DE3855552T2

DE3855552T2 - Heissdraht-Luftdurchflussmesser und dessen Verwendung in einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3855552T2
Application number: DE3855552T
Authority: DE
Inventors: Nobukatsu Arai; Tetsuo Matsukura; Tadao Osawa; Yoshihito Sekine; Hiroatsu Tokuda; Mitsukuni Tsutsui; Toshifumi Usui
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2008-10-22
Also published as: DE3855552D1; KR890007061A; KR920002921B1; EP0313089A3; US4974445A; EP0313089A2; EP0313089B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hitzdraht-Luftdurchflußmesser des Typs, auf den im Oberbegriff des Anspruches 1 Bezug genommen wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Verbrennungsmotor, der einen solchen Luftdurchflußmesser enthält.
Bisher ist, wie in JP-A-50-50520, JF-A-50-146369 und JP-A-55-69021 offenbart ist, ein Hitzdraht-Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor so beschaffen, daß eine geradlinige Nebenleitung (Abzweigrohr) im Mittelabschnitt eines Hauptrohrs angeordnet ist und darin Hitzdrahtelemente angeordnet sind. In der Struktur, die in der JP-A-50-50520 offenbart ist, ist jedoch ein solches Hitzdrahtelement nicht vor einer Wärmeströmung in Gegenrichtung geschützt, welche durch eine Fehlzündung bedingt ist, die durch einen gestörten Motorzündzeitpunkt-Verlauf verursacht wird. Hierzu ist eine Schutzstruktur für ein Hitzdrahtelement gegenüber der Fehlzündung offenbart worden, beispielsweise in der JP-A-55-69021. Ein Hitzdrahtelement hat jedoch im allgemeinen die Eigenschaft, daß, falls es in einer Strömung mit großer Pulsation angeordnet ist, sein Ausgang wegen des nichtlinearen Wärmeübertragungskoeffizienten reduziert wird, obwohl die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit ansteigt. Daher kann keine der obenbeschriebenen Strukturen die Durchflußmenge einer Pulsationsströmung korrekt erfassen.
Wie in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmuster- Veröffentlichung Nr. 56-135127 offenbart, ist im Hauptrohr eine Nebenleitung angeordnet, in der ein Hitzdrahtelement angeordnet ist, wobei zur Ausführung eines Schutzes gegenüber der obenbeschriebenen Fehlzündung oder zur korrekten Erfassung der Durchflußmenge der Pulsationsströmung der Fluidwiderstand an der Nebenleitung in der unteren Strömung zum Hitzdrahtelement vergrößert ist, außerdem sind die Auslaß und die Einlaßanschlüsse der Nebenleitung parallel oder im wesentlichen parallel zur Hauptströmung ausgebildet. Das heißt, der Staudruck, der auf die Auslaß und Einlaßanschlüsse der Nebenleitung wirkt, ist selbst dann reduziert, wenn eine Gegenströmung erzeugt wird, außerdem wird die Strömung, die das Hitzdrahtelement erreicht, gedämpft, so daß die Fehlzündungs- Widerständigkeit verbessert wird. Da der Auslaßanschluß der Nebenleitung direkt und im wesentlichen parallel in die Hauptströmung mündet, wird die Strömung in der Nebenleitung aufgrund der statischen Druckänderung, die durch die Mischung der Strömungen in diesem Abschnitt hervorgerufen wird, leicht geändert. Dies führt zur Erzeugung eines Rauschens im Ausgang des Hitzdrahtelements. Obwohl ein hochfrequentes Rauschen durch ein in der Schaltung angeordnetes Filter reduziert werden kann, verursacht der obenbeschriebene Typ des Rauschens aufgrund der Anderung ein Systemsteuerproblem, wenn der Motor beispielsweise mit niedriger Drehzahl betrieben wird. Ferner entstehen im Hinblick auf die Hardware in der Struktur Produktivitätsprobleme (Kosten und Gewicht) und Zuverlässigkeitsprobleme (Anzahl der Teile), da die axiale Länge zu groß ist und die Komponenten für die Nebenleitung schwer anzubringen sind.
Andererseits sind Strukturen offenbart worden, beispielsweise eine Struktur, die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 56-76012 offenbart ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Nebenleitung, in der ein Hitzdrahtelement angeordnet ist, außerhalb der Hauptströmung gebildet ist, um die den Einfluß der Fehlzündung des obenbeschriebenen Typs zu beseitigen und um die Ausgänge zu stabilisieren.
Wie in der JP-A-56-76012 hervorgehoben wird, entstehen jedoch in diesen Strukturen Probleme, derart, daß ein Durchflußmengen-Erfassungsfehler aufgrund thermischer Bedingungen, etwa der Wärmeableitung vom Motor, der Erwärmung des Hitzdrahtelements, der Motorwärme in der Kraftfahrzeugkarosserie und des Temperaturanstiegs im Motorraum aufgrund von Sonneneinstrahlung, zunimmt. Der Nebenleitungsabschnitt, der mit dem Hitzdrahtelement versehen ist, besitzt eine große Wärmekapazität und ist mit einer verhältnismäßig geringen Weite im inneren Abschnitt einer Körperwand ausgebildet, die keine große Fläche zum Leiten der Wärme der Ansaugluft aufweist. Ferner ist die Nebenleitung so ausgebildet, daß sie eine gute Wärmeleitung der darin strömenden Luftströmung bewirkt. Daher wird die Temperatur der Luftströmung in der Nebenleitung durch die Temperatur der Leitungswand der Nebenleitung beeinflußt, was eine große Temperaturdifferenz in bezug auf die Hauptströmung verursacht. Dies führt zur Vergrößerung des Fehlers bei der Messung der Ansaugluft-Durchflußmenge.
Einige der Offenbarungen besitzen eine Struktur, die einer starken Motorfehlzündung nicht widerstehen kann und die die durchschnittliche Durchflußmenge der Pulsationsströmung nicht korrekt erfassen kann, so daß sie nicht in praktischen Gebrauch genommen werden kann. Einige von ihnen können die Durchflußmenge unter bestimmten thermischen Bedingungen nicht richtig messen, außerdem können sie aufgrund eines Anstiegs des Rauschens im Ausgang nicht ausreichend gesteuert werden, damit der Motor mit dem günstigsten Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird. Daher unterbricht sie die Reinigung des Abgases vom Motor, die Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und die Funktionsfähigkeit. Andererseits kann bei einigen von ihnen die axiale Länge des Hauptdurchflußmesser-Körpers nicht ausreichend reduziert werden, d. h. die Länge des Ansaugrohrs, das Gewicht des Körpers und die Herstellungskosten können nicht ausreichend reduziert werden. Daher entstehen Probleme, daß der Druckverlust im Ansaugrohr ansteigt und das Gewicht des Systems einschließlich des Motors größer wird, wodurch eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs des Motors und eine Reduzierung des Platzbedarfs des Motors nicht erreicht werden können.
Die US-A-4,304,129 offenbart einen Hitzdraht-Luftdurchflußmesser, mit einer Hauptströmungsleitung, die eine Luftansaugströmungsleitung eines Verbrennungsmotors bildet, wobei ein Meßfühler-Halteblock, der einteilig mit einer Schaltungseinheit ausgebildet ist, ein Nebenleitungs-Meßelement besitzt und in der Hauptströmungsleitung angeordnet ist.
Die EP-A-0 173 946 offenbart in den Fig. 12-14 einen Hitzdraht-Luftdurchflußmesser, wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 definiert ist. Auch das nachveröffentlichte Dokument EP-A-295 647 offenbart in Fig. 1 einen solchen Durchflußmesser.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hitzdraht-Durchflußmesser zu schaffen, der die Durchflußmenge unter verschiedenen Bedingungen, die für die Erzielung eines niedrigen Kraftstoffverbrauchs des Motorsystems und eines kleinen Raums im Motorraum notwendig sind, korrekt erfassen kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der das am besten geeignete Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung des obenbeschriebenen Hitzdraht-Luftdurchflußmessers steuern kann.
Die obenbeschriebenen Aufgaben werden mit einem Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 1 erzielt.
Die abhängigen Ansprüche sind auf Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die zum Zweck der Erläuterung einen Verbrennungsmotor zeigt, der einen Hitzdraht-Durchflußmesser mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung verwendet;
Fig. 2 bis 19 gestrichen;
Fig. 20, 21 und 22 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 23 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 24 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie XXIV-XXIV in Fig. 23.
Fig. 1 zeigt ein System eines Verbrennungsmotors, das mit einer elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgerüstet ist, in der ein Hitzdraht-Luftdurchflußmesser für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Luft wird durch ein Luftfilter 503 angesaugt und an den Verbrennungsmotor (Zylinder) 500 geliefert, nachdem sie sich durch ein Verbindungsrohr 504, einen Durchflußmesser 1 und einen Luftansaugkrümmer 501 bewegt hat. Im Durchflußmesser 1 ist eine Nebenleitung 22 ausgebildet, die in eine Hauptleitung 11 vorsteht. Ein Hitzdrahtelement 2a und ein Temperaturkompensationselement 2b, die einteilig mit einer Schaltungseinheit 2 ausgebildet sind, sind in der Nebenleitung 12 vorgesehen, um einen Ausgang zu erhalten, der der Gesamtmenge der Ansaugluft entspricht, indem in diesem Abschnitt die Luftdurchflußgeschwindigkeit erfaßt wird. Eine Drosselklappe 3 zum Steuern einer Ansaugluftmenge ist in der Leitung des Durchflußmessers 1 vorgesehen, wobei diese Drosselklappe 3 so beschaffen ist, daß sie synchron mit dem Gaspedal eines Kraftfahrzeugs arbeitet. Der Durchflußmesser 1 ist ferner mit einem Leerlauf-Steuerventil (ISC-Ventil) 8 versehen, um die Durchflußmenge bei vollständig geschlossener Drosselklappe 3 (Leerlauf) zu steuern.
Andererseits wird von einer Kraftstoffkammer 505 mittels einer Pumpe 506 Kraftstoff in einen Luftansaugkrümmer 501 durch eine Einspritzvorrichtung 507 eingespritzt, so daß der Kraftstoff zum Motor 500 zusammen mit der Luft geliefert wird.
Die Steuereinheit 510 empfängt ein Ausgangssignal von der Hitzdraht-Schaltungseinheit 2, ein Signal, das den Drehwinkel der Drosseiklappe 3 repräsentiert, ein Ausgangssignal von einem Sauerstoffkonzentrationssensor 508, der in einem Abgaskrümmer 507 angeordnet ist, ein Ausgangssignal von einem Motordrehzahlsensor 509 usw., wobei die einzuspritzende Kraftstoffmenge und der Öffnungsgrad eines ISC-Ventils 8 berechnet werden. Als Anwort auf diese Berechnungen steuert die Steuereinheit 510 die Einspritzvorrichtung 507 und das ISC-Ventil 8.
Die Fig. 20 und 21 zeigen einen Hitzdraht-Durchflußmesser gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Meßfühler-Halteblock 203 ist getrennt von einem Körper 200 ausgebildet, dessen Innenraum mit einer Nebenleitung 202b, die parallel zur Hauptströmung ausgebildet ist, sowie mit einer radialen Nebenleitung 202c versehen ist. Diese Nebenleitung 202c ist in der unteren Strömung der Hauptströmung durch eine Rille gebildet, die eine quadratische Querschnittsform und eine Abdeckung 205 besitzt. Ein Auslaßanschluß 202d der Nebenleitung enthält eine Windschutzwand 204, die durch Verlängerung des Meßfühler-Halteblocks 203 in der oberen Strömung der Hauptströmung gebildet ist, sowie eine Windschutzwand 206, die durch Verlängern der Abdeckung 205 in der unteren Strömung gebildet ist. In dieser Ausführungsform ist die Breite der Windschutzwand 206 kleiner als diejenige der Nebenleitung 202c.
Der Grund hierfür besteht darin, daß verhindert werden soll, daß die Nebenleitungsströmung am Auslaßanschluß durch die Abdeckung 206 übermäßig gestört wird. Diese Messung ist ein kritischer Faktor für die Erhöhung der Wirkung des Windschutzes der oberen Strömung. Die Windschutzwand 204 für den Auslaßanschluß 202d in der oberen Strömung der Hauptströmung bewirkt eine Reduzierung des Rauschens im Normalzustand, d. h. wenn die Strömung normal ist. Andererseits kann die Wand 206 in der unteren Strömung die Einleitungskraft der entgegengesetzten Strömung aufgrund einer Fehlzündung oder einer Rückströmung in die Nebenleitung deutlich reduzieren. Das heißt, daß die Strömung durch diesen Windschutz 206 in zwei Ströme getrennt werden kann und daß die zwei Ströme vor dem Nebenleitungsauslaß 202d aufeinandertreffen, so daß die Einleitungskraft abgeschwächt werden kann. Dieser strukturtyp zeigt eine ausgezeichnete Ansaugluft- Pulsationsdämpfungseigenschaft, wenn er in einem Motor verwendet wird, in dem häufig ein Rückstoß auftritt.
Fig. 22 zeigt einen Hitzdraht-Durchflußmesser, der gegenüber der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in geringem Maß verändert ist. Eine Abdeckung 225 ist so beschaffen, daß ihre Breite bis zu Auslaßanschlüssen 222d und 222e, wo Seitenwände 223a und 223b, die eine radiale Nebenleitung 222c bilden, abgeschnitten sind, beibehalten wird. Daher ist die Breite des Abschnitts, der der in Fig. 20 gezeigten Windschutzwand 204 entspricht, groß, um Windschutzwände 224a und 224b zu bilden, die als Nebenleitungsauslässe 222d und 222e dienen.
Die Fig. 23 und 24 zeigen einen Hitzdraht-Durchflußmesser gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur, die wie in der ersten Ausführungsform geformt ist, in einem Meßfühler-Halteblock gebildet ist, der einteilig mit einem Körper 230 ausgebildet ist. Von außerhalb des Körpers wird eine radiale Nebenleitung 232c gebohrt, ferner wird deren Auslaßanschluß 232d durch eine Schaftfräse oder dergleichen in der gleichen Richtung ausgebildet. Um eine Windschutzwand 234 in der oberen Strömung der Hauptströmung sowie eine Windschutzwand 236 in der unteren Strömung der Hauptströmung zu bilden, wird gleichzeitig ein Meßfühler-Halteblock 233 gebildet. Ein Stopfen 235 verstopft die Bohrung, die nach Abschluß der Bearbeitung nicht mehr notwendig ist. Die in dieser Ausführungsform erhaltene Wirkung ist im Prinzip die gleiche wie diejenige, die in der ersten Ausführungsform erhalten wird, die Struktur kann jedoch einfacher ausgeführt werden, so daß die Kosten reduziert werden.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine genaue Messung der Strömungsrate selbst unter verschiedenen Bedingungen ausgeführt werden, da die obenbeschriebene Struktur die Gegenströmung zu einer Nebenleitung verhindert, die durch eine Fehlzündung oder einen Rückstoß zur Nebenleitung hervorgerufen wird und die die Strömung im oberen Strömungsabschnitt des Durchflußmessers stört.

Claims

1. Hitzdraht-Luftdurchflußmesser, mit einer Hauptströmungsleitung, die eine Luftansaugströmungsleitung eines Verbrennungsmotors bildet, einem Hitzdrahtelement zum Messen der Ansaugluft und einer Nebenleitung, in der sich das Hitzdrahtelement befindet und die vollständig in der Hauptströmungsleitung angeordnet ist, wobei die Nebenleitung aus einer ersten Leitung, die in axialer Richtung der Hauptströmungsleitung ausgebildet ist, und aus einer zweiten Leitung, die in radialer Richtung der Hauptsträmungsleitung ausgebildet ist, besteht, wobei der in radiale Richtung weisende Auslaßrand des Nebenleitungs-Auslaßanschlusses am Ende der radialen Leitung eine Windschutzwand (204; 224; 234), die sich von der Strömungseinlaßseite des Auslaßrandes in die Hauptströmung erstreckt, und eine weitere Windschutzwand (206; 236) besitzt, die sich von der Strömungsauslaßseite des Nebenleitungsauslaßrandes radial in die Hauptströmung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Windschutzwand (236), die an der Strömungsauslaßseite des Nebenleitungsauslaßanschlusses (232d) vorgesehen ist, kleiner als die Breite der stromaufseitigen Windschutzwand (234) ist, wobei die Breiten senkrecht zu den axialen bzw. radialen Richtung gemessen werden.

2. Hitzdraht-Luftdurchflußmesser nach Anspruch 1, in dem die Breite der Windschutzwand (206, 236), die an der Strömungsauslaßseite des Nebenleitungsauslaßanschlusses (232d) vorgesehen ist, kleiner als die Breite des Auslaß randes (202d, 232d) der Nebenleitung (202c, 232c) ist.

3. Hitzdraht-Luftdurchflußmesser nach Anspruch 1, in dem ein Element (230), das die Hauptströmungsleitung bildet, und ein Element für die Bildung der Windschutzwände (234, 236) einteilig ausgebildet sind.

4. Verbrennungsmotor, mit:

einem Hitzdraht-Luftdurchflußmesser nach Anspruch 1,

einem Drehzahlsensor für die Erfassung der Motordrehzahl,

einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Ansaugluft und einer Steuervorrichtung, die als Antwort auf eine vom Hitzdraht-Luftdurchflußmesser erfaßte Ansaugluftmenge und auf die vom Drehzahlsensor erfaßte Motordrehzahl eine entsprechende einzuspritzende Kraftstoffmenge gewinnt und an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine Anweisung ausgibt, damit sie Kraftstoff in der in dieser Weise erhaltenen Menge einspritzt.