DE10217884A1 - Vorrichtung zur Messung der in einer Leitung strömenden Luftmasse - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftmassensensor, der dreiteilig mit Einsatzelement, Messkanalelement und Gehäuseelement zur Aufnahme einer Auswerteeinrichtung ausgebildet ist. Um bei kurzer Bauhöhe flexible Einsatzelemente vorsehen zu können, sind erfindungsgemäß Messkanalelement und Gehäuseelement entlang einer senkrecht zur Hauptströmungsrichtung stehenden Seite des Messkanalelements miteinander verbunden.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der in einer Leitung strömenden Luftmasse. Eine solche Vorrichtung wird auch kurz als Luftmassenmessvorrichtung oder Luftmassensensor bezeichnet.
• Die Vorrichtung wird in den Ansaugkanal für die Luftmasse eingesteckt, wodurch ein definierter Anteil der Gesamtluftströmung durch diese hindurchströmt. Die bekannten Einsteckkanal-Luftmassenmessvorrichtungen bestehen im wesentlichen aus einem Messkanal, in dem ein Sensor angeordnet ist, der Elektronik für den Sensor, die in einem Gehäuse angeordnet ist, sowie einem Einsteckelement, das den Messkanal in die Leitung taucht.
• Luftmassensensoren im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen sind hinlänglich bekannt. Sie dienen dazu, die für die Zylinder der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse zu erfassen und so die Motorsteuerung in die Lage zu versetzen, das Luftkraftstoffgemisch sowie andere Betriebsparameter richtig einzustellen. Die Funktionsweise des Luftmassensensors soll hier nicht näher beschrieben werden.
• Aus DE 44 07 209 ist eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines in einer Leitung strömenden Mediums bekannt, bei der das Gehäuse für die Elektronik für den Sensor in das Ansaugrohr ragt. In Einsteckrichtung nachfolgend zu dem Elektronikgehäuse folgt der Bypasskanal mit dem Sensorträger. Bei dieser Anordnung liegen das Einsteckelement, die Elektronik zur Auswertung der Sensorsignale und der Messkanal in Einsteckrichtung hintereinander. Nachteilig an dieser Bauform für den Luftmassensensor ist, dass dieser eine große Baulänge erfordert, die insbesondere bei kleinen Rohrdurchmessern oder geringem Platz im Motorraum zu Einbauproblemen führen kann.
• Aus US 5,939,628 ist eine Luftmassenmessvorrichtung bekannt, bei der die Elektronik zum Auswerten der Messsensoren in das Einsteckelement integriert ist und dabei außerhalb des Ansaugrohres liegt. Zwar baut diese Luftmassenmessvorrichtung kürzer, jedoch führt die Integration der Elektronik in das Einsteckelement dazu, dass geringfügige bauliche Veränderungen an dem Einsteckelement vergleichsweise aufwendig sind. Insbesondere macht eine bauliche Veränderung des Einsteckelements eine aufwendige Anpassung der Halterung für die Auswerteelektronik und möglicherweise der Elektronik selbst erforderlich, wenn eine elektrische Steckerverbindung zur Verbindung der Messvorrichtung mit einer Motorsteuerung anders ausgerichtet oder für andere Steckerverbindungen ausgelegt werden muss.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der in einer Leitung strömenden Luftmasse bereitzustellen, die bei kurzer Gesamtbaulänge eine flexible Anpassung an verschiedenste Einbausituationen zulässt.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Messung der in einer Leitung strömenden Luftmasse mit den Merkmalen aus Anspruch 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ein Messkanalelement, in das über eine Einlassöffnung ein definierter Anteil der zu messenden Luftmasse als Luftstrom eintritt, wobei der Luftstrom mindestens ein Messelement umspült und über eine Auslassöffnung in die Leitung austritt. In seiner eingebauten Position ist das Messkanalelement in die Leitung eingetaucht. Die erfindungsgemäße Luftmassenmessvorrichtung besitzt ein Einsteckelement, das in eine Öffnung der Leitung gesetzt das Messkanalelement in die Leitung taucht. Ferner besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Gehäuseelement, das eine Auswerteeinrichtung für die Signale der Sensorelemente aufweist. Das Gehäuseelement und/oder das Messkanalelement sind mit dem Einsteckelement verbindbar und werden im verbundenen Zustand von diesem gehalten. Bei der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung ist das Gehäuseelement und/oder das Messkanalelement mit Verbindungsmitteln versehen, die das Gehäuseelement in der Leitung an einer senkrecht zur Hauptströmungsrichtung liegenden Seite des Messkanalelements halten. Die Hauptströmungsrichtung ist die Strömungsrichtung der ungestörten Luftmasse in der Leitung. Im verbundenen Zustand sind also Gehäuseelement und Messkanalelement seitlich miteinander verbunden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die seitliche Anordnung der Elemente eine zu lange Baulänge vermieden. Gleichzeitig wird durch die Aufnahme der Auswerteeinrichtung in das Gehäuseelement und in die Leitung sichergestellt, dass konkrete Anforderungen an das Einsteckelement unabhängig von der Auswerteeinrichtung umgesetzt werden können. Als weiterer Vorteil hat sich herausgestellt, dass der geringe Abstand zwischen Sensoren im Messkanal und Auswerteelektronik zu einer guten elektromagnetischen Verträglichkeit führt.
• Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch einen Luftmassenmessvorrichtung nach Anspruch 2 gelöst, bei der das Gehäuseelement ein im wesentlichen flaches Elektroniksubstrat als Auswerteeinrichtung aufweist, wobei die Normalrichtung des Elektroniksubstrats parallel zur Hauptströmungsrichtung in der Leitung angeordnet ist.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Gehäuseelement mit Mitteln zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem Einsatzelement versehen. Bei der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung wird das Gehäuseelement mit dem Einsatzelement und das Messkanalelement mit dem Gehäuseelement verbunden. Die Verbindung des Gehäuseselements mit dem Einsatzelement erfolgt auch über elektrische Mittel, so dass die Signale der Auswerteeinrichtung über das Einsatzelement an eine Steuerung weitergeleitet werden können.
• Bevorzugt ist das Gehäuseelement mit einem Grundelement und einem Deckelelement aufgebaut, zwischen denen das Elektroniksubstrat angeordnet ist. Das Deckelelement ist mit Stegen versehen, die im zusammengebauten Zustand mit dem Messkanalelement verbunden sind.
• Das Gehäuseelement ist bevorzugt auf der stromaufwärts weisenden Seite des Messkanalelements angeordnet und besitzt ein konvex geformtes Deckelelement.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt die Auswerteeinrichtung ein im wesentlichen flaches Element, das mit dem Grundelement über ein beidseitig mit Klebstoff versehenes Klebeformteil verbunden ist und die Ausnehmung verschließt. Die Verwendung von Klebeformteilen ist ansich bekannt. Bei dieser Ausgestaltung wird ein wesentlich flaches Element, bevorzugt das Elektroniksubstat, derart in der Auswerteeinrichtung befestigt, dass deren Ausnehmung verschlossen wird.
• In einer möglichen Ausgestaltung besitzt das Einsatzelement zusätzlich einen stiftförmigen Temperaturfühler, der von dem Einsatzelement und durch die Öffnung in die Leitung vorsteht.
• In einer ebenfalls möglichen Ausgestaltung ist das Gehäuseelement mit einer quer zur Einsteckrichtung stehenden Drainage-Ausnehmung versehen. Diese verhindert den Eintritt von Spritzwasser, das sich an dem Gehäuseelement niedergeschlagen hat, in die Einlassöffnung.
• Ein Ausführungsbeispiel zu der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Luftmassensensor in der Seitenansicht,
• Fig. 2 ein Steckerelement mit einem Temperaturfühler,
• Fig. 3 eine Messkanalvorrichtung mit Elektronikgehäuse,
• Fig. 4 Messkanal und Elektronikgehäuse in der auseinandergezogenen Ansicht und
• Fig. 5 ein Elektronikgehäuse in der auseinandergezogenen Darstellung.
• Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Luftmassensensor 10 in der Seitenansicht. Der Luftmassensensor 10 ist in die Ansaugleitung 12 eingesetzt. Die Hauptströmungsrichtung der Luft ist durch den Pfeil A gekennzeichnet. Über die Einlassöffnung 14 (Fig. 3) tritt ein Teil des Luftmassenstroms in den Bypasskanal 16 ein. In dem Kanal 16 wird die Luft an zwei Sensoren 18 und 20 vorbeigeführt. Die Sensoren sind beispielsweise in Form von temperaturabhängigen Widerständen mit Widerstandsschichten ausgebildet, sogenannte Heissfilmwiderstände, um die Masse der vorbeiströmenden Luft zu messen. Die Messprinzipien zur Bestimmung einer im Bypasskanal vorbeiströmenden Luftmasse sind bekannt und müssen hier nicht weiter erläutert werden.
• An seiner stromaufwärts weisenden Seite ist der Bypasskanal mit einem Elektronikgehäuse 22 versehen. Das Gehäuse 22 ist, wie in Fig. 3 dargestellt, mit dem Kanalelement 16 verbunden, was nachfolgend noch näher erläutert wird.
• Das Elektronikgehäuse 22 wiederum ist mit einem Steckerelement 24 verbunden. Das Steckerelement 24 wird in die Öffnung in der Leitung 12 eingesetzt und hält sowohl das Elektronikgehäuse als auch das Kanalelement. Das Steckerelement 24 dient als Einsatzelement.
• Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Steckerelements näher. Das Steckerelement 24 besitzt einen Deckel 26, der mit einem Orientierungspfeil zur Anzeige der Hauptströmungsvorrichtung versehen ist. Der Körper des Steckerelements 28 besitzt einen Aufnahmeschlitz 30 mit elektrischen Kontakten 32. Von dem Steckerkörper 28 fort führt ein Steckeranschluss 34 zur Weiterleitung der Messsignale an eine Motorsteuerung (nicht dargestellt).
• Der Steckerkörper 28 ist zusätzlich mit einem Temperaturfühler 36 versehen. Der Temperaturfühler ist als sogenannter NTC-Temperaturfühler (NTC = Negativer Temperaturcoeffizient) ausgebildet. Der Temperaturfühler 36 liegt im zusammengesetzten Zustand der Messvorrichtung seitlich neben dem Bypasskanal und stromabwärts von dem Elektronikgehäuse.
• Wie in Fig. 3 dargestellt, ist das Elektronikgehäuse 22 mit Kontaktstiften 38 versehen, die im eingesetzten Zustand eine elektrische Verbindung der Auswerteelektronik zu dem Steckerelement 24 herstellen.
• Fig. 4 zeigt das Kanalelement 16 mit seiner Öffnung 14 für den Bypasskanal. Der Bypasskanal besitzt einen ersten Abschnitt für die einströmende Luft und einen zweiten Abschnitt, der über einen Umlenkabschnitt mit dem ersten Abschnitt verbunden ist. Im Bereich des Umlenkabschnitts sind erster und zweiter Abschnitt durch eine Wand 40 voneinander getrennt. In dem Bypasskanal angeordnet sind die Sensorträger mit den Sensoren 18 und 20. Das Kanalelement besitzt einen umlaufenden Flansch 42, auf den das Gehäusegrundelement 44 gesetzt wird. Das Gehäusegrundelement 44 ist mit den Kontaktstiften 38 versehen. Die Kontaktstifte 38 stehen aus einem Sockel 46 hervor. In dem Grundelement 44 angeordnet ist das flache Elektroniksubstrat 48, das die Messsignale der Sensoren 18 und 20 auswertet und seine Ergebnisse über die Kontaktstifte 38 weiterleitet. Aufgesetzt auf das Grundelement 44 ist ein Gehäusedeckel 50, der seitlich mit Stegen 52 versehen ist. Die Stege sind jeweils an Längsseiten des Gehäusedeckels nahe den Ecken angeordnet.
• Zur Verbindung des Gehäuseelements mit dem Kanalelement wird das Elektroniksubstrat 48 in das Grundelement 44 eingesetzt, wie nachfolgend mit Bezug auf Fig. 5 näher erläutert wird. Der Deckel 50 wird aufgesetzt und die Stege 52 werden durch die Ausnehmungen 54 seitlich an dem Grundelement vorbeigeführt. Auf dem Flansch 42 des Kanalelements werden die Stege beispielsweise durch Kleben oder Verschweißen mit diesem verbunden. Die so gebildete Einheit wird in das Steckerteil 24 eingesetzt und der Vorsprung 46 in dem Schlitz 30 verklebt oder verschweißt. Nachfolgend wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktstiften 38 und 32 beispielsweise durch Löten hergestellt.
• Fig. 5 zeigt die Befestigung des Elektroniksubstrats 48 in dem Grundelement 44. Das Grundelement besitzt ein umspritztes Metalleinlegeteil (nicht dargestellt). In das Grundelement 44 ist ein beidseitig klebendes Klebeformteil 56 eingesetzt. Das Klebeformteil ist mit einer Öffnung 58 versehen. Im Bereich der Öffnung 58 sind jeweils zwei Lötfahnen 60 und 62 für die Sensorelemente vorgesehen. Von den zwei Paaren Lötfahnen ist in Fig. 1 jeweils nur eine von jedem Paar sichtbar. Die Öffnung 58 ist derart angeordnet, dass die Messsensoren durch die Öffnung an die Lötfahnen 60 und 62 gelötet werden können. Das auf das Klebeformteil 56 aufgesetzte Elektroniksubstrat 48 verschließt eine Öffnung im Grundelement und damit auch das Messkanalelement.
• Fig. 1 zeigt zusätzlich eine quer zur Strömungsrichtung verlaufende Drainageausnehmung 64, die auftreffendes Spritzwasser sammelt und dieses seitlich ableitet, um den Eintritt in die Einlassöffnung zu verhindern.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Messung der in einer Leitung strömenden Luftmasse, mit
einem Messkanalelement (16), in das über eine Einlassöffnung (14) ein in einer Hauptströmungsrichtung (A) strömender Teil der Luftmasse eintritt, mindestens einen Messsensor (18, 20) umspült und über eine Auslassöffnung wieder in die Leitung austritt,
einem Einsteckelement (24), das in eine Öffnung der Leitung (12) eingesetzt in die Leitung ragt, und
einem Gehäuseelement (22) zur Aufnahme einer Auswerteeinrichtung (48) für Signale, die von dem mindestens einen Messsensor generiert wurden, dadurch gekennzeichnet, dass
in einem verbundenen Zustand das Einsteckelement (24) das Gehäuseelement (22) und das Messkanalelement (16) in der Leitung hält, wobei
das Gehäuseelement an einer senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der Luftmasse liegenden Seite des in die Leitung eingetauchten Messkanalelements angeordnet ist.

2. Vorrichtung zur Messung der in einer Leitung strömenden Luftmasse, mit
einem Messkanalelement (16), in das über eine Einlassöffnung (14) ein in einer Hauptströmungsrichtung (A) strömender Teil der Luftmasse eintritt, mindestens einen Messsensor (18, 20) umspült und über eine Auslassöffnung wieder in die Leitung austritt,
einem Einsteckelement (24), das in eine Öffnung der Leitung (12) eingesetzt in die Leitung ragt, und
einem Gehäuseelement (24) zur Aufnahme einer Auswerteeinrichtung (48) für Signale, die von dem mindestens einen Messsensor generiert wurden, dadurch gekennzeichnet, dass
in einem verbundenen Zustand das Einsteckelement (24) das Gehäuseelement und das Messkanalelement (16) in der Leitung hält, wobei
die Auswerteeinrichtung ein im wesentlichen flächiges Elektroniksubstrat (48) aufweist, das zusammen mit dem Gehäuseelement in der Leitung angeordnet ist derart, dass eine Normalenrichtung des Elektroniksubstrats im wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung in der Leitung verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (24) und/oder das Messkanalelement (16) Mittel (38) zur elektronischen und Mittel (46) zur mechanischen Verbindung mit dem Einsteckelement (24) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel Kontaktstifte (38) aufweisen, die im verbundenen Zustand mit Kontaktelementen (32) in dem Einsteckelement (24) in elektrisch leitender Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement ein Grundelement (46) und ein Deckelelement (50) besitzt, zwischen denen die Auswerteeinrichtung (48) gehalten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (48) den mindestens einen Messsensor (18, 20) hält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (50) mit Stegen versehen ist, die im zusammengesetzten Zustand mit dem Messkanalelement verbunden sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuselement auf seiner stromabwärts weisenden Seite mit dem Messkanalelement verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement auf seiner stromaufwärts weisenden Seite konvex geformt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messsensor auf der dem Messkanalelement zugewandten Seite des Gehäuseelements vorgesehen ist, wobei das Grundelement eine Ausnehmung (58) besitzt, durch die Leiterelemente (60, 62) zur Verbindung des mindestens einen Messsensors mit der Auswerteeinrichtung hindurchragen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung ein im wesentlichen flaches Element aufweist, das mit dem Grundelement (44) über ein beidseitig mit Klebstoff versehenes Klebeformteil (56) verbunden ist und die Ausnehmung (58) verschließt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzelement zusätzlich einen stiftförmigen Temperaturfühler (36) aufweist, der auf der zur Leitung weisenden Seite des Einsatzelements angeordnet ist und im aufgesetzten Zustand des Einsatzelements durch die Öffnung in die Leitung taucht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel eine quer zur Einsteckrichtung verlaufenden Drainageausnehmung (64) aufweist.