DE69120576T2

DE69120576T2 - Thermischer Luftmengenmesser

Info

Publication number: DE69120576T2
Application number: DE69120576T
Authority: DE
Inventors: Nobukatsu Arai; Chihiro Kobayashi; Atsushi Miyazaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1991-04-02
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 2011-04-03
Also published as: KR910018780A; US5243859A; EP0450563A1; DE69120576D1; EP0450563B1; KR100217793B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft thermische Luftmengenmesser und insbesondere axial durchströmte thermische Luftmengenmesser, die zum Messen des Durchsatzes des Ansaugluftstroms in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen geeignet sind, wobei der Luftmengenmesser von einem Typ ist, bei dem ein Hilfsströmungskanal mit einem darin angeordneten, Wärme erzeugenden Widerstandselement zur Erfassung des Durchsatzes des Ansaug- Iuffstroms im Hauptströmungskanal vorgesehen ist.
Thermische Luftmengenmesser (vom Hitzdrahttyp) sind beispielsweise in JP- A-57-64109 und JP-A-61 -65053 angegeben worden. Diese thermischen Luftmengenmesser weisen jeweils einen Hilfsstrsmungskanal auf, der sich zum Hauptströmungskanal in einer im wesentlichen senkrechten Richtung erstreckt, und der einen Bereich für eine Richtungsänderung des Luftstroms um 180º aufweist.
Bei dem in JP-A-57-641 09 angegebenen Luftmengen messer ist ein radialer Hilfsströmungskanal durch eine sich in radialer Richtung erstreckende Trennwand in zwei Bereiche aufgeteilt und der Verbindungsbereich dieser zwei getrennten Bereiche wird durch einen axialen Luftströmungskanal gebildet. Wenn der Luftströmungskanal durch die Trennplatte in zwei Teile aufgeteilt ist, ist der Aufbau des in einem Motor angeordneten Luftmengenmessers kompliziert. Da ferner der Bogenbereich des Luftströmungskanals, der die Richtung des Luftstroms um 180º ändert, aus einer dünnen Platte besteht, Steigt der Druckverlust im Luftströmungskanal an, wodurch sich die Geschwindigkeit des Luftstroms verringert und die Änderungen der Geschwindigkeit des Luftstoms zunehmen, was zu Geräuschentwicklungen am Ausgang aus dem Luftmengenmesser führt. Bei dem in JP-A-61-65053 angegebenen Luftmengenmesser wird die Richtung des Luftstroms im Hilfsströmungskanal insgesamt um 180º geändert, indem zwei rechtwinklige Bogenrohre verwendet werden, wobei jedes dieser Rohre die Richtung des Luftströmungskanals um 90º ändert. In diesem Beispiel ist der Luftströmungskanal nicht in der gleichen Ebene wie bei dem vorherigen Typ des Luftmengenmessers ausgebildet. Infolgedessen ist der Aufbau des im Motor eingebauten Luftmengenmessers kompliziert. Des weiteren ist der Druckverlust im rechtwinkligen Bogenrohr hoch und es treten die gleichen Probleme wie beim obigen Typ auf. JP-A-1-206223 offenbart einen axialen thermischen Luftmengenmesser, bei dem der Hilfsströmungskanal innerhalb des Hauptströmungskanals ausgebildet ist. Bei diesem Luftmengenmesser umfaßt der Hilfsströmungskanal einen axialen Bereich des Hilfsströmungskanals, der eine zum Hauptströmungskanal hin offene Einlaßöffnung aufweist und sich parallel zum Hauptströmungskanal erstreckt, und in dem zwei radiale Bereiche des Hilfsströmungskanals in einer geraden Linie in Richtungen ausgebildet sind, die zur Richtung des Hauptströmungskanals senkrecht und. radial sind, und die in der Nähe der Umfangswand des Hauptströmungskanals jeweils Auslaßöffnungen aufweisen, die zum Hauptströmungskanal hin offen sind. Ein Hitzdrahtelement ist im axialen Bereich des Hilfsströmungskanals angeordnet.
US-A-4 709 581 offenbart einen thermischen Luftmengenmesser, wobei im Hauptströmungskanal ein Hilfsströmungskanal angeordnet ist. Der Hilfsströmungskanal umfaßt eine Luffeinlaßöffnung, einen ersten oder Kanalbereich zum Anordnen eines Sensors, der sich parallel zum Hauptströmungskanal erstreckt, einen zweiten Kanalbereich, der sich in einer zum ersten Bereich senkrechten Richtung erstreckt, einen dritten Kanalbereich, der sich in einer zum zweiten Bereich im wesentlichen senkrechten Richtung erstreckt, und einen vierten Kanalbereich, der sich in einer zum dritten Bereich im wesentlichen senkrechten Richtung erstreckt, und eine Auslaßöffnung, die zum Hauptströmungskanal hin offen ist.
Bei dieser Anordnung sind der zweite, driffe und vierte Kanalbereich des Hilfsströmungskanals in einer Ebene ausgebildet, die zur Achse des Hauptströmungskanals parallel ist.
Ein Luftmengenmesser, der einen Bereich eines Hilfsströmungskanals umfaßt, der sich in einer zum Hauptströmungskanal senkrechten Richtung erstreckt und einen Bogen von mehr als 180º bildet, ist in EP-A-87 621 beschrieben. Der Hilfsströmungskanal besteht aus einem geradlinien Bereich, der zum Hauptströmungskanal parallel ist, in dem der Widerstand vom Hitzdrahttyp vorgesehen ist, und einem bogenförmigen Bereich, der im Umfangsteil des Hauptströmungskanals vorgesehen ist.
EP-A-295 647 gibt einen thermischen Luftmengenmesser an, der einen Hufsströmungskanal, der aus einem axialen Einlaßabschnitt besteht, der im Hauptströmungskanal vorgesehen ist, und der eine Sensoranordnung, einen Bereich, der sich in einer zum Hauptströmungskanal senkrechten Richtung erstreckt, und zwei gekrümmte Bereiche umfaßt, die einen Bogen von etwa 180º bilden und die die Auslaßöffnungen des Hilfsströmungskanals aufweisen, die sich ebenfalls in einer zur Achse des Hauptströmungskanals senkrechten Richtung erstrecken. Bei dieser Ausführungsform vom Stand der Technik sind jedoch die gekrümmten Bereiche in der Wand des Hauptströmnungskanals vorgesehen.
In Vierzylindermotoren ist das durch Pulsationen im Ansaugluftstrom des Motors hervorgerufene zwei-Werte-Phänomen der miffieren Ausgangsspannung (Umkehrung der Ausgangsleistung) des Luftmengenmessers ein schwerwiegendes Problem. Dieses Phänomen kann dadurch abgeschwächt werden, daß die Größe der Pulsationen verringert wird, was dadurch erreicht wird, daß die Gesamtlänge des Hilfsströmungskanals vergrößert wird. Bei den herkömmlichen axialen thermischen Luftmengenmessern ist es jedoch nicht immer möglich, einen ausreichend langen Bereich des Hilfsströmungskanals vorzusehen, weil es wegen der Spezifikation des Motors oder der Konfiguration des Rohrs des Luftansaugsystems unmöglich sein kann, einen derartigen Kanal vorzusehen.
Hauptaufgabe der Erfindung ist es daher, einen thermischen Luftmengenmesser anzugeben, der weniger von den Pulsationen des Ansaugluftstroms des Motors, die stromab vom Luftmengenmesser auftreten, beeinflußt wird.
Stromaufwärts vom Luftmengenmesser sind ein Luftreiniger und eine Rohrleitung angeordnet, die die Ursache für das Entstehen eines geteilten Luftstroms und seine Verwirbelung sein können. Dadurch ergibt sich eine Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms, bei der unterschiedliche Geschwindigkeiten des Luftstroms im radialen Bereich und im Umfangsbereich des Hauptströmungskanals auftreten, d.h., auf der stromaufwärts liegenden Seite des Luftmengenmessers triff infolge der Teilung oder der Verwirbelung des Luftstroms eine ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms auf. Dieses ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilungsmuster des Luftstroms ist in Abhängigkeit von der Position und der Form des Luftreinigers und der Rohrleitung unterschiedlich. Herkömmliche thermische Luftmengenmesser, bei denen die Auslaßöffnungen von zwei radialen Bereichen des Hilfsströmungskanals in der Nähe der Umfangswand des Hauptströmungskanals offen sind, werden leicht durch Änderungen einer derartigen ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung des Luftsttroms beeinträchtigt, und die gemessenen Werte ändern sich daher mit der Änderung der ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms. Bei der Konstruktion der Kanäle des Luftansaugsystems ist die Position und die Form des Luftreinigers und der Rohrleitung in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp unterschiedlich. Daher muß beim Vorsehen eines Luftmengenmessers, der leicht durch Änderungen der Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms beeinflußt werden kann, dieser für ein genaues Messen des Durchsatzes des Luftstroms eingestellt werden. Solche Luftmengen messer können im allgemeinen nicht ohne eine spezielle Einstellung verwendet werden.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, einen thermischen Luftmengenmesser anzugeben, der weniger von Änderungen der ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms beeinflußt wird, die stromaufwärts vom Luftmengenmesser auftreten.
Zur Lösung der obigen Aufgaben gibt die vorliegende Erfindung einen axial durchströmten thermischen Luftmengenmesser gemäß Anspruch 1 an. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsbeispiele Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einlaßöffnung des Bereichs des Hilfsströmungskanals in der Mitte des Hauptströmungskanals angeordnet, und der radiale Bereich des Hilfsströmungskanals ist durch einen einzigen Bereich des Luftströmungskanals gebildet, der mit dem axialen Bereich des Hilfsströmungskanals und entweder mit mehreren Bereichen des Luftströmungskanals, die von dem einzigen Bereich des Luftströmungskanals abzweigen und sich zu den entsprechenden Auslaßöffnungen hin erstrecken, oder mit einem einzigen Bereich des Luftströmungskanals verbunden, der sich zur Auslaßöffnung hin erstreckt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Auslaßöffnung des radialen Bereichs des Hilfsströmungskanals innerhalb eines Bereich eines Radius von der Achse des Hauptströmungskanals angeordnet, der der Hälfte des Radius des Hauptströmungskanals entspricht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der radiale Bereich des Hilfsströmungskanals im radialen Wandbereich derart ausgebildet, daß die Auslaßöffnung im Mittelbereich des Hauptströmungskanals angeordnet ist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der radiale Bereich des Hilfsströmungskanals mindestens in einem Bereich in einer einzigen Ebene im wesentlichen senkrecht zum Hauptströmungskanal derart gekrümmt, daß er die Richtung des Luftstroms um etwa 180º ändert. Infolgedessen kann die Länge des radialen Bereichs des Hilfsströmungskanals vergrößert werden, wodurch die Pulsationen wesentlich verringert werden. Da der Luftströmungskanal ferner in einer einzigen Ebene ausgebildet ist, kann der Aufbau des Luftmengenmessers vereinfacht werden. Wenn der Bereich zum Ändern der Richtung des Luftstroms um 180º ferner für eine Verringerung des Druckverlustes einen glatten Bogen aufweist, wird eine Verrringerung der Geschwindigkeit des Luftstroms verhindert, und die Geräuschentwicklung am Ausgang, die sich durch einen zeitlich verschobenen Austritt des geteilten Luftstroms ergibt, der im Eckbereich des Bogenbereichs erzeugt wird, wird ebenfalls verringert. Infolgedessen kann eine stabile Ausgangsleistung des Luftmengenmessers erhalten werden, und das zwei-Werte-Phänomen infolge von Pulsationen im Ansaugluftstrom des Motors wird nicht so einfach auftreten.
Änderungen in der ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms, die stromauf vom Luftmengenmesser infolge von Unterschieden in der Position und Form des Luftreinigers und der Rohrleitung auftreten, sind im Umfangsbereich des Hauptströmungskanals größer als in seinem Mittelbereich. Daher wird bei einer Anordnung der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung des Hilfsströmungskanals innerhalb eines Bereichs eines Radius von der Achse des Hauptströmungskanals, der der Hälfte des Radius des Hauptströmungskanals entspricht, der Einfluß von Änderungen der ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms wirksam reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Endansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermischen Luftmengenmessers in der durch den Pfeil 1 in Fig. 2 gezeigten Richtung bei abgenommener Kanalabdeckung;
Fig. 2 eine Schniffansicht des thermischen Luftmengenmessers längs der Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3 die Beziehung der Positionen der Auslaßöffnungen des Hilfsströmungskanals gegenüber dem Hauptströmungskanal;
Fig. 4A - 4D Muster unterschiedlicher ungleichmäßiger Geschwindigkeitsverteilungen des Luftstroms zur Illustration von Änderungen derartiger Geschwindigkeitsverteilungen des Luftstroms und ihres Einflusses auf den Luftmengen messer;
Fig. 5 das zwei-Werte-Phänomen;
Fig. 6 eine Endansicht ähnlich wie in Fig. 1, die eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftmengenmessers zeigt, und
Fig. 7 bis 13 Endansichten ähnlich wie in Fig. 1, die eine dritte bis neunte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftmengenmessers zeigen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 1 bis 5 beschrieben.
In Fig. 1 und 2 umfaßt ein Körper 1, der durch Aluminium-Druckguß hergestellt wurde, den Hauptströmungskanal 2. Im Hauptströmungskanal 2 ist ein radialer, einstückig mit dem Körper 1 ausgeführter Wandabschnitt (spider) 3 in radialer Richtung angeordnet. Der radiale Wandabschnitt 3 umfaßt einen Hilfsströmungskanal 4, durch den ein Teil der Ansaugluft strömt. Der Hilfsströmungskanal 4 umfaßt eine Einlaßöffnung 4a, die zum Mittelabschnitt des Hauptströmungskanals 2 hin offen ist, einen axialen Hilfsströmungskanalbereich (ersten Bereich) 4b, der mit der Öffnung 4a verbunden ist und sich parallel zur Achse des Hauptströmungskanals 2 erstreckt, und zwei radiale Hilfsströmungskanalbereiche (zweite Bereiche) 4e und 4f, die sich in einer zum Hauptströmungskanal 2 senkrechten bzw. radialen Richtung erstrecken, die voneinander um 180º getrennt sind und die eine Auslaßöffnung 4c bzw. 4d aufweisen, die zum Hauptströmungskanal 2 hin offen ist. Die radialen Hilfsströmungskanäle 4e und 4f weisen jeweils die Form einer Nut auf, die zur Endfläche des radialen Wandabschnitts 3 hin offen ist. Die Nuten, die die radialen Bereiche des Hilfsströmungskanals 4e und 4f bilden, sind durch eine Kanalabdeckung 5 verschlossen, die an der Endfläche des radialen Wandabschnitts 3 mit Hilfe von Befestigungschrauben 6 befestigt ist. Fig. 1 zeigt den Zustand, in dem die Kanalabdeckung entfernt ist. Die Bezugsziffern 6a bezeichnen Schraubenlöcher, in die die Befestigungsschrauben 6 eingeschraubt werden. Die zwei radialen Bereiche der Hilfsströmungskanäle 4e bzw. 4f haben im wesentlichen halbkreisförmige, glatte Bogenbereiche 49 und 4h, die die Richtung des Luftstroms im wesentlichen um 180º ändern. Jede der Auslaßöffnungen 4c und 4d dieser radialen Bereiche der Hilfsströmungskanäle 4e und 4f ist innerhalb des Bereichs eines Radius von der Achse des Hauptströmungskanals angeordnet, der der Hälfte des Radius 'd' des Hauptströmungskanals entspricht, wie Fig. 3 zeigt.
Der radiale Wandabschnitt 3, der die zwei radialen Bereiche des Hilfsströmungskanals 4e und 4f umfaßt, trennt den Hauptströmungskanal 2, der den Kreisquerschnitt aufweist, in zwei Bereiche des Hauptströmungskanals 2a und 2b. Die Auslaßöffnungen 4c bzw. 4d des radialen Bereichs des Hilfsströmungskanals 4e und 4f sind zu den Bereichen des Hauptströmungskanals 2a und 2b hin offen.
Innerhalb des axialen Bereichs des Hilfsströmungskanals 4b sind ein Wärme erzeugendes Widerstandselement 7 und ein temperaturabhängiges Widerstandselement 8 zur Erfassung des Durchsatzes des Ansaugluftstroms des Motors angeordnet. Ein elektronisches Steuermodul 9 zur Umwandlung des Durchsatzes des von den Widerstandselementen 7 und 8 erfaßten Ansaugluftstroms des Motors in ein elektrisches Signal ist an der Außenfläche des Körpers 1 angeordnet.
Wenn Luft in den Körper 1 eintritt, strömt sie sowohl in den Hauptströmungskanal 2, als auch in den Hilfsströmungskanal 4, wie mit den Pfeilen in Fig. 2 gezeigt. Die Luft, die in den Hilfsströmungskanal 4 strömt, strömt zuerst durch den Bereich des Hilfsströmungskanals 4b, wo sie mit dem Wärme erzeugenden Widerstandselement 7 und dem temperaturabhängigen Widerstandselement 8 in Kontakt kommt und fließt dann sowohl in die Bereiche 4d als auch 4f des Hilfsströmungskanals. In diesen Bereichen 4d und 4f des Hilfsströmungskanals fließt die Luft zunächst nach außen, fließt danach durch die um etwa 180º gekrümmten Bereiche 4g und 4h in der Nähe der Umfangswand des Hauptströmungskanals 2, fließt dann in radialer Richtung nach innen und fließt schließlich aus dem Hilfsströmungskanal durch die Auslaßöffnungen 4c und 4d in die Bereiche 2a und 2b des Hauptströmungskanals im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2. Es ist anzumerken, daß der Körper 1 außer aus Aluminium auch aus anderen Materialien, wie z.B. Kunststoff, hergestellt sein kann.
Bei dem wie oben beschrieben angeordneten Luftmengenmesser vom Hitzdrahttyp, wird, wenn angenommen wird, daß der Druckverlust des Hilfsströmungskanals 4 gleich dem Druckverlust des Hauptströmungskanals 2 zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung des Hilfsströmungskanals 4 ist, die Beziehung zwischen dem Hauptströmungskanal 2 und dem Hilfsströmungskanal 4 wie folgt ausgedrückt:
LM dU/dt + Cm U²/2 = lb du/dt + u²/2
wobei bedeuten:
Lm: Die gleiche Länge des Hauptströmungskanals
U: Die Luftströmungsgeschwindigkeit im Hauptströmungskanal
Cm: Der Widerstandskoeffizient des Hauptströmungskanals
lb: Die gleiche Länge des Hilfsströmungskanals
u: Die Luftströmungsgeschwindigkeit im Hilfsströmungskanal
Cb: Der Widerstandskoeffizient des Hilfsströmungskanals.
Wenn daher Cm = U²/2 = Cb U²/2
verwendet wird, wird die dynamische Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Hauptluftstroms und der Geschwindigkeit des Hilfsluftstroms wie folgt ausgedrückt:
Lm = dU/dt = lb du/dt
Somit ist du = dU Lm/lb
Es ist daher möglich, die stoßweisen Änderungen der Geschwindigkeit des Hilfsstroms relativ zu dynamischen stoßweisen Änderungen der Geschwindigkeit des Hauptstroms durch Vergrößern der Gesamtlänge lb des Hilfsströmungskanals relativ zur Länge Lm des Hauptströmungskanals zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung des Hilfsströmungskanals zu reduzieren.
Bei Vierzylinder-Motoren ist das durch Pulsationen der Ansaugluft des Motors verursachte zwei-Werte-Phänomen bei der Ausgangsspannung des Luftmengenmessers ein schwerwiegendes Problem.Wenn der Ladedruck (Vakuum) durch Vergrößern der Öffnung der Drosselkappe erhöht wird, nimmt der vom Luftmengenmesser erfaßte Durchsatz des Luftstroms zu. Wenn jedoch der Ladedruck auf einen Wert erhöht wird, der über einem bestimmten Pegel liegt, was durch beinahe vollständiges Öffnen der Drosselklappe erzielt wird, nimmt, wie in Fig. 5 gezeigt ist, der Durchsatz des vom Luftmengenmesser erfaßten Lufstroms ab. Das bedeutet, daß entsprechend dem Durchsatz des vom Luftmengenmesser erfaßten Luftstroms zwei Ladedrücke (Öffnungen) vorhanden sind, wenn der Ladedruck einen bestimmten Pegel überschreitet. Daher kann die Steuereinheit die entsprechende Betriebsbedingung nicht ermitteln, wenn sie elektrische Signale erhält, die diese zwei Werte repräsentieren. Das ist das zwei-Werte-Phänomen. Da, wie oben beschrieben, ein Anstieg von Ib gegenüber Lm den Effekt hat, die Pulsationen im Hilfsströmungskanal zu verringern, ist ein Anstieg von lb für eine Beseitigung des zwei-Werte-Phänomens sehr effektiv.
Bei der vorliegenden Erfindung, sind, um den Aufbau zu realisieren, bei dem die Auslaßöffnungen 4c und 4d jedes radialen Bereichs 4e und 4f des Hufsströmungskanals im wesentlichen im Mittelbereich des Hauptströmungskanals angeordnet sind, die gekrümten Bereiche 4g bzw. 4h zur Änderung der Richtung des Luftstroms im wesentlichen um 180º in den radialen Bereichen 4e und 4f des Hilfsströmungskanals angeordnet. Auf diese Weise kann die Länge jedes radialen Bereichs 4e und 4f des Hilfsströmungskanals größer als der Radius des Hauptströmungskanals hergestellt werden. Insbesondere da die Auslaßöffnungen 4c und 4d der radialen Bereiche 4e und 4f des Hilfsströmungskanals innerhalb eines Bereichs angeordnet sind, der der Hälfte des Radius 'd' des Hauptströmungskanals in dieser Ausführungsform entspricht, kann die Länge jedes der radialen Bereiche des Hilfsströmungskanals 4e und 4f etwa doppelt so groß als der Radius des Hauptströmungskanals 2 sein. Infolgedessen können die Pulsationen des Ansaugluftstroms im Hilfsströmungskanal verringert werden, wodurch das zwei-Werte-Phänomen, das von den Pulsationen im Ansaugluftstrom des Motors hervorgerufen wird, weniger häufig auftritt.
Als nächstes wird die statische Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Hauptluftstroms und der Geschwindigkeit des Hilfsluftstroms unter den Bedingungen eines konstanten Zustands wie folgt ausgedrückt:
Lm = dU/dt + lb du/dt = 0.
Daher ist Cm U²/2 = Cb U²/2.
Somit ist u = U (Cm/Cb)
Es ist daher ersichtlich, daß die Geschwindigkeit des Hilfsluftstroms von der Geschwindigkeit des Hauptluftstroms abhängt.
Wie oben angegeben, ändert sich die Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms auf der stromaufwärts liegenden Seite des Luftmengenmessers in Abhängigkeit vom Aufbau des Luftreinigers und der Form der Rohreitung. Die Fig. 4A bis 4D zeigen Beispiele von Mustern der Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms. Bei dem in Fig. 4A gezeigten Muster ist die Geschwindigkeit des Luftstroms im wesentlichen in allen radialen und Umfangspositionen gleichmäßig. Bei den in den Fig. 4B bis 4D gezeigten Mustern ist die Geschwindigkeit des Luftstroms in den radialen und Umfangsrichtungen nicht gleichmäßig verteilt. Ähnliche Geschwindigkeitsverteilungen des Luftstroms treten in der Nähe der Auslaßöffnungen des Hilfsströmungskanals auf. Wie aus den Fig. 4A bis 4D hervorgeht, sind die Geschwindigkeitsänderungen des Luftstroms, die je nach den Änderungen im Verteilungsmuster eines ungleichmäßigen Luftstroms verursacht werden, in der Nähe der den Körper 1 vorgebenden Umfangswand größer als im Mittebereich des Hauptströmungskanals.
Wenn der in Fig. 4A gezeigte herkömmliche Luftmengenmesser, bei dem die Auslaßöffnungen 10a und 10b des Hilfsströmungskanals in der Nähe der Umfangswand des Hauptströmungskanals vorgesehen sind, den oben beschriebenen Änderungen der Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms unterworfen wird, ändert sich die Geschwindigkeit des Luftstroms 'u' im Hilfsströmungskanal infolge der relativ großen Änderungen der Luftstromgeschwindigkeit 'U' im Hauptströmungskanal in Wandnähe mit Leichtigkeit. Diese Tendenz verstärkt sich insbesondere dann, wenn der Hilfsströmungskanal eine einzige Auslaßöffnung aufweist. Sogar wenn der Hilfsströmungskanal zwei Auslaßöffnungen aufweist, wie in Fig. 5 gezeigt ist, wenn die Luft in einem ungleichmäßigen Verteilungsrnuster auf die eine Seite von der Mitte des Hauptströmungskanals strömt, wie in den in den Fig. 4B und 4C gezeigten Fällen, sind die Änderungen des Kanalwiderstands größer als in den in den Fig. 4A und 4D gezeigten Fällen, bei denen die Luft auf die beiden Seiten der Mitte strömt, wodurch Änderungen der Luftströmungsgeschwindigkeit leicht erzeugt werden.
Beim Luftmengenmesser sind, ausgenommen in speziellen Fällen, die Änderungen der Geschwindigkeit der Luftströmung in der Nähe der Mitte des Hauptströmungskanals kleiner als in der Nähe der Umfangswand. Daher ist die Anordnung der Auslaßöffnungen 4c und 4d der radialen Bereiche des Hilfsströmungskanals 4e und 4f im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2, wie in der beschriebenen Ausführungsform, zur Verringerung von Schwankungen der elektrischen Ausgangsleistung des Luftmengenmessers wirksam, die auftreten, wenn sich die Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms in der Nähe der Einlaßöffnung ändert (ungleichmäßiger Luftstrom).
Bei dieser Ausführungsform wird der Luftmengenmesser weniger von Änderungen der Geschwindigkeitsverteilung des Luftstroms beeinflußt, da nicht nur die Einlaßöffnung 4a des Hilfsströmungskanals 4, sondern auch die Auslaßöffnungen 4c und 4d im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2 angeordnet sind, und er kann daher in Luftansaugsystemen verwendet werden, die auf verschiedene Arten konstruiert sein können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist mit Hilfe von Experimenten bestätigt worden, daß die obengenannten Vorteile in der gleichen Weise erzielt werden können, wenn die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung des Hilfsströmungskanals 4 in einem Bereich eines Radius der Mittelachse des Hauptströmungskanals angeordnet sind, der der Hälfte des Radius des Hauptströmungskanals entspricht.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 6 beschrieben, die die gleiche Ansicht wie Fig. 1 zeigt, wobei die Kanalabdeckung abgenommen ist. Bei dieser Ausführungsform sind drei radiale Bereiche des Hilfsströmungskanals in unterschiedlichen radialen Richtungen ausgebildet.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Aufbau weist der radiale Wandabschnitt (spider) 3A eine Form auf, die den Hauptströmungskanal 2 in drei Bereiche unterteilt. Der radiale Wandabschnitt 3A weist einen radialen Bereich des Hilfsströmungskanals 40,.dessen Einlaßöffnung im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2 angeordnet ist, und drei radiale Bereiche des Hilfsströmungskanals 40a, 40b und 40c auf, die die gleiche Form wie die radialen Bereiche des Hilfsströmungskanals 4e und 4f der ersten Ausführungsform aufweisen, d.h., die radialen Bereiche des Hilfsströmungskanals 40a, 40b bzw. 40c weisen gekrümmte Bereiche 40g, 40h und 40i zur Änderung der Richtung des Luftstroms um etwa 180º auf, und die Auslaßöffnungen 40d, 40e und 40f sind im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2 angeordnet. Die oben angegebenen Vorteile der ersten Ausführungsform können bei der zweiten Ausführungsform ebenfalls erzielt werden. Es können auch vier oder mehr radiale Bereiche des Hilfsströmungskanals vorgesehen sein.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf die Fig. 7 bis 9 beschrieben; es sind die gleichen Ansichten wie sie in Fig. 1 gezeigt werden, und sie zeigen Luftmengen messer, bei denen die Kanalabdeckungen entfernt sind.
Bei der dritten, in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform weist ein radialer Wandabschnitt vom Auslegertyp 3B einen axialen Bereich eines Hilfsströmungskanals 41, dessen Einlaßöffnung im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2 angeordnet ist, und einen radialen Bereich eines Hilfsströmungskanals 41 a auf, der die gleiche Form aufweist wie die radialen Bereiche des Hilfsströmungskanals 4e und 4f der ersten Ausführungsform, d.h., der radiale Bereich des Hilfsströmungskanals 41a weist einen gekrümmten Bereich 41c zur Änderung der Richtung des Luftstroms um 180º auf, und seine Auslaßöffnung 41b ist im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2 angeordnet. Die oben angegebenen Vorteile der ersten Ausführungsform können auch bei dieser dritten Ausführungsform erzielt werden. Da des weiteren in dieser Ausführungsform der radiale Wandabschnitt 3B vom Auslegertyp ist, ist der Widerstand gegenüber dem Luftstrom im Hauptströmungskanal reduziert, wodurch sich der Druckverlust verringert.
Ferner können in dieser Ausführungsform eine Sensoreinheit, die aus dem radialen Wandabschnitt 3B besteht, der getrennt vom Körper 1 ausgebildet ist, und ein integriertes elektronisches Steuermodul, das am radialen Wandabschnitt 3B angeordnet ist, abnehmbar am Körper 1 angeordnet sein. Auf diese Weise wird der Aufbau des Körpers 1, der den Hauptströmungskanal vorgibt, vereinfacht. Ferner ist die anfängliche Einstellung und die Wartung erleichtert, da die Sensoreinheit als individuelle Einheit behandelt werden kann.
Bei der vierten, in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist im Hauptströmungskanal 2 ein radialer Wandabschnitt 3C ähnlich wie der in Fig. 1 gezeigte radiale Wandabschnitt 3 angeordnet. Dieser radiale Wandabschnitt 3C umfaßt einen axialen Bereich des Hilfströmungskanals 42, dessen Einlaßöffnung im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2 und einen radialen Bereich des Hilfsströmungskanals 42a, der eine einzige Auslaßöffnung 42b im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2 aufweist, und zwei gekrümmte Bereiche 42c und 42d zur Änderung der Richtung des Luftstroms um etwa 180º. Infolgedessen wird die Länge des Hilfsströmungskanals auf das Vierfache der Länge des Radius des Hauptströmungskanals erhöht. Da die Länge des Hilfsströmungskanals noch weiter vergrößert ist, kann bei dieser Ausführungsform das durch Pulsationen im Ansaugstrom des Motors stromab vom Luftmengenmesser hervorgerufene zwei-Werte-Phänomen weiter abgeschwächt werden. Diese Ausführungsform ist besonders wirksam, wenn sie bei Vierzylinder-Motoren verwendet wird, deren Ansaugluftstrom in einem hohen Maße schwankt.
Bei der in Fig. 9 gezeigten fünften Ausführungsform ist der radiale Wandabschnitt 3D vom Auslegertyp, wie bei der dritten, in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform. Er umfaßt einen axialen Bereich eines Hilfsströmungskanals 43, dessen Einlaßöffnung im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2 angeordnet ist, und einen zusammengesetzten radialen Hilfsströmungskanal 43e, der aus einem einzigen radialen Bereich des Hilfsströmungskanals 43a, der mit dem axialen Bereich des Hilfsströmungskanals 43 verbunden ist, und aus zwei getrennten Bereichen des Hilfsströmungskanals 43b und 43c besteht, die von dem einzigen radialen Bereich des Hilfsströmungskanals 43a abzweigen. Die Bereiche des Hilfsströmungskanals 43b und 43c des radialen Bereichs des Hilfsströmungskanals 43e weisen im Mittelbereich des Hauptströmungskanals die Auslaßöffnungen 43f bzw. 43g auf. Die Bereiche der getrennten Hilfsströmungskanalbereiche 43b und 43c, die von dem einzelnen Bereich des Hilfsströmungskanals 43a abzweigen, sind derart gekrümmt, daß sie die Bogenbereiche 43h und 43i bilden, wodurch die Richtung des Luftstroms um etwa 180º geändert wird. In dieser Ausführungsform kann die Möglichkeit eines Auftreten des zwei-Werte-Phänomens noch weiter reduziert werden, da gegenüber der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform die Länge des radialen Bereichs des Hilfsströmungskanals noch weiter vergrößert ist. Es ist ferner möglich, durch den radialen Wandabschnitt 3D und das elektronische Steuermodul 9, wie bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform eine Sensor-Einheit vorzusehen, die abnehmbar am Körper 1 angebracht werden kann. Ein derartiger Aufbau erleichtert die anfängliche Einstellung und die Wartung des elektronischen Steuermoduls.
Die sechste bis neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf Fig. 10 bis 13 beschrieben. Bei der in Fig. 10 gezeigten sechsten Ausführungsform ist der radiale Wandabschnitt 3E wie der in Fig. 1 gezeigte radiale Wandabschnitt 3 im Hauptströmungskanal 2 angeordnet. Der radiale Wandabschnitt 3E umfaßt einen axialen Bereich des Hilfsströmungskanals 44, dessen Einlaßöffnung im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2 angeordnet ist, und einen einzigen radialen Bereich des Hilfsströmungskanals 44a, der zur Änderung der Richtung des Luftstroms um etwa 180º einen gekrümmten Bereich 44c aufweist. Die Auslaßöffnung 44b des radialen Bereichs des Hilfsströmungskanals 44a ist relativ zur Achse des Hauptströmungskanals 2 versetzt angeordnet.
Bei der in Fig. 11 gezeigten siebten Ausführungsform ist der radiale Wandabschnitt 3F im Hauptströmungskanal 2 angeordnet. Der radiale Wandabschnitt 3F umfaßt einen axialen Bereich des Hilfsströmungskanals 45, dessen Einlaßöffnung relativ zur Achse des Hauptströmungskanals 2 versetzt angeordnet ist, und einen einzigen radialen Bereich des Hilfsströmungskanals 45a, der zur Änderung der Richtung des Luftstroms um 180º einen gekrümmten Bereich 45c aufweist. Die Auslaßöffnung 45b des radialen Bereichs des Hilfsströmungskanals 45a ist ebenfalls relativ zur Achse des Hauptströmungskanals 2 versetzt angeordnet.
Bei der in Fig. 12 gezeigten achten Ausführungsform ist der radiale Wandabschnitt 3G wie der in Fig. 1 gezeigte radiale Wandabschnitt 3 im Hauptströmungskanal 2 angeordnet. Der radiale Wandabschnitt 3G umfaßt einen axialen Bereich des Hilfsströmungskanals 46, dessen Einlaßöffnung relativ zur Achse des Hauptströmungskanals 2 versetzt angeordnet ist, und einen einzigen radialen Bereich des Hilfsströmungskanals 46a, der zur Änderung der Richtung des Luftstroms um etwa 180º einen gekrümmten Bereich 46c aufweist. Die Auslaßöffnung 46b des radialen Bereichs des Hilfsströmungskanals 46a ist im Mittelbereich des Hauptströmungskanals 2 angeordnet. Infolgedessen kann die Länge des Hilfsströmungskanals auf das Dreifache der Länge des Radius des Hauptströmungskanals vergrößert werden.
Bei der in Fig. 13 gezeigten neunten Ausführungsform ist der radiale Wandabschnitt 31 wie der in Fig. 12 gezeigte radiale Wandabschnitt 3G im Hauptströmungskanal 2 angeordnet. Dieser radiale Wandabschnitt 31 umfaßt einen axialen Bereich des Hilfsströmungskanals 47, dessen Einlaßöffnung relativ zur Achse des Hauptströmungskanals 2 versetzt angeordnet ist, und einen einzigen, zusammengesetzten radialen Bereich des Hilfsströmungskanals 47e, der aus einem einzigen radialen Bereich des Hilfsströmungskanals 47a, der mit dem axialen Bereich des Hilfsströmungskanals 47 verbunden ist, und zwei Bereichen des Hilfsströmungskanals 47b, und 47c besteht, die wie bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform vom Bereich des Hilfsströmungskanals 47a abzweigen. Die Bereiche des Hilfsströmungskanals 47b bzw. 47c weisen im Mittelbereich des Hauptströmungskanals Auslaßöffnungen 47f und 47g auf. Die Bereiche des Hilfsströmungskanals 47b und 47c, die vom Bereich des Hilfsströmungskanals 47a abzweigen, sind derart gekrümmt, daß sie Bogenbereiche 47h und 47i bilden, um die Richtung des Luftstroms um etwa 180º zu ändern.
Bei jeder der in den Fig. 10 bis 13 gezeigten Ausführungsformen ist die Länge des Hilfsströmungskanals wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen vergrößert. Infolgedessen kann das zwei-Werte-Phänomen, das durch Pulsationen im Ansaugluftstrom hervorgerufen wird, die stromab vom Luftmengenmesser auftreten, auf sehr effektive Weise verhindert werden.
Bei den in den Fig. 11 bis 13 gezeigten Ausführungsformen sind die Einlaßöffnungen jedes der axialen Bereiche des Hilfsströmungskanals 45, 46 und 47 im Hauptströmungskanal außermittig angeordnet. Die Einlaßöffnung kann daher eine elliptische Form aufweisen, um die Stabilität gegenüber einem ungleichmäßigen Luftstrom zu verstärken.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist es mit Hilfe der vorliegenden Erfindung möglich, einen thermischen Lufmengenmesser anzugeben, der weniger durch Änderungen der ungleichmäßigen Luftstromverteilung beeinflußt wird, die stromaufwärts vom radialen Wandabschnitt auftreten, und der in Luftansaugsystemen eingesetzt werden kann, die auf verschiedene Arten angeordnet sind. Es ist ebenfalls möglich, einen thermischen Luftmengenmesser anzugeben, bei dem das durch Pulsationen im Ansaugluftstrom des Motors hervorgerufene zwei-Werte-Phänomen weniger häufig auftritt, und der somit höchst zuverlässig ist.

Claims

1. Axial durchströmter thermischer Luftmengenmesser, der aufweist:

- einen Körper (1), in dem ein Hauptströmungskanal (2) vorgesehen ist, durch den die Ansaugluft strömt,

- einen radialen Wandabschnitt (3), der im Hauptströmungskanal (2) angeordnet ist,

und

- einen Hilfsströmungskanal (4), der im radialen Wandabschnitt (3) gebildet ist und in dem ein Wärme erzeugendes Widerstandselement (7) und ein temperaturabhängiges Widerstandselement (8) zur Erfassung des Durchsatzes des Ansaugluftstroms einer Brennkraftmaschine vorgesehen sind,

wobei der Hilfsströmungskanal aufweist:

(a) einen ersten Bereich (4b) , der eine zum Hauptströmungskanal (2) hin offene Einlaßöffnung (4a) aufweist und sich parallel zur Achse des Hauptströmungskanals (2) erstreckt und in dem die Widerstandselemente (7, 8) angeordnet sind,

(b) mindestens einen zweiten Bereich (4f), der sich in einer im wesentlichen zum Hauptströmungskanal (2) senkrechten Richtung erstreckt,

und

(c) eine zum Hauptströmungskanal (2) hin offene Auslaßöffnung (4d),

- wobei der zweite Bereich (4f) des Hilfsströmungskanals folgende drei Abschnitte entlang seiner Länge aufweist:

(A) einen ersten Abschnitt (4j; 43a; 47a), der sich vom stromabseitigen Ende des ersten Bereichs (4b) bis zu einem Punkt in der Nachbarschaft der Innenwand des Körpers (1) erstreckt,

(B) einen zweiten Abschnitt (4h; 43h, 47h; 42c), welcher der Innenwand des Körpers (1) benachbart angeordnet ist und einen Bogen von etwa 180º bildet,

und

(C) einen dritten Abschnitt (4k; 43b; 47b), der sich parallel zum ersten Abschnitt erstreckt und nach innen zum mittleren Bereich des Hauptströmungskanals (2) hin gerichtet und mit der Auslaßöffnung verbunden ist,

und

- alle Bereiche des Hilfsströmungskanals (4) innerhalb des Hauptströmungskanals (2) angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß der erste, der zweite und der dritte Abschnitt so ausgebildet sind, daß ihre Mittelachsen in einer einzigen Ebene senkrecht zur Achse des Hauptströmungskanals (2) liegen.

2. Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (4b) des Hilfsströmungskanals in der Mitte des Hauptströmungskanals (2) angeordnet ist.

3. Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (4b) des Hilfsströmungskanals außermittig im Hauptströmungskanal (2) angeordnet ist.

4. Luftmengenmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsströmungskanal (4) mehrere zweite Bereiche aufweist, die sich in einer zum Hauptströmungskanal (2) senkrechten Richtung erstrecken.

5. Luftmengenmesser nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsströmungskanal (4) zwei zweite Bereiche (4e, 4f) aufweist, die sich in einer zum Hauptströmungskanal (2) senkrechten Richtung erstrecken.

6. Luftmengenmesser nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsströmungskanal (4) drei zweite Bereiche (40a, 40b, 40c) aufweist, die sich in einer zum Hauptströmungskanal (2) senkrechten Richtung erstrecken.

7. Axial durchströmter thermischer Luftmengenmesser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt, der an die Innenwand des Hauptströmungskanals (2) angrenzt, so in zwei gekrümmte Teilbereiche (43h, 43i; 47h, 47i) verzweigt ist, daß diese den Bogen von etwa 180º sowie einen zweiten Bogen von etwa 180º bilden, und ein weiterer Abschnitt (43c, 47c) des zweiten Bereichs an den zweiten Bogen von etwa 180º angrenzt und sich parallel zum ersten Abschnitt (43a; 47a) erstreckt.

8. Luftmengenmesser nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (4c, 4d) des Hilfsströmungskanals (4) innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, der durch einen zur Achse des Hauptströmungskanals (2) koaxialen Kreis begrenzt ist, dessen Radius der Hälfte des Radius des Hauptströmungskanals (2) entspricht.

9. Luftmengenmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Einlaßöffnung (4a) als auch die Auslaßöffnung (4d) des Hilfsströmungskanals (4) innerhalb des durch den Kreis begrenzten Bereichs angeordnet sind.

10. Luftmengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich des Hilfsströmungskanals (4) einen dritten Abschnitt, der sich über den Hauptströmungskanal hinweg erstreckt, und einen weiteren Bogen von etwa 180º (42d) aufweist, der an die gegenüberliegende Innenwand des Körpers angrenzt, wobei ein weiterer Abschnitt mit diesem Bogen verbunden ist, der zum Mittelbereich des Hauptströmungskanals hin gerichtet und mit der Auslaßöffnung (42b) verbunden ist.