DE3044152A1

DE3044152A1 - Luftdurchsatzmesser

Info

Publication number: DE3044152A1
Application number: DE19803044152
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Aochi; Kiyomi Morita; Tadahiko Otani; Takao Ibaraki Teranishi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1980-11-24
Publication date: 1981-07-02
Also published as: DE3044152C2; GB2065898A; JPS6348006B2; US4395907A; JPS5677716A

Description

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HITACHI, LTD., Tokyo Japan

Luftdurchsatzmesser

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftdurchsatzmesser, der den Durchsatz der in eine Brennkraftmaschine angesaugten Luft mißt, insbesondere mit einem Hitzdraht, der in dem mit dem Hauptluftkanal in Verbindung stehenden Nebenluftkanal angeordnet ist.

In einer herkömmlichen Vorrichtung wird der Saugluftdurchsatz gemessen, indem ein Draht in einem Hauptluftkanal angeordnet wird, dem Draht elektrischer Strom zugeführt wird, um die im Hauptluftstrom verlorengegangene Wärme auszugleichen, und der Spannungsabfall am Draht, der durch den den Draht durchfließenden Strom bewirkt wird, gemessen wird. Diese Vorrichtung weist allerdings den Nachteil auf, daß der Draht durch den in der Saugluft enthaltenen Staub bzw. Schmutz sehr schnell verschmutzt wird. Wenn im Motor Fehlzündungen auftreten, wird ferner der Draht durch die Heißluft vom Motor nicht nur verschmutzt, sondern er kann dadurch auch beschädigt werden.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bisher üblich, den Hitzdraht in dem Nebenluftkanal anzuordnen, der an seinen beiden Enden mit dem Hauptluftkanal in Verbindung steht.

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Nach Fig. 2 der US-Patentanmeldung Nr. 28 889 ist ein Nebenluftkanal mit einem darin angeordneten Durchsatzfühler, /. B. einem Leitungsdraht, so vorgesehen, daß er die Venturieinheit des Hauptluftkanals umgeht. Im oberen Teil der Venturieinheit ist ein Einlaß zum Nebenluftkanal gebildet. Ein ringförmiger Auslaß, d. h. das Unterende des Nebenluftkanals, öffnet sich durch die Venturieinheit in den Hauptluftkanal.

Bei dieser Art von Saugluftdurchsatzmesser wird der Fühler bzw. Hitzdraht nicht beschädigt, wenn Fehlzündungen auftreten, weil die Heißluft vom Motor nicht durch den Nebenluftkanal, sondern durch den Hauptluftkanal zurückströmt. Da jedoch der Einlaß des Nebenluftkanals in einem Abschnitt am Umfang der Venturieinheit gebildet ist und sich nach oben öffnet, kann, wenn keine Abdeckung für den Einlaß vorgesehen ist, der Staub bzw. Schmutz in den Nebenluftkanal fallen und am Leitungsdraht haften, und die durch die Fehlzündung erzeugte Heißluft kann in den Nebenluftkanal durch den Einlaß eindringen und den Leitungsdraht verschmutzen. Obwohl das Ausmaß der Verschmutzung oder Beschädigung des Leitungsdrahts dieser Vorrichtung geringer als bei der Vorrichtung sein kann, bei der der Leitungsdraht im Hauptluftkanal angeordnet ist, kann der Leitungsdraht doch nicht vollständig vor Verschmutzung oder Beschädigung geschützt werden. Wenn der Draht verschmutzt ist, ändern sich die Konstanten des Werkstoffs und der Form des DRahts (wie noch erläutert wird), wodurch die Meßgenauigkeit für den Saugluftdurchsatz abnimmt.

Eine Abdeckung für den Einlaß des Nebenluftkanals kann zwar die genannten Nachteile etwas vermindern, es wird aber dadurch auch der Durchsatz der in den Nebenluftkanal gelangenden Luft verringert, so daß die Meßgenauigkeit für den Saugluftdurchsatz etwas verschlechtert wird.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Luftdurchsatzmessers, der den Saugluftdurchsatz über den Gesamtbetriebsbereich mit hoher Genauigkeit mißt und lange Lebensdauer hat; dabei soll es möglich sein, einen relativ hohen Luftdurchsatz durch einen einen Fühler aufweisenden Nebenluftkanal zu erreichen und die in den Nebenluftkanal gelangende Staub- oder Schmutzmenge sowie den Einfluß von Fehlzündungen auf den Fühler kleinzuhalten,

Bei dem Luftdurchsatzmesser nach der Erfindung ist ein Einlaß eines einen Fühler aufweisenden Nebenluftkanals ringförmig und zu dem in einen Motor strömenden Hauptluftstrom hin geöffnet, so daß Luft am Einlaß mit einem dynamischen Druck beaufschlagt wird. D. h., ein Teil der ringförmigen Öffnung des Nebenluftkanal-Einlasses ist gegen den Hauptluftstrom geöffnet, so daß eine relativ große Luftmenge in den Nebenluftkanal gelangen kann, ohne daß der Querschnitt des Einlasses des Nebenluftkanals extrem erweitert werden muß. Ferner ist der Einlaß ringförmig und entlang dem Innenumfang des Hauptluftkanals geformt, so daß die Luft ungefähr gleichmäßig vom Umfang des Hauptluftstroms einströmen kann. Somit kann unabhängig davon, wo der Lufteinlaß eines Luftfilters angeordnet ist, die Änderung des Durchsatzes der in den Nebenluftkanal strömenden Luft kleingehalten werden.

Durch die Erfindung wird also ein Luftdurchsatzmesser angegeben, der einen Nebenluftkanal aufweist, der von einem zu einem Motor führenden Hauptluftkanal abzweigt, und bei dem im Nebenluftkanal Hitzdrähte angeordnet sind. Der Einlaß des Nebenluf tkanals liegt am Oberende eines im Haup'tluftkanal befindlichen Venturirohrs, ist ringförmig und öffnet sich zum Hauptluftkanal derart, daß die Luft am

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Einlaß mit dem dynamischen Druck des Hauptluftstroms beaufschlagbar ist. Der Auslaß des Nebenluftkanals ist ebenfalls ringförmig und öffnet sich senkrecht zu dem Hauptluftstrom im Hauptluftkanal. Der Durchsatz der in den Motor angesaugten Luft wird durch
die Hitzdrähte erfaßt, die dem Luftstrom im Nebenluftkanal ausgesetzt sind.

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

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Luftansaugteils, der ein Ausführungsbeispiel des Luftdurchsatzmessers nach der Erfindung aufweist;

Fig. 2 eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Ausgangsgröße des Hitzdrahts und der Anzahl Fehlzündungen zeigt; und

Fig. 3 eine Grafik, die die Beziehung zwischen dem Saugluftdurchsatz und dem Nebenluftverhältnis zeigt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Luftdurchsatzmessers unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 erläutert.

Nach Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 über ein Saugrohr 3, durch das Luft angesaugt wird, mit einem Luftfilter verbunden. In einem Teil des Saugrohrs 3 ist eine Einschnürung 5 vorgesehen, in der der Saugluftstrom eingeschnürt wird. Eine innere Schulter 6 ist durch die Einschnürung 5 innerhalb des Saugrohrs 3 gebildet. Im Inneren des Saugrohrs 3 ist ein Venturieinsatz 7 angeordnet und liegt auf der Schulter 6 an zwei Vorsprüngen 8 auf, die am Unterende des Venturieinsatzes 7 gebildet sind, so daß zwischen dem Ende 4- und der Schulter 6 ein ringförmiger Spalt 11 gebildet ist. Der Venturieinsatz 7 erweitert sich allmählich zum Oberende 4- hin, und seine Außenseite ist an beiden Endabschnitten 9, 10 konisch verjüngt. Ein gerader -Innenzylinder 12 ist in das Saugrohr 3 eingesetzt und liegt an dem Venturieinsatz 7 mit zwei Vorsprüngen 13 an, die am Unterende gebildet sind und vom oberen Endabschnitt 15 des Venturieinsatzes 7 abgestützt sind, so daß zwischen dem Unterende des Zylinders 12 und dem Venturi-

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einsatz 7 ein ringförmiger Zwischenraum 30 gebildet ist. Die obere Außenseite 14· des Venturxeinsatzes 7 ist
radial im Abstand von der Innenfläche 28 des Innenzylinders 12 so angeordnet, daß der ringförmige Zwischenraum
30 entgegen der Richtung des Hauptluftstroms 27 liegt,
der beim Betrieb des Motors 1 entsteht.

In einem Teil der Seitenwand des Saugrohrs 3, der der
Position des Veritur!einsatzes 7 entspricht, ist ein Ansatz 16 gebildet. In diesem Ansatz 16 sind zwei horizontale Öffnungen 17, 18 so vorgesehen, daß sie an den Endabschnitten 10 bzw. 9 des Venturieinsatzes 7 positioniert sind, und zwischen den horizontalen Öffnungen 17 und 18 ist eine
vertikale Öffnung 19 gebildet. Die Öffnungen 17, 18 und
19 sind durch einen Einsatz 20 bzw. 21 bzw. 22 verschlossen, so daß ein Nebenluft- bzw. Bypass-Kanal 23 gebildet ist, der von dem den Einlaß bildenden ringförmigen Zwischenraum 30 zu dem den Auslaß bildenden ringförmigen
Zwischenraum 11 über die Öffnungen 17, 18 und 19 verläuft. In dem Nebenluftkanal 23 sind zwei Hitzdrähte 2it., die
Fühler sind, so angeordnet, daß sie von einem Isolierelement 25 gehalten sind, das in eire in dem Vorsprung 16 gebildete öffnung unverschiebbar eingesetzt ist. Die
Hitzdrähte 24· sind elektrisch mit einer an der Seite des Saugrohrs 3 vorgesehenen Ansteuerschaltung 26 verbunden.

Wenn bei der vorstehend erläuterten Vorrichtung Luft durch den Hauptluftkanal 29 strömt, baut sich am Auslaß 11 ein Unterdruck auf, so daß die Luft durch den Nebenluftkanal 23 strömt. Der Durchsatz der durch den Nebenluftkanal 23 strömenden Luft ist proportional dem Durchsatz der durch den Hauptiuftkanal 29 strömenden Luft. In dem Nebenluftkanal 23 sind die beiden Hitzdrähte 24· angeordnet, die durch von der Ansteuerschaltung 26 zugeführten Strom
auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden.

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Die Hitzdrähte 24- werden von der Ansteuerschaltung 26
erwärmt, um ihre Temperatur gleichbleibend zu halten.
Wenn der durch die Hitzdrähte 24- fließende Strom mit 1 bezeichnet wird, erhält man die folgende Gleichung:

i² = K(C₁ + c₂ -Vq^ ) α v²

mit K, C₁ und C-, = Konstanten, die vom Werkstoff und

der Form der Drähte 24 abhängen,
Q = Durchsatz der im Nebenluftkanal

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strömenden Luft, und

V = Spannung an den Drahtanschlüssen oder Ausgangsspannung des Hitzdraht-Durchsatzfühlers.

Durch Erfassen der Spannung V ist also der Durchsatz der im Nebenluftkanal strömenden Luft feststellbar. Damit kann die in den Motor 1 angesaugte Gesamtluftrnenge bestimmt werden, wenn das Nebenluftverhältnis, also das Verhältnis zwischen den Durchsätzen der einen Hauptluftkanal, der durch die Innenfläche des Venturieinsatzes gebildet ist, und der einen Nebenluftkanal 23 durchströmenden Luft bekannt ist; dieses Prinzip ist bereits bekannt.

Bei diesem Aufbau des Luftdurchsatzmessers öffnet sich der ringförmige Zwischenraum 30 unter einem Winkel zum Hauptluftkanal 29, und das Oberende IA- des Venturieinsatzes 7 springt gering in den Hauptluftkanal 29 vor,
so daß die am Zwischenraum 30 befindliche Luft mit dem dynamischen Druck der durch den Hauptluftkanal 29 strömenden Luft beaufschlagt wird. Dadurch wird das Nebenluftverhältnis vergrößert. D. h., die Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch den Nebenluftkanal 23 ist auch dann

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relativ hoch, wenn die Brennkraftmaschine mit niedrigen Drehzahlen läuft, wodurch wiederum die Meßgenauigkeit verbessert wird. Da ferner die untere Bohrung des Venturieinsatzes 7 oder der Einschnürung 5 relativ groß ist und der Auslaß-Zwischenraum 11 des Nebenluftkanals 23 am Unterende des Venturieinsatzes 7 gebildet ist, wird im Hochdrehzahlbetrieb des Motors der am Auslaß 11 entstehende Unterdruck nicht hoch. Dadurch wird verhindert, daß sich die Genauigkeit oder das Auflösungsvermögen der Hitzdrähte Z^ aufgrund übermäßig hoher Geschwindigkeiten der den Nebenluftkanal 23 durchströmenden Luft verschlechtert. Mit dem angegebenen Luftdurchsatzmesser ist also eine sehr genaue Messung des Saugluftvolumens über den gesamten Drehzahlbereich des Motors möglich.

Wenn Fehlzündungen auftreten und Heißluft durch den Hauptluftkanal 29 zurückströmt, beaufschlagt der dynamische Druck des umgekehrten Luftstroms den Auslaß 11 nicht, da sich der Auslaß 11 senkrecht zum Hauptluftkanal an dem Ende des relativ geraden, verengten Teils des Venturieinsatzes 7 öffnet. Der ringförmige Zwischenraum 30 öffnet sich zwar in den Hauptluftkanal 29, aber infolge des kleinen Öffnungsquerschnitts des Zwischenraums 30 wird das Lindringen von Staub oder Sehmutz in den Nebenluftkanal 23 verhindert. Wenn der Einlaß und der Auslaß als ein vollständiger ringförmiger Spalt ohne Unterbrechung über den Gesamtumfang ausgebildet sein sollen, können der Innenzylinder 12 und der Venturieinsatz 7 mit Schrauben an dem Saugrohr 3 befestigt werden, wobei dann keine Vorsprünge 13, 8 vorgesehen werden.

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In Fig. 2 ist die Beziehung zwischen der Anzahl Fehlzündungen und der Anderungsrate der Hitzdraht-Ausgangsgröße dargestellt, wobei auf der Abszisse die Anzahl Fehlzündungen und auf der Ordinate die Änderungsrate der Hitzdraht-Ausgangsgröße in Prozent aufgetragen sind. Die die Punkte verbindende Vollinie 50 bezeichnet den Fall, in dem der Einlaß eines Nebenluftkanals kein ringförmiger Zwischenraum oder Spalt ist, sondern eine runde Öffnung ist, die an einem Teil des Oberendes eines Venturieinsatzes so gebildet ist, daß sie sich gegen den Hauptluftstrom öffnet. Die Strichlinie 60, die die weißen PUnkte verbindet, bezeichnet die Verhältnisse bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, ergibt sich bei dem Luftdurchsatzmesser nach der Erfindung nur eine geringe Schwankung der Ausgangsgröße des Hitzdrahts. Z. B. beträgt die Änderungsrate nur ca. 2 %, wenn mehr als 500mal Fehlzündungen aufgetreten sind. Bei der Vorrichtung mit dem runden Nebenluftkanal-Einlaß beträgt die Änderungsrate der Ausgangsgröße ca. 3,2 % im Fall von ca. 200 Fehlzündungen. Aus diesen Verhältnissen ist mit Sicherheit zu schließen, daß der hier angegebene Luftdurchsatzmesser durch Fehlzündungen nur gering beeinflußbar ist und daher zuverlässig über lange Zeit einsetzbar ist.

In Fig. 3 ist auf der Abszisse der Gesamtsaugluftdurch- :;at/ in m /min und auf dor Ordinate das Verhältnis des Nebenluftdurchsatzes zum Gesamtsaugluftdurchsatz in Prozent angegeben. Die die schwarzen Punkte verbindende Vollinie 70 bezeichnet den Fall, in dem eine Vorrichtung einen Nebenluftkanal-Einlaß hat, der ein am oberen Ende eines Venturieinsatzes gebildeter ringförmiger Spalt ist, der sich normal zum Hauptluftstrom öffnet. Bei einer solchen Vorrichtung fällt das Nebenluftverhältnis schnell

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ab, wenn der Gesamtsaugluftdurchsatz weniger als 1 m /min beträgt, was dem Leerlaufbetrieb entspricht, und wenn der Gesamtsaugluftdurchsatz mehr als k m /min beträgt, was (im Fall eines 2000 cm -Motors) einer Drehzahl von it-000 U/min entspricht. Dies ist so, weil der Nebenluftkanal nur mit einem statischen Druck durch den ringförmigen Zwischenraum beaufschlagt wird.

Bei dem Luftdurchsatzmesser nach der Erfindung ist dagegen aus der Strichlinie 80 ersichtlich, daß das Nebenluftverhältnis über den Gesamtbereich des Gesamtsaugluftverhältnisses und der Motordrehzahl relativ wenig schwankt, Durch Messen des Nebenluftdurchsatzes kann also der Gesamtsaugluftdurchsatz mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Dies verbessert wiederum die Präzision, mit der das der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt wird.

Da der hier angegebene Saugluftdurchsatzmesser so aufgebaut ist, daß der Einlaß des Nebenluftkanals dem dynamischen Druck und der Auslaß dem statischen Druck ausgesetzt ist, ist die Schwankung des Nebenluftverhältnisses über den Gesamtbereich des Saugluftdurchsatzvolumens gering. Dies trägt in hohem Maß zur Verbesserung der Meßgenauigkeit bei. Da ferner der Nebenluftkanal bei dieser Vorrichtung nur minimal durch den bei Fehlzündungen auftretenden Heißluft-Rückstrom beeinflußt wird , sind Schwankungen der Ausgangsgröße des Hitzdrahts sehr klein, so daß seine Empfindlichkeit über lange Zeit aufrechterhalten werden kann.

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BAD ORIGINAL

Claims

Ansprüche

\ 1.j Luftdurchsatzmesser, mit

- einem Hauptluftkanal, durch den Luft zu einer Brennkraftmaschine geleitet wird,

- einer Venturieinheit im Hauptluftkanal zum Einschnüren des Luftstroms, so daß der Druck an einem Abschnitt des Hauptluftkanals relativ niedrig wird, und

- einem einen Teil des Hauptluftkanals umgehenden Nebenluftkanal,

gekennzeichnet durch

- einen an dem Abschnitt des Hauptluftkanals mit relativ niedrigem Druck gebildeten Auslaß (11) des Nebenluftkanals (23);

- einen stromauf von dem Auslaß (11) angeordneten Einlaß (30) des Nebenluftkanals (23), der ringförmig längs dem Innenumfang des Hauptluftkanals (29) gebildet

ist,

- wobei sich der Einlaß (30) so zum Hauptluftkanal (29) öffnet, daß die Luft am Einlaß (30) mit dem dynamischen Druck des Luftstroms im Hauptluftkanal (29) beaufschlagt wird; und

- eine Fühlereinheit (24), die im Nebenluftkanal (23) angeordnet ist und den Durchsatz der diesen durchströmenden Luft erfaßt.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Luftdurchsatzmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Auslaß (11) des Nebenluftkanals (23) ringförmig ist und sich senkrecht zum Hauptluftstrom (27) öffnet.

3. Luftdurchsatzmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Venturieinheit ein Venturirohr (7) ist, und

- der Einlaß eine ringförmige Öffnung (30) ist, die an dem stromauf von dem Auslaß (11) befindlichen Ende des Venturirohrs (7) gebildet ist.

A-. Luftdurchsatzmesser,
gekennzeichnet durch

- ein Saugrohr (3) zum Einleiten von Luft in eine Brennkraftmaschine (1),

- wobei das Saugrohr (3) eine Einschnürung (5) aufweist, die innerhalb des Saugrohrs (3) eine Innenschulter

(6) bildet;

- ein im Saugrohr (3) so angeordnetes Venturirohr (7), daß dessen Unterende auf der Innenschulter (6) aufliegt ;

- einen innerhalb des Saugrohrs (3) so angeordneten Zylinder (12), daß dieser auf dem Oberende des Venturirohrs (7) aufliegt;

- einen das Venturirohr (7) umgehenden Nebenluftkanal (23),

- wobei ein durch das Unterende des Zylinders (12) und das Oberende des Venturirohrs (7) gebildeter Einlaß (30) des Nebenluftkanals nach innerhalb der Innenseite des ZyLinders (12) vorspringt;

- einen durch das Unterende des Venturirohrs (7) und die Innenschulter (6) des Saugrohrs (3) gebildeten Auslaß (11) des Nebenluftkanals; und

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- einen in den Nebenluftkanal (23) angeordneten Hitzdraht (2h-) zum Erfassen des Durchsatzes der den Nebenluftkanal (23) durchströmenden Luft.

5. Luftdurchsatzmesser nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Außenseite des Venturirohrs (7) an beiden Endabschnitten (9, 10) so verjüngt ist, daß sich der Durchmesser zu den beiden Enden hin verringert, und

- daß jeder verjüngte Abschnitt einen Teil des Nebenluftkanals (23) bildet,

so daß der Luftstrom im Nebenluftkanal (23) stabil ist und das Bypass-Verhältnis der Luft vergrößert wird.

6. Luftdurchsatzmesser nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Durchmesser des Venturirohrs (7) am äußeren Oberende (IA-) kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders (12) ist,

so daß der Einlaß (30) des Nebenluftkanals (23) gegen den Luftstrom im Zylinder (12) geöffnet ist.

7. Luftdurchsatzmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Auslaß (11) des Nebenluftkanals (23) sich senkrecht zum Luftstrom öffnet.

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