DE69525211T2

DE69525211T2 - Thermische Vorrichtung zum Messen der Luftströmung

Info

Publication number: DE69525211T2
Application number: DE69525211T
Authority: DE
Inventors: Shinya Igarashi; Hitoshi Ishikawa; Chihiro Kobayashi; Yasunori Mouri; Kaoru Uchiyama
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 1994-10-18
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2015-10-18
Also published as: EP0708315A3; DE69533006T2; KR960014888A; EP1304551A1; US5696321A; CN1135044A; JPH08114475A; KR100402728B1; EP1146320A1; CN1064450C; DE69535984D1; EP0708315A2; EP0708315B1; DE69525211D1; EP1304551B1; JP3193837B2; DE69533006D1; EP1380816A1; EP1146320B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft 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. Insbesondere betrifft die Erfindung ein thermisches Luftströmungsmeßinstrument, das sich zum Messen der Strömungsrate der Einlaßluft in einer Brennkraftmaschine eignet.
Ein Beispiel des herkömmlichen Instruments ist ein Hitzdrahtströmungsmesser, bekannt aus der ungeprüften Veröffentlichung des JP 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.
Um die Strömungsrate in ihrer ganzen Spannweite von einer stationären Strömung bis zu einer pulsierendn Strömung mit Rückströmung genau ermitteln zu können, ist es notwendig, die durch Abziehen der Rückströmung von der Vorwärtsströmung erhaltene Strömungsrate zu ermitteln, um den Plusfehler im Ausgang des Strömungsmeßinstruments zu reduzieren, wenn sich eine Rückströmung ergibt. Die Technik bekannt aus der ungeprüften Veröffentlichung des japanischen Patents Nr. 62-812 ermöglicht den Ausgang eines Strömungssignals, das sowohl die Vorwärtsströmung als auch die Rückströmung repräsentiert, und die Reduzierung eines solchen Plusfehlers ist schon berücksichtigt worden.
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 Hilfsluftpassage angeordnet sind, um den Druck in einer Gegend der Hauptluftpassage um den Auslaß der Hilfsluftpassage herum zu reduzieren. Diese Anordnung ist vorgesehen, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen.
In der oben beschriebenen herkömmlichen Technik enthält jedoch das Ausgangssignal, wenn die Luft pulsierend einströmt, einen Minusfehler. Dies liegt an der nichtlinearen Natur der Abstrahlungseigenschaften des Heizwiderstands und einer Reaktionsverzögerung. Da dies durch eine pulsierende Vorwärtsströmung verursacht wird, konnte dieses Problem nicht durch Messen der Rückströmungsrate gelöst werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, ein thermisches Luftströmungsmessgerät zu schaffen, das in der Lage ist, die Strömungsrate eines Fluids zu messen, inklusiv Vorwärtsströme und Rückwärtsströme, wie pulsierende Ströme, die einen Rückwärtstrom enthalten.
In der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 1 definiert wird, 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 Vorwärtströmung 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 größer als die Länge der Hilfspassage entlang der Vorwärtsströmung durch die Hauptpassage, wobei Minusfehler aufgehoben werden. 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.
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 statt dessen einen gebogenen Kanal stromaufwärts der Fluidpassage gibt, ist die Strömungsgeschwindigkeit an einem äußeren Abschnitt des gebogenen Abschnitts 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 Temperaturerfassungwiderstände 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 Aulaß 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.
Obwohl bereits ein thermisches Luftströmungsmeßinstrument bekannt ist, das beurteilt, ob die Strömung vorwärts oder rückwärts geht, und das die Strömungsrate mißt, ist keine Technik bekannt geworden, mit der ein Minusmessungsfehler aufgrund einer pulsierenden Strömung vermieden werden kann, während die Effekte gewährleistet bleiben, die das bekannte Messinstruments erzielt. Die vorliegende Erfindung liefert dazu eine Lösung.
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 Temperaturerfassungswiderständen 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.
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 vorwärtsströmende 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.
Der Einlaßabschnitt der Hilfspassage kann in eine tellerartige Konfiguration ausgebildet werden, um den Abschnitt, der den Druck aufnimmt, zu vergrößern, um die Strömung entgegenzunehmen. In diesem Fall wird ein großer Bereich der Strömung durch diesen tellerartigen Einlaßabschnitt in die Hilfspassage eingebracht, 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 Auslaß 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. 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.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine längsverlaufende Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines thermischen Luftströmungsmessinstruments der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1A ist eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1, allerdings zeigt sie eine modifizierte Form des Instruments von Fig. 1;
Fig. 2 ist eine Seitenaufsicht bezüglich der Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermischen Luftströmungsmessinstruments;
Fig. 4 ist eine Seitenaufsicht bezüglich der Linie IV-IV von Fig. 3;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Heizwiderstandes gezeigt in Fig. 3;
Fig. 5A ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht bezüglich der Linie A-A von Fig. 5;
Fig. 6 ist eine längsverlaufende Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermischen Luftströmungsmessinstruments;
Fig. 7 ist eine Seitenaufsicht bezüglich der Linie VII-VII von Fig. 6;
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht geschnitten an der Linie VIII- VIII von Fig. 6;
Fig. 9 ist eine längsverlaufende Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen thermischen Luftströmungsmessinstruments, enthalten in einem Drosselkörper;
Fig. 10 ist eine längsverlaufende Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen thermischen Luftströmungsmessinstruments, enthalten in einem Luftfilter;
Fig. 11 ist eine längsverlaufende Querschnittsansicht eines Luftfiltergehäuses mit einem erfindungsgemäßen thermischen Luftströmungsmeßinstrument;
Fig. 12 zeigt ein Brennkraftmaschinensteuerungssystem mit einem erfindungsgemäßen thermischen Luftströmungsmessinstrument;
Fig. 13 ist ein Diagramm das die Meßergebnisse der Strömungsrate der Einlaßluft in einer Brennkraftmaschine mit einem herkömmlichen thermischen Luftströmungsmeßinstrument zeigt; und
Fig. 14 ist ein Diagramm, das die Messergebnisse der Strömungsrate der Einlaßluft in einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen thermischen Luftströmungsmessinstrument zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Figs. 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 eletrisch 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 stromauf und stromabseitig 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 Einlaßöffnung 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 Auslaßöffnung 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.
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. 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.
Die Hilfspassage 3, die die Temperatuerfassungswiderstände 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 1 zwischen der Einlaßverbindung 301 und der Auslaßöffnung 305 in Strömungsrichtung in der Hauptpassage 5. Daher kann die L-förmige Hilfspassage 3 durch eine S-förmige Passage wie in Fig. 1A ersetzt werden.
Nun soll eine weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben werden, unter Bezugnahme auf Fig. 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.
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.
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 Schaltungsgehäuses ist von einer Abdeckung 10, die fest mit ihr verbunden ist, abgedeckt.
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. 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 Auslaßöffnung 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 1 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 Auslaßöffnung 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 Hauptpassage 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 Fig. 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 S&sub1; 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 S&sub2; dargestellt. Das Verhältnis zwischen den beiden Abständen S&sub1; und S&sub2; ist so bestimmt, daß S&sub1; : S&sub2; = 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 verhindert 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 Nut 404 wird von einem Stufenabschnitt an der Haltevorrichtung 19 und die Bindeoberfläche 402 des die Hifspassage bildenden Teils 4 gebildet. Ein Runddichtring 20 wird in dieser Nut 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.
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.
Fig. 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 obenstehenden Ausführungsformen enthält die Hilfspassage 3 eine L-förmige Passage mit einem ersten Druchgang 302 und einem zweiten Durchgang 304, und einem dritten Durchgang 309 zum Einbringen einer Rückströmung. In der Hilfspassage 3, die mit dem Durchflussmesskörper 6 integral ausgeformt ist, wird eine Nut, 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 Auslaßöffnungen 305 sind jeweils an gegenüberliegenden Seiten eine 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 Auslaßöffnungen 305 angeordnet. Ein Einlaßverbindungsabschnitt 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.
Fig. 9 zeigt ein thermisches Luftströmungsmeßinstrument, in dem ein Modul, gebildet durch integrales Kombinieren des Schaltungsabschnitts mit dem Hilfspassagenteil, wie in Fig. 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 Fig. 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.
Fig. 10 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, in der ein Modul, das durch integrales Kombinieren des Schaltungsabschnitts mit dem Hilfspassagenteil aus Fig. 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.
Fig. 11 zeigt eine weitere erfindungsmäßige Ausführungsform, in der ein Modul, das durch integrales Kombinieren des Schaltungsabschnitts mit dem Hilfspassagenteil aus Fig. 3 gebildet wird, auf einem Abschnitt eines Luftfilters montiert wird. Somit ist diese Ausführungsform im Grunde ähnlich der Ausführungsform in Fig. 10. In der Ausführungsform in Fig. 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 Fig. 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 einen Betrag entsprechend der Länge der Zuleitung 28 aus Fig. 10 reduziert werden, so daß das Einlaßsystem eine kompakte Gestalt haben kann. Obwohl sowohl die Zuleitung 28 (Fig. 10) als auch die Zuleitung 31 (Fig. 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 mechanischen Stärke fest am Verkleidungsteil 27 angebracht.
Zum Schluss soll unter Bezugnahme auf Fig. 12 ein Steuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung beschrieben werden, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird.
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 Einspritzventil 105, dem der Kraftstoff zugeführt wird, und wird dann in den Motorzylinder 107 eingesogen. Gas 108, das im Motorzylinder erzeugt wird, wird durch einen Abgaskrümmer 109 ausgelassen.
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 Kraftstoff und den Öffnungsgrad eines Leerlaufluftsteuerungsventils zu ermitteln und dann in Übereinstimmung mit diesen so ermittelten Werten das Einspritzventil 105 und ein Leerlaufluftsteuerungsventil 115 zu steuern.
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. Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung der Motordrehzahlt (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. Fig. 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 Fig. 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.

Claims

1. Thermisches Luftströmungsmessinstrument mit einem Teil (4), das in eine Hauptfluidpassage (5) hineinsteht und eine Hilfsfluidpassage (3) definiert, wobei die Hilfsfluidpassage (3) enthält

- einen ersten Abschnitt (302) mit einem ersten Ende, das eine erste Öffnung (301) aufweist, die als Strömungseingang für in der Hauptfluidpassage in eine erste Richtung (17) strömende Luft dient und mit einem zweiten Ende,

- einen zweiten Abschnitt (304) mit einem ersten Ende, das in einer Fluidverbindung mit dem zweiten Ende des ersten Abschnitts (302) ist und mit einem zweiten Ende mit einer zweiten Öffnung (305), die als Strömungsausgang für Luft dient, die in die Hilfsfluidpassage (3) über die Öffnung (301) des ersten Abschnitts (302) eingeströmt ist,

gekennzeichnet durch

- die Länge (L) des Fluidströmungspfads der Hilfsfluidpassage (3), die länger ist als der Abstand (1) zwischen der ersten Öffnung (301) und der zweiten Öffnung (305) in einer Richtung parallel zu der Luftströmung in der Hauptpassage (5),

- zwei Temperaturerfassungswiderstände (1a, 1b), die in dem ersten Abschnitt (302) nahe zueinander und etwas voneinander beabstandet im Verhältnis zur Längsachse der Hauptfluidpassage (5) derart angeordnet sind, das einer der Widerstände (1b) stromab des anderen Widerstands (1a) angeordnet ist, wenn ein Fluid von dem ersten Ende des ersten Abschnitts (302) zum zweiten Ende des ersten Abschnitts (302) strömt,

- eine dritte Öffnung (309) der Hilfsfluidpassage (3), die als Strömungseingang für Luft dient, die in einer Strömungsrichtung strömt, die entgegengesetzt zur ersten Strömungsrichtung (17) der Hauptfluidpassage (5) liegt, wobei die dritte Öffnung (309) einen kleineren Querschnitt aufweist als der zweite Abschnitt (304), so daß der überwiegende Teil des in die Hilfsfluidpassage (3) über die erste Öffnung (301) des ersten Abschnitts (302) eingebrachten Fluids durch den zweiten Abschnitt (304) strömen kann und wobei die dritte Öffnung (309) so in der Hilfsfluidpassage (3) angeordnet ist, daß die dritte Öffnung (309) stromab der Temperaturerfassungswiderstände (1a, 1b) angeordnet ist, wenn ein Fluid über die Öffnung (301) durch den ersten Abschnitt (302) strömt, so daß ein Fluid, das in der entgegengesetzten Richtung zur ersten Richtung (17) strömt und über die dritte Öffnung (309) eintritt in Richtung auf die Temperaturerfassungswiderstände (1a, 1b) gerichtet wird, und

- Mittel zum Beurteilen, aus der Differenz zwischen den elektrischen Signalen erhalten von den zwei Temperaturerfassungswiderständen (1a, 1b) und entsprechenden der von den Widerständen zu dem Fluid abgestrahlten Wärmemenge, ob die Strömungsrichtung in dem ersten Abschnitt (302) von dem ersten Ende des ersten Abschnitts (302) zu dem zweiten Ende des ersten Abschnitts (302) erfolgt oder dazu entgegengesetzt ist, wobei die Mittel zum Beurteilen ein Signal entsprechend einer Strömungsmenge des Fluids in dem ersten Abschnitt (302) ausgeben können und dadurch eine Angabe über eine Strömungsrate in der Hauptfluidpassage (5) erlauben.

2. Instrument nach Anspruch 1, in dem die Hilfspassage innerhalb einer Einlaßluftpassage einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

3. Instrument nach Anspruch 1 oder 2, in dem der erste Abschnitt (302) im wesentlichen parallel zu einer ersten Richtung (17) einer Hauptströmung des Fluids in der Hauptfluidpassage (5) ist, wobei der zweite Abschnitt (304) im wesentlichen rechtwinklig an einer Position stromab der Temperaturerfassungswiderstände (1a, 1b) gebogen ist und sich in eine Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Hauptströmung erstreckt, wobei der erste und der zweite Abschnitt (302, 304) miteinander unter Bildung einer im wesentlichen L-förmigen Passage verbunden sind und wobei die dritte Öffnung (309) unmittelbar stromab der Temperaturerfassungswiderstände (1a, 1b) vorgesehen sind und sich im wesentlichen parallel zum ersten Abschnitt (302) erstreckt, wobei die dritte Öffnung (309) einen kleineren Querschnitt aufweist als der zweite Abschnitt (304).

4. Instrument nach Anspruch 1, wobei die dritte Öffnung ( 309) in Richtung der Vorwärtsströmung divergiert.

5. Instrument nach Anspruch 1, wobei die dritte Öffnung (309) eine aufgeweitete Öffnung ist, die sich in eine Richtung weg von den Temperaturerfassungswiderständen (1a, 1b) aufweitet.

6. Instrument nach Anspruch 1, wobei ein innerer Durchmesser des Abschnitts der dritten Öffnung (309) mit dem kleinsten Durchmesser im wesentlichen gleich ist zu einer Länge 1 der Temperaturerfassungswiderstände (1a, 1b).

7. Instrument nach Anspruch 1, wobei das die Hilspassage bildende Teil (4) zumindest eine schräge Oberfläche (307) aufweist, die weg von der Öffnung (301) geneigt ist, um den Negativdruck an der zweiten Öffnung (305) zu erhöhen.

8. Instrument nach Anspruch 1, wobei ein offenes Ende des zweiten Abschnitts (304), der als ein Auslaß der Hilfspassage (3) für die Vorwärtsströmung dient, in einer Ebene im wesentlichen parallel zu der Richtung, der Hauptströmung in der Hauptfluidpassage (5) angeordnet ist.

9. Instrument nach Anspruch 8, wobei eine Vorstehung zum Ablenken der Fluidströmung an einer stromaufliegenden Seite und/oder einer stromabliegenden Seite des offenen Endes des zweiten Abschnitts (304) ausgebildet ist.

10. Instrument nach Anspruch 1, wobei die Hilfspassage (3) in einem Stück mit der Hauptfluidpassage (5) ausgebildet ist.

11. Instrument nach Anspruch 1, wobei das die Hilfspassage (3) bildende Teil (4) integral mit einem Schaltungsmodul ausgebildet ist, das eine elektronische Schaltung (8) enthält, die elektrisch mit den Temperaturerfassungswiderständen (1a, 1b) verbunden ist, um die Widerstände (1a, 1b) zu steuern und ein elektrisches Ausgangssignal zu liefern, das den in den Widerständen (1a, 1b) strömenden Strom repräsentiert.

12. Instrument nach Anspruch 10, wobei das die Hilfspassage (3) bildende Teil (4) aus einem Kunststoffmaterial gegossen ist.

13. Instrument nach Anspruch 11, wobei das die Hilfspassage (3) bildende Teil (4) aus einem Kunststoffmaterial gegossen ist.

14. Instrument nach Anspruch 13, wobei das die Hilfspassage bildende Teil (4) und das Schaltungsmodul, die integral miteinander verbunden sind, wieder entfernbar an einem Körper (6) montiert sind, der die Hauptfluidpassage (5) definiert.

15. Instrument nach Anspruch 14, welches ein Teil des Luftfilters (100), des Drosselkörpers (104) oder des Einlaßkrümmers (106) eines Einlaßsystems einer Brennkraftmaschine ist.

16. Steuersystem, das eine Brennkraftmaschine steuert, die das thermische Luftströmungsmessinstrument gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15 verwendet.