DE102016114141A1

DE102016114141A1 - Luftströmungsraten-Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102016114141A1
Application number: DE102016114141.0A
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION Ban Takao; c/o DENSO CORPORATION Yamaguchi Junzo; c/o DENSO CORPORATION Itakura Keisuke
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2017-03-02
Also published as: US10429223B2; JP2017044598A; JP6641789B2; US20170059381A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung sieht eine Luftströmungsraten-Messvorrichtung (1) vor, die in einer Saugluftleitung (2) angeordnet ist. Die Luftströmungsraten-Messvorrichtung (1) misst eine Strömungsrate der durch die Saugluftleitung (2) strömenden Ansaugluft. Die Luftströmungsraten-Messvorrichtung beinhaltet ein Gehäuse (7), einen Strömungsratensensor (80) und ein Sensormodul (40). Das Gehäuse (7) definiert eine Umgehungsleitung (60), in die ein Anteil der Ansaugluft eingelassen wird. Der Strömungsratensensor (80) ist in der Umgehungsleitung (60) angeordnet. Der Strömungsratensensor (80) erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend einer Strömungsrate der Ansaugluft. Das Sensormodul (40) steht von einer Außenwand des Gehäuses (7) vor. Das Sensormodul (40) beinhaltet eine Multisensoreinheit (41), die einen Relativ-Feuchtigkeitssensor (42) und einen Temperatursensor (63) aufweist. Der Relativ-Feuchtigkeitssensor (42) liegt zu einer Innenseite der Saugluftleitung (2) frei, so dass eine relative Feuchtigkeit der durch die Saugluftleitung (2) strömenden Ansaugluft erfasst wird. Der Temperatursensor (43) erfasst eine Temperatur der durch die Saugluftleitung (2) strömenden Ansaugluft.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Luftströmungsraten-Messvorrichtung, die eine Strömungsrate einer in einem Maschinensystem verwendeten Ansaugluft misst.
Hintergrund
Eine Luftströmungsraten-Messvorrichtung, die eine Strömungsrate einer Ansaugluft unter Ausnutzung einer Wärmeübertragung mit Luft bei gleichzeitiger Erfassung einer Mehrzahl von physikalischen Größen der Ansaugluft misst, ist allgemein bekannt. In einem Maschinensystem ist zum Erreichen eines geringen Kraftstoffverbrauchs eine fortschrittliche Maschinensteuerung notwendig. Somit ist neben dem Messen einer Strömungsrate der Ansaugluft eine hochgenaue Messung der physikalischen Größen der Ansaugluft, wie z. B. einer absoluten Feuchtigkeit, einer Temperatur, eines Drucks oder dergleichen, notwendig. Diese physikalischen Größen sind wichtige Informationen, zu denen ein Verbrennungsvorgang des Maschinensystems gehört, und werden zum Berechnen von z. B. einer Kraftstoffeinspritzzeit herangezogen.
In einer Strömungsraten-Messvorrichtung, die in der Patentschrift 1 ( JP 2011-075357 A ) oder der Patentschrift 2 ( JP 2015-004556 A ) offenbart ist, ist z. B. ein Feuchtigkeitssensor zum Berechnen einer absoluten Feuchtigkeit einer Ansaugluft bereitgestellt. Der Feuchtigkeitssensor beinhaltet einen Relativ-Feuchtigkeitsdetektor, der eine relative Feuchtigkeit erfasst, und einen Temperaturdetektor, der die absolute Feuchtigkeit basierend auf der relativen Feuchtigkeit berechnet. Weiterhin ist neben dem Temperaturdetektor (in anderen Worten einem ersten Temperaturdetektor) ein zweiter Temperaturdetektor, der zum Erfassen einer Temperatur der Ansaugluft vorgesehen ist, an einer Position angeordnet, wo die Ansaugluft mit dem zweiten Temperaturdetektor direkt in Kontakt gebracht wird.
In der in der Patentschrift 1 und Patentschrift 2 beschriebenen Konfiguration beinhaltet der Feuchtigkeitssensor den Relativ-Feuchtigkeitssensor und den ersten Temperaturdetektor zum Berechnen einer absoluten Feuchtigkeit der Ansaugluft. Der erste Temperaturdetektor des Feuchtigkeitssensors nimmt eine Ansaugluft durch eine Nebenleitung auf, die im Inneren der Luftströmungsraten-Messvorrichtung abzweigt, und der erste Temperaturdetektor ist an einer Position angeordnet, wo die Ansaugluft mit dem ersten Temperaturdetektor nicht direkt in Kontakt gebracht wird. Daher kann der erste Temperaturdetektor keine reelle Temperatur der Ansaugluft erfassen, und somit ist der zweite Temperaturdetektor zusätzlich an einer Position angeordnet, wo die Ansaugluft mit dem zweiten Temperaturdetektor direkt in Kontakt gebracht wird. Folglich werden zwei Temperatursignale von dem ersten und dem zweiten Temperaturdetektor ausgegeben. Somit ist der zweite Temperaturdetektor als eine Ansauglufttemperatur-Messvorrichtung zusätzlich notwendig, die eine Temperatur einer Ansaugluft erfasst. Folglich erhöht sich die Anzahl von Komponenten, wie z. B. Anschlüssen und Kabelbäumen, was die Vorrichtung verkomplizieren würde.
Weiterhin ist der Relativ-Feuchtigkeitsdetektor des Feuchtigkeitssensors an einer Position angeordnet, wo die Ansaugluft mit dem Relativ-Feuchtigkeitsdetektor nicht in Kontakt gebracht wird. Daher kann eine relative Feuchtigkeit der Ansaugluft nicht genau erfasst werden, und somit würde sich die Genauigkeit der Berechnung der absoluten Feuchtigkeit der Ansaugluft aufgrund eines Messfehlers der relativen Feuchtigkeit verschlechtern.
Im Hinblick darauf ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Luftströmungsraten-Messvorrichtung zu schaffen, die eine Berechnung einer absoluten Feuchtigkeit einer Ansaugluft genau ausführt und eine Temperatur der Ansaugluft ohne einen zusätzlichen Temperatursensor misst, der dem Erfassen einer Temperatur der Ansaugluft gewidmet ist.
Kurzfassung
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Luftströmungsraten-Messvorrichtung in einer Saugluftleitung für eine Ansaugluft angeordnet, die in ein Maschinensystem eingelassen werden soll. Die Luftströmungsraten-Messvorrichtung misst eine Strömungsrate der Ansaugluft, die durch die Saugluftleitung strömt. Die Luftströmungsraten-Messvorrichtung beinhaltet ein Gehäuse und ein Sensormodul.
Das Gehäuse definiert eine Umgehungsleitung, die einen Anteil der Ansaugluft, die durch die Umgehungsleitung strömt, einlassen soll.
Der Strömungsratensensor ist in der Umgehungsleitung angeordnet. Der Strömungsratensensor erzeugt ein Ausgangssignal gemäß einer Strömungsrate der Ansaugluft, die in die Umgehungsleitung eingelassen wird.
Das Sensormodul steht von der äußeren Wand des Gehäuses vor und beinhaltet die Multisensoreinheit, die eine relative Feuchtigkeit und eine Temperatur einer Ansaugluft, die durch die Saugluftleitung strömt, erfasst. Die Multisensoreinheit liegt zur Innenseite der Ansaugluftleitung frei und ist mit dem Sensormodul integral verbunden. Die Multisensoreinheit ist von dem Gehäuse entfernt positioniert. Der Relativ-Feuchtigkeitssensor und der Temperatursensor der Multisensoreinheit sind vorzugsweise nahe nebeneinander angeordnet. Weiterhin ist das Sensormodul vorzugsweise durch Einformen in Harz integral mit der Multisensoreinheit ausgebildet.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt beinhaltet das Sensormodul, das von der äußeren Wand des Gehäuses vorsteht, die Multisensoreinheit, die den Relativ-Feuchtigkeitssensor und den Temperatursensor aufweist, der von dem Gehäuse entfernt positioniert ist, und der zu der Innenseite der Ansaugluftleitung freiliegt. Da die Multisensoreinheit zu der Innenseite der Ansaugluftleitung freiliegt, wird eine Ansaugluft in der Saugluftleitung mit der Multisensoreinheit direkt in Kontakt gebracht. Da die Multisensoreinheit entfernt von dem Gehäuse angeordnet ist, ist die Multisensoreinheit zudem nicht in direktem Kontakt mit dem Gehäuse. Daher wird eine Wärme der Ansaugluft direkt auf die Multisensoreinheit übertragen, und ein Temperaturanstieg der Ansaugluft infolge einer Wärmeübertragung von dem Gehäuse auf die Multisensoreinheit kann unterbunden werden. Somit können negative Effekte von dem Gehäuse verhindert werden, wodurch eine Temperatur der Ansaugluft genau gemessen werden kann.
Weiterhin kann die Multisensoreinheit, die den Relativ-Feuchtigkeitssensor und den Temperatursensor beinhaltet, gleichzeitig eine Temperatur an dem Relativ-Feuchtigkeitssensor und eine Temperatur an der Saugluftleitung direkt erfassen. Somit kann eine Berechnung einer absoluten Feuchtigkeit von einer relativen Feuchtigkeit und eine Messung einer Ansauglufttemperatur genau ausgeführt werden. Folglich kann auf einen normalerweise zum dedizierten Erfassen einer Temperatur in der Saugluftleitung verwendeten zusätzlichen Temperatursensor verzichtet werden, während eine Berechnung einer absoluten Feuchtigkeit einer Ansaugluft von einer relativen Feuchtigkeit und eine Messung einer Ansauglufttemperatur genau ausgeführt werden können.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die vorstehenden und weiteren Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Maschinensystem, das eine Luftströmungsraten-Messvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform verwendet.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Luftströmungsraten-Messvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
3 ist ein Diagramm der Luftströmungsraten-Messvorrichtung, die in einem Luftkanal angeordnet ist.
4 ist ein Diagramm der Luftströmungsraten-Messvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ist ein Diagramm eines Sensormoduls gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ist ein Systemblock gemäß der ersten Ausführungsform; und
7 ist ein Systemblock gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Ausführliche Beschreibung
Eine Mehrzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend ausführlich erläutert. Es muss nicht darauf hingewiesen werden, dass die Ausführungsformen beispielhaft für die vorliegende Offenbarung sind und diese daher nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Weiterhin ist einer jeden von den im Wesentlichen identischen Strukturen von den Ausführungsformen ein jeweils gemeinsames Bezugszeichen zugeordnet, und auf eine Beschreibung von im Wesentlichen identischen Strukturen wird daher in den nachfolgenden Ausführungsformen verzichtet.
Unter Bezugnahme auf 1 wird zunächst eine schematische Konfiguration eines Maschinensystems beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet das Maschinensystem 10 eine Fremdzündungsmaschine 13. Die Maschine 13 ist z. B. eine Mehrzylindermaschine, wie z. B. eine Vierzylindermaschine, auch wenn 1 nur einen Querschnitt von einem der Zylinder zeigt. Die nachstehende Beschreibung kann für die anderen Zylinder gelten, die in 1 nicht gezeigt sind.
Das Maschinensystem 10 von 1 beinhaltet kein AGR-(Abgasrückführungs-)System. Selbst wenn das AGR-System bereitgestellt wäre, würde das AGR-System nicht dargestellt werden, weil es in Bezug auf die technischen Merkmale der vorliegenden Offenbarung von geringer Bedeutung ist. Weiterhin ist ein in einer Abgasleitung angeordneter Katalysator ebenfalls nicht dargestellt.
In der Maschine 13 wird ein Gasgemisch aus einer Ansaugluft, die von einem Ansaugkrümmer 15 durch einen Luftfilter 112 und ein Drosselklappenventil 14 zugeführt wird, und einem Kraftstoff, der von einem Injektor 16 eingespritzt wird, in einer Brennkammer 17 verbrannt. Ein Kolben 18 bewegt sich infolge einer Explosionsleistung durch die Verbrennung hin- und her. Durch einen Auspuffkrümmer 20 wird ein Abgas in die Atmosphäre freigegeben.
Ein Einlassventil 22 ist in einem Einlasskanal eines Zylinderkopfs 21 angeordnet, der einen Einlass der Brennkammer 17 darstellt, wo hingegen ein Auslassventil 23 in einem Auslasskanal des Zylinderkopfs 21 angeordnet ist, der einen Auslass der Brennkammer 17 darstellt. Das Einlassventil 22 und das Auslassventil 23 werden zum Öffnen oder Schließen der jeweiligen Kanäle durch Ventilantriebsmechanismen 24 betätigt. Die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 22 wird durch einen variablen Ventilmechanismus 25 angepasst.
Eine Zündung des Gasgemischs in der Brennkammer 17 erzeugt eine Funkenentladung in der Brennkammer 17 doch Anlegen einer hohen Spannung an die Zündkerze 11 von der Zündspule 19.
Die elektrische Steuereinheit 27 besteht aus einem Mikrocomputer, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und einen Eingangs-/Ausgangs-Port beinhaltet, der als eine „ECU” in der Zeichnung dargestellt ist.
Wie in dem gestrichelten Pfeil gezeigt ist, gibt die elektronische Steuereinheit 27 Erfassungssignale von einem Drosselklappenöffnungswinkel-Sensor 28 ein und der Luftströmungsraten-Messvorrichtung 1 ein. Die elektrische Steuereinheit 27 verwendet die Erfassungssignale zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzzeit, und dann steuert die elektrische Steuereinheit 27, wie durch den dicken Pfeil gezeigt ist, einen Betriebszustand der Maschine 13 durch Betätigen des Drosselklappenventils 14 und des Injektors 16. Auf diese Weise bilden die Erfassungssignale von der Luftströmungsraten-Messvorrichtung 1 wichtige Informationen zum hochgenauen Steuern des Betriebszustands des Maschinensystems 10.
(Erste Ausführungsform)
Anschließend erfolgt unter Bezugnahme auf 2 bis 6 eine Beschreibung der Konfiguration der Luftströmungsraten-Messvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Die Luftströmungsraten-Messvorrichtung 1 beinhaltet ein Gehäuse 7, einen Strömungsratensensor 80 und ein Sensormodul 40.
Wie in 2 gezeigt ist, beinhaltet das Gehäuse 7 einen Sensorverbinder 90 und den Strömungsratensensor 80. Der Sensorverbinder 90 definiert eine Umgehungsleitung 60, durch die eine Ansaugluft strömt, und der Sensorverbinder 90 ist mit dem Gehäuse 7 integral ausgebildet. Der Strömungsratensensor 80 erzeugt ein Ausgangssignal gemäß einer Strömungsrate der Ansaugluft durch Wärmeübertragung mit der durch die Umgehungsleitung 60 strömenden Ansaugluft. Das Gehäuse 7 wird z. B. zusammen mit dem Sensorverbinder 90 durch Einformen in Harz ausgebildet. Ein Epoxidharz oder ein Phenolharz wird als das Harz für das Gehäuse 7 verwendet.
Wie in 3 gezeigt ist, beinhaltet das Gehäuse 7 ein Umgehungsausbildungselement 30, einen Passungsabschnitt 12 und einen Befestigungsabschnitt 13. Das Umgehungsausbildungselement 30 definiert die Umgehungsleitung 60 und steht in die Ansaugluftleitung 2 vor. Der Passungsabschnitt 12 ist ein unterer Abschnitt des Umgehungsausbildungselements 30. Das Befestigungselement 13 ist an dem Luftkanal 4 durch eine Schraube befestigt.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Umgehungsleitung 60 einen Einlass 61, der in Richtung auf eine stromaufwärtige Seite der Saugluftleitung 2 in einer Strömungsrichtung der Ansaugluft offen ist. Die Umgehungsleitung 60 beinhaltet weiterhin Auslässe 62, die in Richtung auf eine stromabwärtige Seite der Ansaugluftleitung 2 in der Strömungsrichtung der Ansaugluft offen ist. Die Umgehungsleitung 60 beinhaltet weiterhin einen geraden Weg 63, der die Ansaugluft als eine geradlinige Strömung von dem Einlass 61 leitet, und einen Umleitungsweg 64, der die Ansaugluft von den geradlinigen Weg 63 umleitet.
Daher ist die Weglänge der Umgehungsleitung 60 länger als die Weglänge der geradlinigen Leitung, wo die Ansaugluft durch die Saugluftleitung 2 strömt, ohne in die Umgehungsleitung 60 eingelassen zu werden. Der Umleitungsweg 64 zweigt an einer stromabwärtigen Seite in zwei Wege ab, und die beiden Auslässe 62 sind für die beiden Wege ausgebildet. Eine Staubabführleitung 65 zum Abführen von Staub ist mit dem geradlinigen Weg 63 schnurgerade verbunden, und ein unteres Ende der Staubabführleitung 65 dient als ein Staubableitkanal 66, der in Richtung auf eine stromabwärtige Seite der Saugluftleitung 2 offen ist.
Der Passungsabschnitt 12 weist zwei Endoberflächen auf, die in einer axialen Richtung einander gegenüber liegen. Das Umgehungsausbildungselement 30 erstreckt sich von einer der beiden Endoberflächen des Passungsabschnitts 12 in einer Richtung senkrecht zu der einen von den beiden Endoberflächen des Passungsabschnitts 12. Das Umgehungsausbildungselement 30 ist in die Saugluftleitung 2 von einem Einfügeloch 34, das in einer Wand 3 des Luftkanals 4 ausgebildet ist, eingefügt. Das Umgehungsausbildungselement 30 bildet einen Kernabschnitt des Gehäuses 7 aus und lässt einen Anteil der Ansaugluft, die durch die Saugluftleitung 2 strömt, in die Umgehungsleitung 60 ein.
Der Passungsabschnitt 12 weist eine zylindrische Form auf, und in einer äußeren Wand des Passungsabschnitts 12 ist eine ringförmige Nut ausgebildet. Ein Sicherungsring 35 ist in die Nut eingepasst. Der Passungsabschnitt 12 ist in das Einfügeloch 34 in der Wand 3 des Luftkanals 4 eingefügt, wodurch die Ansaugluftleitung 2 von außen durch den Sicherungsring 35 abgedichtet ist.
Der Befestigungsabschnitt 13 ist auf der anderen der beiden Endoberflächen des Passungsabschnitts 12 entgegengesetzt zu dem Umgehungsausbildungselement 30 angeordnet. Der Befestigungsabschnitt 13 ist an dem Luftkanal 4 noch eine Schraube befestigt.
Der Sensorverbinder 90 beinhaltet einen Leistungsanschluss 91, einen Masseanschluss 92, zwei Sensormodulanschlüsse 93, 94 und einen Strömungsraten-Erfassungsanschluss 95. Der Sensorverbinder 90 ist in einer Endoberfläche des Befestigungsabschnitts 13 gegenüber dem Passungsabschnitt 12 angeordnet. Die Anschlüsse 91, 92, 93, 94, 95 sind mit einem externen Anschluss verbunden, der sich innerhalb des Sensorverbinders 90 befindet und der mit einer externen Komponente verbindbar ist.
Der Strömungsratensensor 80 ist in der Umgehungsleitung 60 angeordnet. Der Strömungsratensensor 80 beinhaltet einen Strömungsratendetektor 81, der eine Strömungsrate einer Ansaugluft durch Wärmeübertragung mit der durch die Umgehungsleitung 60 strömenden Ansaugluft erfasst. Der Strömungsratensensor 80 beinhaltet ferner einen Signalprozessor 82, der in den Strömungsratendetektor 81 eingebaut ist. Der Strömungsratendetektor 81 besteht z. B. aus einem Heizwiderstand und einem wärmeempfindlichen Element, die aus Filmresistoren bzw. Folienwiderständen auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats bestehen.
Der Strömungsratendetektor 81 liegt zu einem Raum an der tiefsten Position des Umleitungswegs 64 frei und befindet sich entfernt von dem geradlinigen Weg 63. Eine Strömungsrichtung einer Ansaugluft an einer Position in dem Umleitungsweg 64, wo der Strömungsratendetektor 81 angeordnet ist, ist entgegengesetzt von einer Strömungsrichtung einer Ansaugluft in dem geradlinigen Weg 63 oder in der Saugluftleitung 2.
Der Leistungsanschluss 91 ist mit einer Leistungsquelle verbunden, und der Masseanschluss 92 ist mit Masse verbunden. Somit kann der Strömungsratendetektor 81 eine Strömungsrate einer durch die Saugluftleitung 2 strömenden Ansaugluft erfassen. Eine Ausgabe entsprechend der Strömungsrate der Ansaugluft von dem Strömungsratendetektor 81 wird durch den Signalprozessor 82 in ein Signal entsprechend der Strömungsrate verarbeitet, dann wird das Signal an die elektrische Steuereinheit 27 außerhalb der Strömungsraten-Messvorrichtung 1 durch den Strömungsraten-Erfassungsanschluss 95 ausgegeben.
Das Sensormodul 40, das von einer äußeren Wand des Gehäuses 7 vorsteht, beinhaltet eine Multisensoreinheit 41, die eine relative Feuchtigkeit und eine Temperatur einer durch die Saugluftleitung 2 strömenden Ansaugluft erfasst. Das Sensormodul 40 beinhaltet ferner eine Signalverarbeitungsschaltung 55 und einen Modulverbinder 50, der aus einem Leistungsanschluss 51, einem Masseanschluss 52 und Ausgangsanschlüssen 53, 54 ausgebildet ist. Das Sensormodul 40 kann dadurch ausgebildet werden, dass die Multisensoreinheit 41, der Modulverbinder 50 und die Signalverarbeitungsschaltung 55 integral in Harz eingeformt werden.
Wie in 4 gezeigt ist, wird das Sensormodul 40 in die Saugluftleitung 2 eingefügt und steht von dem Passungsabschnitt 12 in Richtung auf die Mitte der Saugluftleitung 2 vor. Die Richtung, in der das Sensormodul 40 von dem Passungsabschnitt 12 vorsteht, ist mit einer Richtung identisch, in der das Umgehungsausbildungselement 30 zur Innenseite der Saugluftleitung 2 vorsteht, in anderen Worten einer radialen Richtung des Luftkanals 4. Weiterhin ist die Richtung, in der das Sensormodul 40 vorsteht, parallel zu einer äußeren Seitenoberfläche des Umgehungsausbildungselements 30.
Der Multisensordetektor 41 beinhaltet einen Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 und einen Temperatursensor 43. Der Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 erfasst eine relative Feuchtigkeit einer Ansaugluft, die durch die Saugluftleitung 2 strömt. Der Temperatursensor 43 erfasst eine Temperatur der durch die Saugluftleitung 2 strömenden Ansaugluft. Der Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 funktioniert unter Verwendung von z. B. einer Veränderung der elektrischen Permittivität einer Polymermembran aufgrund einer Veränderung einer relativen Feuchtigkeit. Der Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 beinhaltet eine Polymermembran, wie z. B. ein Polyimid, das eine Permittivitätsvariable entsprechend der relativen Feuchtigkeit aufweist. Der Temperatursensor 43 beinhaltet z. B. einen Thermistor (d. h. einen keramischen Halbleiter) mit einer elektrischen Widerstandsvariable entsprechend einer Temperatur.
Wie in 5 gezeigt, ist die Multisensoreinheit 41 mit dem Sensormodul 40 integral ausgebildet. In der ersten Ausführungsform ist der Multisensordetektor 41 mit einer äußeren Oberfläche des Sensormoduls 41 verbunden, so dass der Multisensordetektor 41 zur Innenseite der Saugluftleitung 2 freiliegt. Die Multisensoreinheit 41 kann mit dem Sensormodul 40 integral ausgebildet sein, so dass zumindest ein Abschnitt der Multisensoreinheit 41 zu der Saugluftleitung 2 freiliegt. Der Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 und der Temperatursensor 43 sind in der Multisensoreinheit 41 entfernt voneinander angeordnet.
Die Multisensoreinheit 41 ist durch das Sensormodul 40, das von der Außenwand des Gehäuses 7 vorsteht, entfernt von dem Gehäuse 7 angeordnet. Die Multisensoreinheit 41 ist an einem vorderen Ende 45 des Sensormoduls 40 so angeordnet, dass die Multisensoreinheit 41 nahe der Mitte des Luftkanals 4 in einer radialen Richtung positioniert ist.
Der Modulverbinder 50 ist an einem hinteren Ende 46 des Sensormoduls 40, in anderen Worten an einer Einfügeseite des Sensormoduls 40 positioniert. Der Leistungsanschluss 51 ist mit dem Leistungsanschluss 91 des Strömungsratensensorverbinders 90 durch eine Drahtverbindung verbunden. Desgleichen ist der Masseanschluss 52 des Modulverbinders 50 mit dem Masseanschluss 92 des Strömungsratensensorverbinders 90 durch eine Drahtverbindung verbunden. Dementsprechend kann die Multisensoreinheit 41 eine relative Feuchtigkeit und eine Temperatur einer durch die Saugluftleitung 2 strömenden Ansaugluft erfassen.
Auch wenn für gewöhnlich der Leistungsanschluss und der Masseanschluss verwendet werden, können zusätzliche Anschlüsse verwendet werden, die mit einer anderen Leistungsquelle oder anderen Masse verbunden werden können.
Der Ausgangsanschluss 53 des Modulverbinders 50 ist mit dem Sensormodulanschluss 93 des Sensorverbinders 90 durch eine Drahtverbindung verbunden. Der Ausgangsanschluss 54 des Modulverbinders 50 ist mit dem Sensormodulanschluss 94 des Sensorverbinders 90 durch eine Drahtverbindung verbunden.
Die Signalverarbeitungsschaltung 55 ist zwischen der Multisensoreinheit 41 und dem Modulverbinder 50 angeordnet. Die relative Feuchtigkeit und die Temperatur der durch die Saugluftleitung 2 strömenden Ansaugluft, die durch die Multisensoreinheit 41 erfasst wird, werden durch die Signalverarbeitungsschaltung 55 in Signale verarbeitet. Dann werden die verarbeiteten Signale an die elektrische Steuereinheit 27 außerhalb der Luftströmungsraten-Messvorrichtung 1 durch die Sensormodulanschlüsse 93, 94 ausgegeben. In der vorliegenden Ausführungsform werden die beiden Sensormodulanschlüsse 93, 94 verwendet, doch kann nur ein Sensormodulanschluss verwendet werden. Die relative Feuchtigkeit und die Temperatur der durch die Multisensoreinheit 41 erfassten Ansaugluft kann an die elektrische Steuereinheit 27 als eine Ausgabe einer relativen Feuchtigkeit der Ansaugluft bzw. eine Ausgabe einer Temperatur der Ansaugluft direkt ausgegeben werden. In diesem Fall kann die elektrische Steuereinheit 27 eine Verarbeitung als die Signalverarbeitungsschaltung 55 ausführen. Die Ausgabe der Temperatur der Ansaugluft wird durch die elektrische Steuereinheit 27 als eine Information der Ansauglufttemperatur für das Maschinensystem 10 verwendet.
Eine Verarbeitungsschaltung ist beispielsweise zwischen den Ausgangsanschlüssen 53, 54 und den Sensormodulanschlüssen 93, 94 angeordnet. Die Verarbeitungsschaltung kann einen A/D-Wandler und eine Schnittstellenschaltung beinhalten. Der A/D-Wandler ist ein Multiplexersystem oder ein Simultanabtastsystem, und der A/D-Wandler wandelt die durch die Multisensoreinheit 41 erfasste relative Feuchtigkeit und die Temperatur in ein digitales Signal um. Die Schnittstellenschaltung ordnet die durch den A/D-Wandler umgewandelten digitalen Signale einander zu und speichert die digitalen Signale in einem Frame. Der eine Frame speichert eine Mehrzahl von Daten.
Die in dem Frame gespeicherten Daten werden in Form eines Impulssignals entsprechend dem Standard SAE-2716 des Verbands der Automobilingenieure übertragen. Das heißt, dass die relative Feuchtigkeit und die Temperatur, die durch die Multisensoreinheit 41 erfasst werden, in einem SENT-Protokoll übertragen werden. SENT steht für Single Edge Nibble Transmission. Die Verarbeitung kann durch die Signalverarbeitungsschaltung 55 ausgeführt werden. Dabei kann eine einzige Spur verwendet werden, wobei nur ein Sensormodulanschluss 93, 94 verwendet werden kann.
Unter Bezugnahme auf 6 wird eine Berechnung einer absoluten Feuchtigkeit einer Ansaugluft und eine Messung einer Temperatur der Ansaugluft durch die Multisensoreinheit 41 beschrieben. Der Strömungsratensensor 80 der Luftströmungsraten-Messvorrichtung 1 überträgt das Signal entsprechend einer Strömungsrate Q einer Ansaugluft durch die Wärmeübertragung mit der Ansaugluft an die elektrische Steuereinheit 27. Der Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 der Multisensoreinheit 41 erfasst eine relative Feuchtigkeit U einer Ansaugluft, die von der Saugluftleitung 2 hereinströmt, und gibt ein Ausgangssignal entsprechend der relativen Feuchtigkeit U aus. Der Temperatursensor 43 erfasst eine Temperatur T und gibt ein Ausgangssignal entsprechend der Temperatur T aus. Die Temperatur T zeigt eine Ansauglufttemperatur Tq und eine Temperatur an dem Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 an. Die Signalverarbeitungsschaltung 55 berechnet eine absolute Feuchtigkeit D basierend auf der relativen Feuchtigkeit U unter Verwendung der Temperatur T.
Die Signalverarbeitungsschaltung 55 erzeugt Signale entsprechend der absoluten Feuchtigkeit D, die berechnet wurde, und der Ansauglufttemperatur Tq, und überträgt dann die Signale an die elektrische Steuereinheit 27. Die elektrische Steuereinheit 27 überträgt die Signale als Steuersignale an das Drosselklappenventil 14 und den Injektor 16 zum Steuern einer Ansaugluftmenge und einer Kraftstoffeinspritzmenge.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet das von dem Gehäuse 7 vorstehende Sensormodul 40 die Multisensoreinheit 41, die zur Innenseite der Saugluftleitung 2 freiliegt. Die Multisensoreinheit 41 beinhaltet den Relativ-Feuchtigkeitssensor 42, der die relative Feuchtigkeit einer Ansaugluft in der Saugluftleitung 2 erfasst, und den Temperatursensor 43, der eine Temperatur der Ansaugluft in der Saugluftleitung 2 erfasst.
Wie vorstehend beschrieben, steht das Sensormodul 40 von der Außenwand des Gehäuses 7 vor, und daher wird eine durch die Saugluftleitung 2 strömende Ansaugluft mit der Multisensoreinheit 41 und dem Temperatursensor 43 direkt in Kontakt gebracht. Somit wird von der Ansaugluft Wärme direkt auf den Temperatursensor 43 übertragen. Weiterhin ist der Temperatursensor 43 so angeordnet, dass er von dem Gehäuse 7 entfernt ist, wobei ein Anstieg einer Temperatur einer Ansaugluft infolge einer Wärmeübertragung von dem Gehäuse 7 unterbunden wird. Somit können Effekte durch Wärmeübertragung von dem Gehäuse 7 außer Acht gelassen werden. Die genaue Messung einer Temperatur einer Ansaugluft ist somit möglich.
Die Multisensoreinheit 41 beinhaltet den Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 und den Temperatursensor 43. Daher kann der Temperatursensor 43 sowohl eine Ansauglufttemperatur als auch eine Temperatur an dem Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 gleichzeitig messen. Wenn sich eine Temperatur verändert, variiert ein Volumen einer Luft, die Wasserdampf enthält, ebenfalls. Somit sind zur Durchführung einer genauen Berechnung einer absoluten Feuchtigkeit Temperaturinformationen neben einer relativen Feuchtigkeit notwendig. Durch Verwendung einer von dem Temperatursensor 43 erhaltenen Temperatur ist es somit möglich, die Genauigkeit der Ansauglufttemperatur zu erhöhen und eine absolute Feuchtigkeit basierend auf der relativen Feuchtigkeit einer Ansaugluft genauer zu berechnen.
In der japanischen Patentschrift ( JP 2013-036892 A ) ist eine Luftströmungsraten-Messvorrichtung offenbart, die einen Relativ-Feuchtigkeitssensor und einen Temperatursensor beinhaltet. In dieser Konfiguration ist jedoch die Position des Temperatursensors nicht genau angegeben. In der ersten Ausführungsform sind der Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 und der Temperatursensor 43 der Multisensoreinheit 41 mit dem Sensormodul 40 integral ausgebildet. Daher kann eine absolute Feuchtigkeit einer Ansaugluft genau berechnet und eine Temperatur der Ansaugluft genau gemessen werden. Da die Berechnung der absoluten Feuchtigkeit und die Messung der Temperatur sich auf die Steuerung für ein Maschinensystem auswirken, ist die genaue Berechnung der absoluten Feuchtigkeit und der Temperatur von Bedeutung.
Vor allem ist für das Maschinensystem zur Beibehaltung einer Verbrennung in einem angemessenen Zustand in einer Brennkammer unter einer Bedingung, in der die Umgebungen für den Luftkanal 4 und den Ansaugkrümmer 15 entsprechend dem Betriebszustand eines Fahrzeugs erheblich variieren, eine fortschrittliche Steuerung notwendig. Ferner sind die Beschränkungen in Bezug auf den Installationsraum der Luftströmungsraten-Messvorrichtung sowie die Forderung nach einer Verringerung des Kostenaufwands hoch. Somit sind die hochgenaue Berechnung der absoluten Feuchtigkeit der Ansaugluft und die hochgenaue Messung der Temperatur der Ansaugluft auf diesem Gebiet ganz besonders von Bedeutung.
Der Temperatursensor 43, der mit dem Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 integral ausgebildet ist, kann eine absolute Feuchtigkeit anhand der relativen Feuchtigkeit berechnen und gleichzeitig die Temperatur der Ansaugluft messen. Daher kann auf einen herkömmlichen dedizierten Ansauglufttemperatursensor verzichtet werden. Eine Verringerung der Anzahl der Verbinderanschlüsse für den dedizierten Ansauglufttemperatursensor und einen Kabelbaum für die Maschinen-ECU ist möglich.
(Zweite Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Die Multisensoreinheit 41 beinhaltet ferner einen Druckdetektor 44. Der Drucksensor 44 ist einen Sensor, der sich eine Veränderung eines elektrischen Widerstands eines Metalls oder eines Halbleiters entsprechend einer Druckveränderung zunutze macht. Der Drucksensor 44 beinhaltet ein eine Membran ausbildendes Silizium, die durch Druck verformbar ist. Der Ausgangsanschluss 53, 54 des Modulverbinders kann als ein Ausgangsanschluss des Drucksensors 44 verwendet werden, oder alternativ kann ein zusätzlicher Anschluss verwendet und mit einem anderen Anschluss verbunden werden.
Der Drucksensor 44 erfasst einen Druck einer von der Saugluftleitung 2 strömenden Luft und gibt ein Ausgangssignal entsprechend dem Druck als erfasst aus. Der Druck P der Ansaugluft wird zusammen mit der relativen Feuchtigkeit U, die von dem Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 erhalten wird, und der Temperatur T, die von dem Temperatursensor 43 erhalten wird, zum Berechnen der absoluten Temperatur verwendet. Der Druck P stellt einen Ansaugluftdruck Pq und einen Druck an dem Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 dar. Wie bei der ersten Ausführungsform berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 55 die absolute Feuchtigkeit D basierend auf der relativen Feuchtigkeit U, die unter Verwendung der Temperatur T und des erhaltenen Drucks P erhalten werden. Dann verarbeitet die Signalverarbeitungsschaltung 55 die absolute Feuchtigkeit D, die berechnet wurde, die Ansauglufttemperatur Tq und den Ansaugluftdruck Pq in Signale und überträgt dann diese Signale an die elektrische Steuereinheit 27. Die elektrische Steuereinheit 27 für eine ähnliche Steuerung wie in der ersten Ausführungsform aus.
Da die gesamte Wasserdampf enthaltende Luft durch einen partiellen Druck beeinträchtigt wird, wird auch die Berechnung einer absoluten Feuchtigkeit durch einen Druck beeinträchtigt. Wenn der Luftfilter 112 sich in einem Normalbetrieb befindet, ist der Druck P der Luft, die in die Saugluftleitung 2 von der Atmosphäre eingeführt wird, gleich dem atmosphärischen Druck, und es gibt keine Auswirkung auf die Genauigkeit der Berechnung einer absoluten Feuchtigkeit bei Verwendung eines Wert des atmosphärischen Drucks. Wenn jedoch der Luftfilter 112 verstopft ist, nimmt ein beim Einlassen einer Ansaugluft entstehender Druckverlust zu, und dadurch wird ein Druck der Ansaugluft in der Saugluftleitung 2 im Vergleich zum atmosphärischen Druck verringert. In so einem Fall würde bei der Berechnung einer absoluten Feuchtigkeit in der Saugluftleitung 2 ein Fehler entstehen, weil sich der Druck verändert hat. Somit kann durch direktes Messen eines Drucks einer durch die Saugluftleitung strömenden Ansaugluft durch den Druckdetektor 44 die absolute Feuchtigkeit einer durch die Saugluftleitung 2 strömenden Ansaugluft genau berechnet werden. Zudem kann der durch den Druckdetektor 44 erfasste Druck als der Ansaugluftdruck für das Maschinensystem 10 verwendet werden.
Eine japanische Patentschrift ( JP 2010-151795 A ) offenbart eine Luftströmungsraten-Messvorrichtung, die einen Relativ-Feuchtigkeitssensor, einen Temperatursensor und einen Drucksensor beinhaltet. Eine Nebenleitung, die in der Luftströmungsraten-Messvorrichtung abzweigt, wird jedoch verwendet, und eine Ansaugluft wird mit einem Sensor nicht in direkten Kontakt gebracht, und somit ist die Luftströmungsraten-Messvorrichtung gemäß der japanischen Patentschrift nicht so konfiguriert, dass sie eine Ansaugluft genau messen kann. Ähnlich zu der ersten Ausführungsform liegt der Drucksensor 44 in der zweiten Ausführungsform zur Innenseite der Saugluftleitung 2 frei, so dass er mit der Ansaugluft in direktem Kontakt ist. Daher kann ein Druck einer Ansaugluft in der Saugluftleitung 2 genau gemessen werden.
Ein durch den Drucksensor 44 gemessener Druck kann als Information für den Ansaugluftdruck verwendet werden. Somit erwiese er sich bei der Ausführung einer fortschrittlichen Steuerung eines Maschinensystems als effektiver. Weiterhin ist ein zusätzlicher Sensor zum Erfassen eines Drucks einer Ansaugluft zum Ausführen einer derartigen fortschrittlichen Steuerung des Maschinensystems nicht notwendig, und folglich kann auf Kabelbäume an den Verbinderanschlüssen und der elektrischen Steuereinheit 27 verzichtet werden.
(Andere Ausführungsformen)
Die Multisensoreinheit 41 kann an dem hinteren Ende 46 oder einem mittleren Abschnitt 47 des Sensormoduls 40 angeordnet sein. Ungeachtet der Position der Multisensoreinheit 41 können die gleichen Effekte wie jene in den vorstehend beschriebenen Ausfürungsformen erreicht werden.
Der Relativ-Feuchtigkeitssensor 42, der Temperatursensor 43 und der Drucksensor 44 der Multisensoreinheit 41 können an der gleichen Position angeordnet sein. Durch Einstellen der Sensoren 42, 43, 44 an der gleichen Position kann der Temperatursensor 43 zudem die Temperatur an dem Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 genau messen, weil der Temperatursensor 43 dem Relativ-Feuchtigkeitssensor 42 nahe ist. Die gleichen Effekte gelten für den Drucksensor 44.
Die Multisensoreinheit 41 und die Signalverarbeitungsschaltung 55 können an der gleichen Position angeordnet sein. Durch Einstellen der gleichen Position kann die Größe des Sensormoduls weiter reduziert werden, was zu einer Gewichtseinsparung oder Kostenminimierung infolge einer Verringerung von Materialkosten führt.
Es können drei Modulverbinder 50 verwendet werden. Der Leistungsanschluss 51 und der Masseanschluss 52 werden verwendet, während gleichzeitig auf einen der Ausgangsanschlüsse 53, 54 verzichtet wird. Unter Verwendung des SENT-Protokolls werden Ausgaben von physikalischen Größen (einer absoluten Feuchtigkeit, einer Temperatur, eines Drucks), die durch die Multisensoreinheit 41 erfasst werden, in ein Signal verarbeitet. Dementsprechend kann neben einer Verringerung der Anzahl der Anschlüsse auf Verdrahtungselemente, wie z. B. Kabelbäume, verzichtet werden und die Konfiguration somit vereinfacht werden.
Das Sensormodul 40 kann mit dem Gehäuse 7 zusammen mit der Multisensoreinheit 41, der Signalverarbeitungsschaltung 55 und dem Modulverbinder 50 beim Einformen des Gehäuses 7 in Harz integral ausgebildet sein. Dementsprechend kann ein Formgebungsvorgang vereinfacht werden und somit zu einer Kostenminderung führen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011-075357 A [0003]
JP 2015-004556 A [0003]
JP 2013-036892 A [0059]
JP 2010-151795 A [0065]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standard SAE-2716 [0053]

Claims

Luftströmungsraten-Messvorrichtung, die in einer Saugluftleitung (2) für eine in ein Maschinensystem (10) einzulassende Ansaugluft angeordnet ist, wobei die Luftströmungsraten-Messvorrichtung eine Strömungsrate der Ansaugluft, die durch die Saugluftleitung strömt, misst, wobei die Luftströmungsraten-Messvorrichtung aufweist: ein Gehäuse (7), das eine Umgehungsleitung (60) zum Einlassen eines Anteils der Ansaugluft, die durch die Saugluftleitung strömt, definiert; einen Strömungsratensensor (80), der in der Umgehungsleitung angeordnet ist, wobei der Strömungsratensensor ein Ausgangssignal entsprechend einer Strömungsrate der Ansaugluft, die in die Umgehungsleitung eingelassen wird, erzeugt; und ein Sensormodul (40), das von einer äußeren Wand des Gehäuses vorsteht, wobei das Sensormodul eine Multisensoreinheit (41) beinhaltet, die einen Relativ-Feuchtigkeitssensor (42) und einen Temperatursensor (43) aufweist, der Relativ-Feuchtigkeitssensor zur einer Innenseite der Saugluftleitung freiliegt, so dass eine relative Feuchtigkeit der durch die Saugluftleitung strömenden Ansaugluft erfasst wird, und der Temperatursensor (43) eine Temperatur der durch die Saugluftleitung strömenden Ansaugluft erfasst.
Luftströmungsraten-Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die durch den Temperatursensor erfasste Temperatur an eine elektrische Steuereinheit (27) als eine Ausgabe einer Temperatur einer Ansaugluft ausgegeben wird.
Luftströmungsraten-Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sensormodul ferner eine Signalverarbeitungsschaltung (55) beinhaltet, die eine absolute Feuchtigkeit entsprechend der Temperatur der Ansaugluft berechnet, wobei die Signalverarbeitungsschaltung die absolute Feuchtigkeit und die Temperatur der durch die Saugluftleitung strömenden Ansaugluft ausgibt.
Luftströmungsraten-Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Multisensoreinheit ferner einen Drucksensor (44) beinhaltet, der einen Druck der durch die Saugluftleitung strömenden Ansaugluft erfasst.