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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Luftmasse
im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine. Eine solche Vorrichtung
wird auch kurz als Luftmassenmessvorrichtung oder als Luftmassensensor
bezeichnet.
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Die
Vorrichtung wird in den Ansaugkanal für die Lufmasse eingesteckt
und von einem definierten Anteil der Gesamtluftströmung durchströmt. Die
Einsteckkanal-Luftmassenmessvorrichtungen werden in ihrem Aufbau
und ihrer Geometrie jeweils den Abmessungen des Ansaugtrakts und
dem Platzbedarf im Motorraum geometrisch angepasst.
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Luftmassensensoren
im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen sind hinlänglich bekannt. Sie dienen
dazu, die für
die Zylinder der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse zu erfassen
und so die Motorsteuerung in die Lage zu versetzen, das Luftkraftstoffgemisch
sowie andere Betriebsparameter richtig einzustellen. Die Funktionsweise
und der Aufbau der Luftmassensensoren brauchen hier nicht weiter
vertieft zu werden.
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Infolge
von Wassereintritt in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine,
beispielsweise bei regennasser Fahrbahn, kann es bei Luftmassensensoren
zu starken Verfälschungen
der Messsignale und sogar zum Ausfall des Sensors kommen. insbesondere
bei dem Einsatz der Heißfilmanemometrie
zur Bestimmung der Luftmasse führt
ein Feuchtigkeitseintritt zu erheblichen Messfehlern bis hin zu
einem Ausfall der Sensoren.
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DE 197 41 031 A1 zeigt
einen Luftmassensensor, dessen Eintrittsöffnung für den Luftmassenstrom sich
trichterförmig
verjüngt,
um im Bereich der Messelemente eine beschleunigte Strömung an
diesen vorbeizuführen.
Von der Luftströmung
mit geführte
Wassertropfen werden hierbei ebenfalls beschleunigt und treffen
auf die Sensorelemente. Je nach Einbauposition kann sich in dem
Messkanal eingetretenes Wasser sammeln und so den Luftdurchtritt
durch den Messkanal vollständig
verhindern oder so weit einschränken,
dass die Messergebnisse erheblich verfälscht werden.
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Für den aus
DE 197 41 031 A1 bekannten Luftmassensensor
ist es bekannt, Öffnungen
in einem Boden oder einem Deckelteil vorzusehen, um Druckwellen
in dem Messkanal zu dämpfen.
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Aus
DE 198 28 629 A1 ist
ein thermischer Luftmengenmesser bekannt, der ein einteiliges Kunststoffgehäuse aufweist,
das über
einen Verbindungsteil mit einem Element verbunden ist, in dem ein
Luftkanal verläuft.
Der Luftkanal besitzt in seinem Austrittsabschnitt eine quer zur
Strömungsrichtung orientierte Öffnung.
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Aus
DE 199 27 818 A1 ist
ein Luftmassensensor bekannt, der einen abgewinkelten Strömungskanal
aufweist, mit einer seitlichen Durchbrechung im Auslasskanal, die
das Pulsationverhalten für
die Luftströmung
verbessert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Luftmassensensor einen
Messkanal bereitzustellen, der ohne nachteilig die Strömungsverhältnisse
im Bereich der Messsensoren zu verändern, diese wirkungsvoll vor
Feuchtigkeit schützt.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
dient zur Messung einer Luftmasse im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.
Insbesondere handelt es sich um einen so genannten Einsteckkanal- Luftmassensensor.
Die Vorrichtung besteht aus einem Einsteckelement und einem Messkanalelement.
Das Einsteckelement, das einen auf eine Öffnung im Ansaugtrakt setzbaren
Kopf besitzt, ist mit mechanischen Verbindungsmitteln versehen.
Die Verbindungsmittel des Einsteckelements sind ein oder mehrere
Stege zur Verbindung mit der Verbindungswand des Messelements. Das
Einsteckelement ist je nach Anwendung und Einbauposition unterschiedlich ausgestaltet
sein. Das Messkanalelement besitzt einen Messkanal mit mindestens
einem Sensorelement, an dem die zu messende Luftmasse vorbeigeführt wird.
Das Messkanalelement ist an einer Seite mit einer Verbindungswand
für die
Verbindungsmittel des Einsteckelements versehen. Die Verbindungswand
besitzt eine zu dem Einsteckelement weisende Fläche. Das Messkanalelement ist
im Bereich der Verbindungswand mit mindestens einer Durchbrechung
versehen. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, dass das Messkanalelement unabhängig von seiner Einbauposition
oder sonstigen Gegebenheiten im Motorraum stets gleich ausgebildet
ist. Das Einsteckelement, das beispielsweise bereits aufgrund seines Steckerelements
für die
Motorsteuerung individuell angepasst werden muss, wird an der Verbindungswand
mit dem Messkanalelement verbunden. Indem die Durchbrechung in der
Verbindungswand vorgesehen ist, kann mit einem einheitlichen Messkanalelement,
das stets eine Durchbrechung aufweist, durch spezielle Ausgestaltung
des Einsteckelements, eine individuelle Anpassung des Messkanalelements
an die Einbausituation vorgenommen werden. Mit dem erfindungsgemäßen Luftmassensensor können für unterschiedlichste
Typen und Bauweisen der Brennkraftmaschinen Luftmassensensoren mit stets
einem Typ von Messkanalelement verwendet werden, wobei das Einsteckelement
jeweils speziell an die Einbausituation angepasst sein muss. Besteht für die Einbausituation
die Gefahr, dass Wasser in den Messkanal eindringt, so ist das zweite
Einsteckelement ausgebildet, um durch die Durchbrechung getretenes
Wasser abzuleiten. Besteht für
die Einbauposition nicht die Gefahr, dass Wasser in den Messkanal
eintritt, so besitzt das erste Einsteckelement Vorsprünge, die
im montier ten Zustand die Durchbrechung verschließen. In
dem Fall also, dass aufgrund der Einbauposition des Luftmassensensors bereits
die Gefahr eines Wassereintritts vermieden werden kann und aus sonstigen
Gründen
keine Durchbrechung erforderlich ist, wird diese durch einen oder
mehrere Vorsprünge
verschlossen. Bevorzugt entfällt
die Durchbrechung hierdurch vollständig, indem die Vorsprünge in die
Durchbrechung ragen und an der Oberfläche bündig mit dieser abschließen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 2 besitzt das Messkanalelement
einen ersten und einen zweiten Kanalabschnitt, die über einen Umlenkabschnitt
miteinander verbunden sind, wobei der Umlenkabschnitt durch die
Verbindungswand begrenzt ist. Einsteckelement und Messkanalelement sind
also im Bereich des Umlenkabschnitts miteinander verbunden.
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Die
Verwendung von Stegen, die an einer dem Messkanalelement zugewandten
Seite aus dem Einsteckelement vorstehen, hat sich aus verschiedenen
Gesichtspunkten als besonders vorteilhaft erwiesen. In einer bevorzugten
Ausgestaltung ist das freie Ende des Steges durch Schweißen oder
Verkleben mit der Verbindungsfläche
des Messkanalelements verbunden. Es sind jedoch auch beliebige Verschlüsse und
sonstige Verbindungsmittel möglich.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Einsteckelement mindestens
mit zwei parallel zueinander verlaufenden Stegen versehen. Die Stege
verlaufen bevorzugt quer zu der Hauptströmungsrichtung des Kanals.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Vorsprung oder sind mehrere
Vorsprünge
derart an dem Einsteckelement angeordnet, dass im verbundenen Zustand
ein Hohlraum mit der Durchbrechung als Öffnung entsteht.
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Zur
Verbindung von Einsteckelement und Messkanalelement hat es sich
als besonders vorteilhaft erwiesen, einen Steg mit zwei Stegabschnitten vorzusehen,
die an ihren Enden unter einem spitzen Winkel aufeinander treffen
und im Bereich dazwischen bauchig ausgebildet sind. Bei dieser Anordnung
der Stege kann eine Verbindung der Elemente beispielsweise durch
Linearreibschweißen
erzielt werden.
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Bevorzugt
sind in dem Messkanalelement erster und zweiter Messkanalabschnitt
voneinander durch eine Wand getrennt, die senkrecht zu der Wand
des Umlenkabschnitts steht. Der erste Messkanalabschnitt, in den
die zu messende Luft eintritt, kann bevorzugt gegenüber dem
ersten Messkanalabschnitt um 90° abgewinkelt
sein, so dass die eintretende Luftmasse in dem ersten Messkanalabschnitt
um 90° und
in dem Umlenkbereich um 180° umgelenkt
wird. Bei dieser Anordnung der Messkanalabschnitte ist bereits weitgehend
ein Schutz vor mitgeführten
Wassertropfen sichergestellt. Jedoch bei einer Einbauposition Überkopf,
kann sich eintretende Flüssigkeit
im Umlenkbereich sammeln. Für diese
Einbauposition empfiehlt es sich, die Durchbrechung nicht zu verschließen und
das durchgetretene Wasser abzuführen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen
erfindungsgemäßen Luftmassensensor
in der Überkopf-Position,
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2 einen
Luftmassensensor nach dem Stand der Technik in der Überkopf-Position,
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3 Luftmassensensor
in der auseinandergezogenen Darstellung,
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4 Detailansicht
der Verbindungswand und der Befestigungsstege,
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5 Detailansicht
der Verbindungswand mit einem die Durchbrechung verschließenden Steg,
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6 Detailansicht
der Verbindungswand mit quaderförmigen
Stegen,
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7 Detailansicht
der Verbindungswand mit quaderförmigem
Hohlraum und
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8 Detailansicht
der Verbindungswand mit einem Paar von parallelen Stegen.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Luftmassensensor 10 in
einer Querschnittsansicht. Der Luftmassensensor 10 besitzt
eine Einlassöffnung 12, durch
die ein definierter Teilstrom der Luftmasse in die Messkanäle 14 eintritt.
Die Strömungsrichtung
ist mit dem Pfeil 18 gekennzeichnet.
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Der
Luftmassensensor 10 besteht gemäß 3 aus einem
Einsteckelement 20, das eine Verbindung 22 zum
Anschluss eines Steckers zur Motorsteuerung aufweist. Zur Abdichtung
der Einstecköffnung
in dem Ansaugtrakt ist ein umlaufender Dichtungsring 24 vorgesehen.
Im dem in den Ansaugkanal hineinstehenden Teil ist eine Wand 26 mit
drei Vorsprüngen 28 bis 32 vorgesehen.
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In
dem Kanal des Ansaugtrakts ist der Messkanal 34 vorgesehen.
Der Messkanal 34 besitzt auf seiner stromaufwärts weisenden
Seite ein Gehäuse 36 mit
der Auswerteelektronik für
die Signale der Sensoren (nicht dargestellt). Die zu dem Einsteckelement 20 weisende
Seite 38 ist mit einer Durchbrechung 40 versehen.
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2 zeigt
einen Luftmassensensor nach dem Stand der Technik 42, der
in der Überkopf-Position
montiert ist. Eintretende Wassertropfen 44 sammeln sich
in dem Messkanal und verschließen
den Luftdurchgang. Erreicht der Füllstand der Flüssigkeit die
in 2 dargestellte Höhe, so gelangt die Flüssigkeit
in Kontakt mit den Messelementen, wodurch diese zerstört werden
können.
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5 zeigt
eine Wand des Einsteckelements mit drei parallel zueinander angeordneten
Stegen 46 bis 50. Auf den Stegen liegt die Verbindungswand 38 mit
der schlitzförmigen
Durchbrechung 40. Die sich an die Verbindungswand anschließende Seitenwand
des Messkanals und das Gehäuse 36 der Elek tronik
sind zur besseren Übersicht
in den 4 bis 8 nicht dargestellt. Die Verbindungswand 38 ist
mit den Stegen 46 und 50 verbunden. Die Verbindung
kann beispielsweise durch Schweißen, bevorzugt Laser- oder
Reibschweißen,
oder Kleben erfolgen. Der mittlere Steg 48 liegt an der
Verbindungswand 38 an, so dass die Durchbrechung 40 durch den
Steg 48 verschlossen wird.
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Die
in 4 dargestellte Variante dient einem anderen Zweck.
Die Verbindungswand 38 mit ihrer Öffnung 40 ist mit
einem Steg 52 verbunden. Der Steg besitzt zwei Abschnitte 54 und 56,
die an ihren Enden spitz aufeinander zulaufen. Der Zwischenbereich
ist bauchig ausgestaltet. Der Steg 54 begrenzt einen Hohlraum
an dem Einsteckelement 20, der lediglich durch die Durchgangsöffnung 40 zugänglich ist.
Ein solcher Hohlraum kann vorgesehen werden, wenn der Luftmassensensor
in dem Ansaugtrakt so angeordnet ist, dass Flüssigkeit nicht eintreten und sich
nicht in dem Hohlraum sammeln kann.
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7 zeigt
eine quaderförmige
Ausgestaltung der Stege 58, die einen quaderförmigen Hohlraum
umschließen.
Der Hohlraum wird auf seiner der Verbindungswand 38 abgewandten
Seite durch die in 3 gezeigte Wand 26 des
Einsteckelements begrenzt.
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6 zeigt
portalartige Durchbrechungen 60 in den Stegen 62,
durch die eingetretenes Wasser abfließen kann. 8 zeigt
zwei gerade, parallel zueinander ausgerichtete Stege 64 und 66,
die an ihrem freien Ende mit der Verbindungswand 38 verbunden
sind. Die Stege 64 und 66 sind senkrecht zur Hauptströmungsrichtung
ausgerichtet. Der Unterschied zwischen den in 6 und 8 dargestellten
Ausgestaltungen besteht hauptsächlich
darin, dass die Stege 62 quer zueinander verbunden sind und
so eine größere Stabilität besitzen.