öffnungsgrad
eines Drosselventils 116 sich vergrößert, bildet die Einlassluft
eine pulsierende Strömung,
da die Luft, die in den Motorzylinder gesogen wird, nicht mit der
Zeit konstant ist, sondern intermittierend, und besonders eine pulsierende
Periode der Einlassluft, d. h. die Amplitude der pulsierenden Strömung, die
entsteht, wenn die Motorgeschwindigkeit mit der natürlichen
Frequenz des Einlasssystems in Resonanz tritt, ist sehr groß und bringt eine
Rückströmung mit
sich. Die Strömung,
die eine Rückströmung verursacht,
entsteht nur bei einer bestimmten Motorgeschwindigkeit, und deshalb
ist, um die Strömungsrate
der Luft, die unter allen Motorbetriebsbedingungen in den Motorzylinder 107 gesogen wird,
genau messen zu können,
das erfindungsgemäße thermische
Luftströmungsmessinstrument
vorgesehen, das die Vorwärtsströmungsrate
und die Rückströmungsrate
ermittelt und nicht nur die stationäre, sondern auch die pulsierende
Strömung
mit Rückströmung genau
misst. Vorteilige Effekte der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung
mit der Messung der Strömungsrate
der Einlassluft in die oben beschriebene Brennkraftmaschine beschrieben. 13 ist ein Diagramm, das
die Ergebnisse der Messung der Motorgeschwindigkeit (Parameter) zeigt;
die y-Achse stellt die Luftströmungsrate
dar, gemessen mit einem herkömmlichen
Luftströmungsmessinstrument,
das nicht die Rückströmungsrate ermittelt,
und die x-Achse stellt den Druck unterhalb des Drosselventils dar. 14 ist ein Diagramm, das die
Ergebnisse ähnlicher
Messungen mithilfe des thermischen Luftströmungsmessinstruments der vorliegenden
Erfindung zeigt. Die Strömungsrate
der Luft in den Zylinder sollte eigentlich linear sein. Wie man
jedoch 13 entnehmen
kann, finden sich bei der herkömmlichen
Technik Fehler (eine Differenz zwischen einer durchgezogenen und
einer gepunkteten Linie), z.B. ein Minusfehler aufgrund der pulsierenden
Strömung,
sowie ein großer
Plusfehler aufgrund einer Rückströmung. Auf
der anderen Seite entsteht bei vorliegender Erfindung kaum ein Minusfehler,
und ein Plusfehler kann auf etwa 1/10 dessen, was man bei der herkömmlichen
Technik findet, reduziert werden.