DE2612427A1

DE2612427A1 - Luftmengenmesseinrichtung fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2612427A1
Application number: DE19762612427
Authority: DE
Inventors: Gary L Innes
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1976-03-24
Publication date: 1976-11-18
Also published as: CA1051224A; JPS51130719A; GB1511592A; JPS5634046B2; US3965730A

Description

Luftmengenmeßeinrichtung für Verbrennungsmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftmengenmeßeinrichtung für Verbrennungsmotoren mit einem die zu messende Luftmenge führenden Kanal, in dem ein Luftwirbel erzeugendes Element angeordnet ist üÄd in dem die erzeugten Luftwirbel zahlenmäßig erfassende, elektronische Einrichtungen angeordnet sind.

Aus der US PS 3 722 275 und der US PS 3 818 877 sind bereits Luftmengenmeßeinrichtungen der eingangs genannten Art bekannt. Die vorliegende Erfindung geht hierbei von einem Stand der Technik aus, wie er aus der US-PS 3 818 877 zu entnehmen ist. Darüber hinaus sind Einrichtungen ähnlicher Art aus den US-PS 3 756 078, 3 863 500 und 3 854 334 zu entnehmen.

"Während der letzten Jahre wurden viele Versuche unternommen, um die von einem Otto-Verbrennungsmotor angesaugte Luftmenge kontinuierlich zu messen. Die auf diese Weise zu erhaltende Information über die angesaugte Luftmenge kann zur Steuerung des zugeführten Treibstoffes sowie zu anderen Steuerzwecken herangezogen werden.

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Sitz der Gesellschaft: Köln-Re3ist6ro3/-:c:--.ti;öln.HHB 54 ■'ior.-i.i.v-r:- ;;&* . ■-..- ■-.:-

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Bei einer Anwendung in Kraftfahrzeugen werden Verbrennungsmotoren unter sich ständig ändernden Betriebsbedingungen "wie z. B. der Drehzahl und der Belastung betrieben und die jeweils angesaugte Luftmenge verändert sich dementsprechend. Ebenso treten zahlreiche Übergänge von einem Betriebszustand zum anderen auf. Das maclit es erforderlich, daß wenn die von einem Verbrennungsmotor angesaugte Luftmenge gemessen wird und als Steuerparameter verwendet werden soll, die Luftmengenmeßeinrichtung eine kontinuierliche Anzeige der augenblicklichen oder im wesentlichen augenblicklichen vom Verbrennungsmotor angesaugten Luftmenge liefert. Eine zufriedenstellende Luftmengenmeßeinrichtung muß in der Lage sein, über einen weiten Bereich von vom Verbrennungsmotor angesaugten Luftmengen eine im wesentlichen lineare Anzeige zu liefern und muß eine kurze Ansprechzeit haben., um eine im wesentlichen augenblickliche Anzeige der jeweiligen Luftmenge zu liefern, so daß diese Anzeige als Steuerparameter auch während Übergängen von einem Betriebszustand zum anderen benutzt werden kann. Darüber hinaus darf die Luftmengenmeßeinrichtung im Ansaugsystem des Verbrennungsmotors keinen großen Druckabfall verursachen.

Bei einer Luftmengenmeßeinrichtung mit einem Luftwirbel erzeugenden Element ist dieses normalerweise längliche Element im Weg des Luftstromes angeordnet, um dessen Strömung teilweise zu stören. Über einen Bereich von Reynold'sehen Zahlen werden durch ein solches Element Luftwirbel erzeugt, der en Frequenz proportional der Luftgeschwindigkeit ist. Wird die Anzahl der erzeugten Luftwirbel während einer bestimmten Zeit gezählt, so kann die Luftgeschwindigkeit leicht festgestellt werden und, nachdem das Element in einem Kanal mit gleichbleibendem Querschnitt angeordnet ist, die durchströmende Luftmenge berechnet werden.

Um eine Luftmengenmeßeinrichtung mit einem Luftwirbel erzeugenden. Element bei Verbrennungsmotoren anzuwenden, ist es erforderlich, eine genaue

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Anzeige der jeweils augenblicklichen Luftmenge zu erzielen. Dementsprechend ist es notwendig, die erzeugten Luftwirbel nur während einer sehr kurzen Zeitspanne zu zählen, um eine solche im wesentlichen augenblickliche Anzeige der jeweiligen Luftmenge zu erhalten. Bei bekannten Luftmengenmeßeinrichtungen mit Luftwirbel erzeugenden Elementen zeigte es sich, daß sich die Frequenz der erzeugten Luftwirbel innerhalb solcher kurzer Zeitspannen veränderte, obwohl diese Frequenz, wurde sie über eine längere Zeitspanne von ζ. Β- einigen Sekunden beobachtet, im wesentlichen konstant blieb. Darüber hinaus war bei bekannten Luftmengenmeßeinrichtungen die Frequenz der erzeugten Luftwirbel als Funktion der Luftgeschwindigkeit verhältnismäßig nicht linear.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftmengenmeßeinrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die vorhergehend geschilderten Nachteile bekannter Luftmengenmeßeinrichtungen vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem eine Luftmengenmeßeinrichtung der eingangs genannten Art die in den Patentansprüchen aufgezeigten Merkmale aufweist.

Durch die gemäß der Erfindung verbesserte Luftführung in dem Teil des Ansaugsystems des Verbrennungsmotors, in dem die Luftmengenmeßeinrichtung angeordnet ist, wird eine Schwankung der Frequenz der erzeugten Luftwirbel auch innerhalb ganz kurzer Zeitspannen weitgehend vermieden und darüber hinaus eine weitgehend lineare Anzeige der vom Verbrennungsmotor angesaugten Luftmenge über einen weiten Bereich der angesaugten Luftmengen erzielt.

Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf den Teil eines Ansaugsystems eines Verbrennungsmotors in dem die erfindungsgemäße Luftmengenmeßeinrichtung angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Fig. 1 von links.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 3.

Fig. 6 zeigt eine Ansicht einer die Anzahl der erzeugten Luftwirbel zählenden elektronischen Einrichtung.

Fig. 7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2.

In den Zeichnungen ist eine Luftmengenmeßeinrichtung für einen Verbrennungsmotor mit 10 bezeichnet. Die Luftmengenmeßeinrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 12, durch dessen Luftführungskanal 14 die Verbrennungsluft zum Verbrennungsmotor geführt wird. Die Richtung der Luftströmung verläuft in Fig. 3 gesehen von links nach rechts und ist durch einen Pfeil angedeutet.

Der Luftführungskanal 14 im Gehäuse 12 weist einen Venturiabschnitt auf, der aus einem Einlaßteil 16, einem konvergierenden Teil 20, einer Engstelle und einem divergierenden Auelaßteil 22 besteht. Am Ende 24 des divergierenden Auslaßteiles 22 kann die Luftmengenmeßeinrichtung 10 mit einem Luftfilter 26 des Verbrennungsmotors verbunden sein, der in herkömmlicher Weise auf dem Vergaser des Verbrennungsmotors angeordnet ist.

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Der Einlaßteil 16 der Luftmengenmeßeinrichtung 10 kann hierbei mit einem flexiblen Luftzuführungsschlauch 28 verbunden sein.

Der Venturiab schnitt mit seinem Einlaßteil 16, seinem konvergierenden Teil 20, seiner Engstelle 18 und mit seinem divergierenden Auslaßteil 22 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Breite des rechteckigen Querschnitts ist hierbei in Fig. 1 mit w und die Höhe ist in Fig. 3 mit h bezeichnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Breite w größer als die Höhe h und ist über die gesamte Länge des Venturiab schnittes gleich. Die im Venturiab schnitt erforderliche Veränderung des Querschnittes wird nur durch Veränderung der Höhe h erzielt. Der geringste Querschnitt des Venturiabschnittes liegt selbstverständlich an der Engstelle 18 und beträgt vorzugsweise 1/3 bis 1/2 des Querschnittes des Einlaßteiles 16. Vorzugsweise wird der Querschnitt der Engstelle 18 in Zusammenhang mit dem Hubraum des Verbrennungsmotors derart ausgewählt, daß eine maximale Luftgeschwindigkeit im Bereich von 1, 9 bis 2, 3 m/sek erzielt wird.

Der Einlaßteil 16 ist mit einer Wabenleitanordnung 30 und einem Sieb 32 stromabwärts der Wabenleiteinrichtung 30 versehen. Die ■Wabenleiteinrichtung 30 und das Sieb 32 sorgen für eine entsprechende Vorbereitung der in die Luftmengenmeßeinrichtung 10 einströmenden Luft. Diese Vorbereitung der einströmenden Luftmenge besteht in einer Beruhigung und Ausrichtung in der Weise, daß in der Luftmenge nur noch in Strömungsrichtung verlaufende Geschwindigkeitskomponenten vorhanden sind. Die Wabenleitanordnung 30 besteht vorzugsweise aus dünnem Kunst stoff material und weist eine Vielzahl von sechseckigen Kanälen auf, wie sie aus Fig. 7 zu ersehen sind. Vorzugsweise besitzen diese sechseckigen Kanäle eine Höhe von 3 mm und die Länge der Wabenleitanordnung beträgt etwa 30 mm. Das Sieb 32 weist hierbei eine Maschenweite von 3, 5 bis 14 Maschen je cm auf, wobei jedoch 7 Maschen je cm bevorzugt werden. Eine größere Maschenanzahl könnte einen unerwünschten

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Druckabfall herbeiführen, während eine geringere Maschenanzahl eine unzureichende Beruhigung der Luftmenge erreichen könnte. Die Anordnung der Wabenleitanordnung 30 und des Siebes 32 soll etwa zwischen 2, 5 und 10 cm stromauf eines die Luftwirbel erzeugenden Elementes 38 erfolgen.

Der konvergierende Teil 20 des Venturiabschnittes wird durch Radien 34 und 36 gebildet, die die Höhe h des Luftführung s kanal es 14 auf die Höhe der Engstelle 18 des Venturiab schnittes verringern.

Das längliche Element 38 zur Erzeugung der Luftwirbel in der durch den Luftführungskanal 14 strömenden Luftmenge ist in der Engstelle 18 des Venturiabschnittes vorzugsweise l/2 oder 1 l/2 Höhen h stromab des konvergierenden Teiles 20 angeordnet. Das Element 38 ist hierbei quer zur Luftströmung angeordnet und weist eine Länge auf, die der Breite w des Luftführungskanales 14 entspricht. Über einen Bereich von Reynold'schen Zahlen, z. B. von 360 bis 18 000, werden vom Element 38 Luftwirbel erzeugt und zwar mit einer Frequenz, die proportional der Geschwindigkeit der vorbeiströmenden Luftmenge ist. Werden die Luftwirbel während einer bestimmten Zeitspanne gezählt, so ist die entsprechende Zahl eine Anzeige für die Luftgeschwindigkeit und damit £ür die durch den Luftführungskanal 14 strömende Luftmenge. Bei der Anwendung von Luftmengenmeßeinrichtungen mit Luftwirbel erzeugenden Elementen ist es erforderlich, daß die für das Zählen der Luftwirbel vorgegebene Zeitspanne geringer als 10 Millisekunden ist, wenn auf eine im wesentlichen augenblickliche Anzeige der durch den Luftführungskanal 14 strömenden Luftmenge Wert gelegt wird, wie sie für die Steuerung des Verbrennungsmotors während Übergängen zwischen zwei Betriebsbedingungen erforderlich ist. Infolge dieser sehr kurzen Zeitspanne von weniger als 10 Millisekunden ist die Frequenz, mit der Luftwirbel erzeugt werden und die Stabilität dieser Frequenz während aufeinander folgender Zeitspannen van großer Bedeutung.

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Bekannte Luftmengenmeßeinrichtungen waren trotz der Tatsache, daß die Frequenz der erzeugten Luftwirbel proportional der Luftgeschwindigkeit ist, nicht zufriedenstellend, da ihr Proportionalitätsfaktor über einen weiten Bereich von durchströmenden Luftmengen konstant war, so daß sich eine nicht lineare Funktion zwischen Frequenz der Luftwirbel und Luftgeschwindigkeit ergab. Bei einem Verbrennungsmotor mit einem Hubraum von

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6554 cm kann die Luftmenge pro Minute zwischen 15, 2 bis zu 270m betragen, während bei einem Verbrennungsmotor mit einem Hubraum von

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3277 cm die Luftmenge pro Minute zwischen 4, 5 bis zu 196 m betragen kann. Eine lineare Anzeige der Luftmengenmeßeinrichtung über diesen Bereich ist somit sehr erwünscht.

Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Luftmengenmeßeinrichtung weist wesentliche Verbesserungen gegenüber den bekannten Luftmengenmeßeinrichtungen auf. Um diese verbesserte Anzeige zu erzielen, wurde es als wünschenswert gefunden, ein Element 38 mit einem maximalen Querschnitt zwischen 1, 5 bis 3 mm zu verwenden. Das Element 38 kann hierbei kreisförmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Es können ebenso auch andere Querschnitte, wie z. B. ein dreieckiger oder trapezförmiger Querschnitt, verwendet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Element 38 mit kreisförmigem Querschnitt bevorzugt.

Das Luftwirbel erzeugende Element 38 ist in einer Strömungs-Isolieranordnung 40 angeordnet, die im Luftführungskanal 14 Über Schrauben 42 und 44 befestigt ist. Die Strömungs-Isolieranordnung 40 ist am besten aus den Fig. 4 und 5 zu ersehen und weist obere und untere tropfenförmige Teile 46 und auf sowie parallel zueinander liegende Teile 50 und 52, die sich zwischen den oberen und unteren Teilen 46 und 48 erstrecken. Das längliche Element 38 ist hierbei zwischen den Teilen 50 und 52 befestigt.

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Ein Schall sender 54 und ein Schall ep fang er 56 sind in den oberen und unteren Teilen 46 und 48 angeordnet. Diese Umsetzer bestehen vorzugsweise aus piezoelektrischen Kristallen.Dar Schallsender 54 ist hierbei unter einem leichten Winkel geneigt eingebaut, daß die Schallwellen so ausgestrahlt werden, daß sie stromaufwärts vom Schallempfänger 56 gerichtet sind. Der Schallempfänger 56 ist ebenso leicht geneigt eingebaut und ist vorzugsweise etwas weiter stromabwärts als der Schallsender 54 angeordnet. Diese Anordnung der Umsetzer ist vorgesehen, um den Einfluß der Luftströmung auf die Schallwellen zwischen dem Schallsender 54 und dem Schallempfänger 56 zu verbessern. Die Umsetzer 54 und 56 können hierbei in Verbindung mit einer elektrischen Schaltung verwendet werden, wie sie z. B. aus der US PS 3 818 877 bekannt ist.

Fig. 6 zeigt die Weise, in der die Umsetzer 54 und 56 in den oberen und unteren Teilen 46 und 48 angeordnet sind.

Der divergierende Auslaßteil 22 des V en tür iab schnittes schafft einen allmäh τ liehen Übergang von der Engstelle 18 zu einem wesentlich größeren Querschnitt, der etwa dem Querschnitt des Einlaßteiles 16 entspricht. Dieser allmähliche Übergang im divergierenden Auslaßteil 22 erfolgt etwa in einer Länge die der zehnfachen Länge des konvergierenden Teiles 20 entspricht.

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Claims

P atentan Sprüche

1. Luftmengenmeßeinrichtungen für Verbrennungsmotoren mit einem die

zu messende Luftmenge führenden Kanal, in dem ein Luftwirbel erzeugendes Element angeordnet ist und in dem die erzeugten Luftwirbel.-zahlenmäßig erfassende, elektronische Einrichtungen angeordnet sind, dadurch gekennzeic hn e t, daß der Luftführungskanal (14) stromab einem Einlaß mit einem Venturiabschnitt versehen ist, der einen konvergierenden Teil (20), eine Engstelle (18) und einen divergierenden Auslaßteil (22) aufweist, der bis zu einem Auslaß (24) führt, wobei das Luftwirbel erzeugende Element (38) in der Engstelle (18) des Venturiabschnittes quer zur Luftströmung verlaufend angeordnet ist.

2. Luftmengenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftführungskanal (14) über seine gesamte Länge einen rechtwinkligen Querschnitt aufweist.

3. Luftmengenmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Venturiab schnitt eine größere Breite(w) als Höhe (h) aufweist.

4. Luftmengenmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Venturiab schnitt eine gleichbleibende Breite (w) und eine unterschiedliche Höhe (h) aufweist.

5. Luftmengenmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4,dadur ch gekennzeichnet, daß im Einlaß (16) eine Wabenleitanordnung (30) angeordnet ist.

6. Lüftmengenmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftwirbel erzeugende Element (38) einen maximalen Querschnitt von 1, 5 bis 3, 5 mm aufweist.

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ι. Luftmengenmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Engstelle (18) des Venturiab schnittes einen Querschnitt von l/3 bis zu 1/2 des Querschnitts des Einlasses (16) aufweist.

8. Luftmengenmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der Wabenleitanordnung (30) ein Sieb (32) angeordnet ist.

9. Luftmengenmeßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftwirbel erzeugende Element (38) einen kreisförmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.

10. Luftmengenmeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb (32) eine Maschenweite von 7 Maschen je cm aufweist.

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