DE10015918A1 - Vorrichtung zur Bestimmung von zumindest einem Parameter eines in einer Leitung strömenden Mediums - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine. Die in der Leitung enthaltenen Festkörperpartikel beaufschlagen ein Messelement und beeinflussen ein Kennlinienverhalten des Messelements, das zur Bestimmung von Parmetern des strömenden Mediums dient. Zur Reduzierung der Beaufschlagung des Messelements (45) durch Festkörperpartikel, wird das Messelement (45) in einer Leitung (3) oder einem Rohrkörper (15) strömungsabwärts eines Schutzgitters (25) angeordnet und in der Leitung an einer Innenwandung (9, 19) wird ein Element (70) zur Beeinflussung von Bewegungsbahnen (60) der Festkörperpartikel angeordnet. Durch die gezielte Beeinflussung der Bewegungsbahnen (60) der Festkörperpartikel wird die Beaufschlagung des Messelements (45) deutlich reduziert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung von zumindest einem Parameter eines in einer Leitung strömenden Mediums nach der Gattung des Anspruchs 1.

Aus der DE 197 35 891 A1 ist ein in einen Reinkanal einer Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine einsetzbarer Messkörper zur Bestimmung der Masse der Ansaugluft bekannt, der einen Strömungs- und Messkanal aufweist, der im wesentlichen zu einer Längsachse einer Leitung geneigt ist und sich in einen daran anschliessenden, S-förmigen Umlenkkanal gliedert. Ein Messelement ist in dem Messkanal angeordnet. Das Messelement kann, wie beispielsweise durch die DE 43 38 891 A1 bzw. US-PS 5,452,610 bekannt ist, als mikromechanisches Sensorteil mit einer dielektrischen Membran ausgebildet sein. Infolge von vom Luftfilter nicht zurückgehaltenen Festkörperpartikeln und Wassereintrag durch den Luftfilter in die Ansaugleitung, z. B. durch regennasse Fahrbahn, kann es ggf. zu einer Kontamination des Messelements kommen. In diesem Spritzwasser enthaltene natürliche Anteile an gelösten Salzen rufen dann einen Kennliniendrift infolge Salzkrustenaufbau auf der Membran des Sensorteils hervor.

Durch die Neigung des Messkörpers wird zwar ein abgeschatteter Bereich gebildet, aber ein Teil dieser Festkörper- oder Flüssigkeitspartikel gelangen trotzdem in den Messkanal.

Aus der DE 197 35 664 A1 ist schon eine Vorrichtung bekannt, bei der das Messelement innerhalb eines von dem Medium durchströmten Rohrkörpers angeordnet ist, wobei sich ein strömungsaufwärtiges Ende des Rohrkörpers bis in eine Filterkammer erstreckt und dort an einer Mantelfläche Einlassöffnungen aufweist, um eine Beaufschlagung des Messelements durch Schmutzpartikel oder Wassertröpfchen zu vermindern. Besonders bei stark verschmutzter Luft und einem hohen Wasseranteil in der Ansaugluft der Brennkraftmaschine besteht die Gefahr, dass sich der Luftfilter mit Wasser vollsaugt, das dann durch die Filtermatte hindurchtritt und dabei Schmutzpartikel mitnimmt. Auf der strömungsabwärtigen Seite des Luftfilters, der eigentlichen Reinseite, besteht nun die Gefahr, dass die Ansaugluft wieder von der Filteroberfläche Schmutzpartikel und Wassertröpfchen mitreisst, die dann in unerwünschter Weise an dem Messelement angelagert werden und zu Fehlmessungen oder einem Ausfall des Messelements führen. Der Rohrkörper nach dem Stand der Technik vermindert durch die Anordnung der Einlassöffnungen an der Mantelfläche die Gefahr von Ablagerungen am Messelement, jedoch wird durch eine entsprechend lange Ausbildung des Rohrkörpers ein unerwünschter Druckabfall bewirkt, der zu einer Verminderung der Messempfindlichkeit führt. Ausserdem ist die Verringerung einer Beaufschlagung des Messelements mit Flüssigkeit/Festkörperpartikeln kaum bei einem sehr hohen Flüssigkeitseintrag von etwa 20 Liter/Stunde zu gewährleisten.

Aus der DE 196 52 753 A1 ist eine Vorrichtung mit einem Messelement bekannt, die einen Strömungsgleichrichter und ein Gitter zu einer Stabilisierung eines Messsignals enthält. Jedoch wird kein weiteres Gitter oder Element verwendet, um das Messelement vor Flüssigkeiten oder Festkörperpartikeln zu schützen.

Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, ein Abweisgitter in einer Leitung zu verwenden, um aus strömender Luft oder einem Gas Flüssigkeitspartikel zu trennen. Ein solches vor ein Innenrohr oder in der Leitung geschaltetes Abweisgitter beeinflusst das dem Messelement zuströmende Luft-Wassergemisch derart, dass die Flüssigkeitspartikel an eine Rohrwand bzw. eine Leitungswand geleitet werden, während die Luft in einem Zentrum des Innenrohres verbleibt.

Ein anderes Verhalten zeigt sich bei dem Durchsatz eines Gemisches aus Luft und Staub durch ein Abweisgitter in der Leitung. Der Staub bildet keinen Wandfilm wie eine Flüssigkeit, sondern wird an der Leitungswand reflektiert, wobei das Prinzip Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel gilt. Da das Messelement in einem bestimmten Abstand zum Abweisgitter angeordnet ist, trifft ein bestimmter Anteil der reflektierten Festkörperpartikel auf das dem Abweisgitter nachgestaltete Messelement.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemässe Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine Verbesserung des Schutzes eines Messelements vor Festkörperpartikeln erzielt wird, indem die Bewegungsbahnen der Festkörperpartikel beeinflusst werden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 genannten Vorrichtung möglich.

Es ist vorteilhaft, die Bewegungsbahnen der Festkörperpartikel durch eine in axialer Richtung ausgedehnte Erhebung zu beeinflussen, weil dadurch die Festkörperpartikel mittels bewusst eingestellter Reflektion an dem Messelement vorbeigeführt werden.

Weiterhin vorteilhaft ist es, durch eine Stufe die Bewegungsbahnen der Festkörperpartikel so zu beeinflussen, dass die Festkörperpartikel zurückreflektiert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, ein Element zur unterschiedlichen Beeinflussung der Bewegungsbahnen von Festkörperpartikeln in einem Rohrkörper anzuordnen, weil dadurch eine Schutzwirkung des Rohrkörpers und des Elements ausgenutzt wird.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden, Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 2 und Fig. 3 weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung von zumindest einem Parameter, insbesondere eines Luftvolumenstroms, eines in einer Leitung 3 strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine. Parameter eines strömenden Mediums sind beispielsweise der Luftvolumenstrom zur Ermittlung einer Luftmasse, einer Temperatur, eines Drucks, einer Konzentration eines Mediumbestandteils oder eine Strömungsgeschwindigkeit, die mittels geeigneter Sensoren bestimmt werden. Die Anwendung der Vorrichtung 1 für Bestimmungen weiterer Parameter ist möglich. Dies kann dadurch erfolgen, dass zwei oder mehr Sensoren verwendet werden, wobei ein Sensor auch zwei oder mehr Parameter ermitteln kann. Die Leitung 3 hat eine Wandung 6 und eine Innenwandung 9. Das Medium strömt in der Leitung 3 in der Hauptströmungsrichtung 12, gekennzeichnet durch einen Pfeil. In der Leitung 3 ist beispielsweise ein mit Radialabstand zur Leitung 3 verlaufender und von dem Medium umströmter Rohrkörper 15 vorhanden. Der Rohrkörper 15 hat einen Durchströmungskanal 22 und im Bereich seines strömungsaufwärtigen Endes gelegen ein Schutzgitter 25. Als Material für das Schutzgitter 25 kann Kunststoff, Metall, Keramik oder Glas verwendet werden. Das plattenförmige Schutzgitter 25 aus Kunststoff kann beispielsweise durch Spritzgiessen hergestellt werden oder durch Einbringen der Gitteröffnungen 29 mittels eines materialabtragenden Verfahrens.

In dem Durchströmkanal 22 herrscht strömungsabwärts etwas entfernt von dem Schutzgitter 25 eine Strömungsrichtung 32. Die Strömungsrichtung 32 verläuft in etwa parallel zur Hauptströmungsrichtung 12. Der Rohrkörper 15 hat eine Mittellinie 35, die beispielsweise auch die Mittellinie der Leitung 3 ist.

In den Rohrkörper 15 erstreckt sich beispielsweise ein . Messkörper 39. Der Messkörper 39 ist teilweise durch eine erste Einstecköffnung 40 in der Wandung 6 und eine zweite Einstecköffnung 42 in der Wand 16 des Rohrkörpers 15 beispielsweise eingesteckt und ragt beispielsweise mit einem freien Ende in den Durchströmkanal 22.

Dem Fachmann ist ein solcher Messkörper 39 aus der DE 197 35 891 A1 bekannt, die Teil dieser Offenbarung sein soll. Das von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftvolumen ist durch eine nicht dargestellte, strömungsabwärts des Rohrkörpers 15 in dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe willkürlich veränderbar.

Zur Ermittlung der Ansaugluftmasse der Brennkraftmaschine ist der Messkörper 39 vorgesehen, der im wesentlichen länglich und quaderförmig ausgebildet ist und sich entlang einer Längsachse 41 erstreckt. Die Längsachse 41 verläuft im wesentlichen senkrecht zur Mittelline 35 und damit auch zur Hauptströmungsrichtung 12.

Eine die elektrischen Anschlüsse beispielsweise in Form von Steckerzungen, aufnehmendes Steckerende des Messkörpers 39 verbleibt dabei beispielsweise ausserhalb der Leitung 3. Im Messkörper 39 ist in bekannter Weise zumindest ein Messelement 45 vorgesehen, in diesem Beispiel ein Messelement 45, das mit der den Durchströmkanal 22 durchströmenden Luft in Kontakt steht. Das Messelement 45 kann beispielsweise ein Temperatursensor, wie er aus der DE 42 28 484 C2 bekannt ist, ein Drucksensor, wie er in der DE 31 35 794 A1 verwendet wird, oder ein Luftvolumensensor sein der die entsprechenden Parameter ermittelt.

Als Beispiel für die verschiedenen Sensoren wird hier exemplarisch ein Luftvolumensensor gewählt mittels dem das von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftvolumen bestimmt wird.

Das Messelement 45 ist beispielsweise in dem Messkörper 39 angeordnet, der eine Einlassöffnung 49 hat, in die das Medium einströmt.

Das Messelement 45 kann in bekannter Weise, z. B. in Form von wenigstens einem temperaturabhängigen Widerstand, ausgebildet sein. Insbesondere ist es möglich, wie beispielsweise in der DE 43 38 891 A1 bzw. US-PS 5,452,610 gezeigt wird, das Messelement 45 als mikromechanisches Bauteil auszubilden, welches eine dielektrische Membran aufweist, auf welchem Widerstandselemente ausgebildet sind. Es ist auch denkbar, das Messelement 45 ohne Messkörper 39 in die Leitung 3 oder in den Rohrkörper 15 einzubringen.

Das Schutzgitter 25 hat Stege 52, die um einen bestimmten Umlenkwinkel zur Mittellinie 35 geneigt verlaufen. Die Stege 52 bilden Gitteröffnungen 29 und Kanäle 63 strömungsabwärts des Schutzgitters 25. An dem Schutzgitter 25 lagern sich Flüssigkeitströpfchen ab und werden durch die geneigt verlaufenden Kanäle an eine Innenwandung 9 der Leitung 3 oder eine Wand 16 des Rohrkörpers 15 geleitet und bewegen sich dadurch an der Einlassöffnung 49 des Messkörpers 39 oder an dem Messelement 45 vorbei. Das Gas- Festkörperpartikelgemisch strömt durch die Gitteröffnungen 29 strömungsabwärts gesehen hinter dem Schutzgitter 25 umgelenkt in einer anderen Richtung 56, gekennzeichnet durch einen Pfeil, weiter.

Die Bewegungsbahn 60 eines Festkörperpartikels ist in der Fig. 1 durch Linien 60 angedeutet. Von jedem Kanal 63 des Schutzgitters 25 aus verlaufen die Bewegungsbahnen 60 sowie die Richtung 56 der Festkörperpartikel parallel zueinander und treffen auf eine Innenwandung des Rohrkörpers 15 oder der Leitung 3. Nach dem Reflektionsgesetz werden die Festkörperpartikel dort reflektiert und verteilen sich dnach in einer Leitung 3 nach dem Stand der Technik über einen gesamten Querschnitt des Durchströmungskanals 22 oder der Leitung 3. Dadurch würden die Festkörperpartikel auch in die Einlassöffnung 49 des Messkörpers 39 gelangen und im folgenden auf das Messelement 45 treffen können, welches dadurch beschädigt werden kann.

Um zu verhindern, dass Festkörperpartikel in die Einlassöffnung 49 gelangen, ist strömungsaufwärts des Messkörpers 39 im Bereich des in Richtung 56 strömenden Gas- Festkörperpartikelgemischs ein Element 70 vorgesehen, das die Bewegungsbahnen 60 der Festkörperpartikel beeinflusst. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Element 70 beispielsweise direkt strömungsabwärts des Schutzgitters 25 angeordnet und ist eine in axialer Richtung, d. h. in Richtung 32 ausgedehnte Erhebung 73 der Wand 16. Eine Kontur 76 der Erhebung 73 ist im axialen Querschnitt beispielsweise eine bezüglich der Mittellinie 35 konvex gekrümmte und stetig gekrümmte Oberfläche. Die Erhebung 73 hat einen Scheitelpunkt 79. Festkörperpartikel die strömungsabwärts gesehen vor dem Scheitelpunkt 79 auf die Erhebung 73 treffen, werden unter einem kleineren Reflektionswinkel reflektiert, und strömen so an der Einlassöffnung 49 vorbei. Festkörperpartikel die strömungsabwärts gesehen hinter dem Scheitelpunkt 79 auf die Erhebung 73 treffen, werden um einen grösseren Reflektionswinkel bspw. an dem unteren Ende des Messkörpers 39 vorbeireflektiert und gelangen ebenfalls nicht in die Einlassöffnung 49 des Messkörpers 39.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtung 1. Für gleiche oder gleichwirkende Teile werden in den folgenden Figuren die gleichen Bezugszeichen wie in den vorherigen Figuren verwendet.

Das Element 70, dass die Bewegungssbahn 60 der Festkörperpartikel beeinflusst, hat in diesem Ausführungsbeispiel der Gas-Festkörperpartikelgemisch- Strömung entgegengerichtet eine Stufe 82 mit einer Kante 83 an einer Innenwand 19 des Rohrkörpers 15. Die Kante 83 der Stufe 82 kann jeden beliebigen Winkel mit der Längsachse 41 bilden. An der Kante 83 werden die Festkörperpartikel zurückreflektiert, die ansonsten durch Reflektion an einer ebenen Innenwandung 9, 19 in Richtung der Einlassöffnung 49 reflektiert würden. Dadurch wird das Messelement 45 vor Festkörperpartikeln geschützt.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtung 1.

In diesem Ausführungsbeispiel wird im Gegensatz zur Fig. 1 kein Rohrkörper 15 verwendet. Das Schutzgitter 25 erstreckt sich bspw., aber nicht notwendigerweise, über den gesamten Querschnitt der Leitung 3. Als Element 70 ist eine an der Innenwandung 19 vorgesehene Erhebung 73 gewählt worden. Es kann aber auch eine Stufe 82 an der Innenwand 9 der Leitung 3 angeordnet werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung (1) zur Bestimmung zumindest eines Parameters, insbesondere eines Volumenstroms, eines in einer Leitung (3) strömenden Mediums in Form eines Gas-Flüssigkeits- Festkörperpartikelgemischs, insbesondere des Ansaugluftgemischs einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem in der Leitung (3) angeordneten und vom strömenden Medium umströmten Messelement (45), dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (1) zumindest ein zumindest teilweise strömungsaufwärts des Messelements (45) innerhalb der Leitung (3, 22) angeordnetes Schutzgitter (25) hat, das zumindest einen Kanal (63) hat, der das in einer Hauptströmungsrichtung (12) strömende Medium strömungsabwärts hinter dem Schutzgitter (25) zumindest teilweise umlenkt, und
dass strömungsabwärts des Schutzgitters (85) in der Leitung (3, 22) zumindest ein Element (70) angeordnet ist, dass die Bewegungsbahnen (60) von Festkörperpartikeln unterschiedlich beeinflusst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Austritt aus dem Kanal (63) durch zumindest einmalige Reflektion der Festkörperpartikel an dem Element (70) die Bewegungsbahnen (60) der Festkörperpartikel des strömenden Mediums in Strömungsrichtung (12) gesehen hinter dem Schutzgitter (25) so verlaufen, dass die Festkörperpartikel von dem weiter strömungsabwärts gelegenen Messelement (45) weggeleitet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (70) so ausgebildet ist, dass die Bewegungsbahnen (60) der Festkörperpartikel des strömenden Mediums durch Reflektion an dem Element (70) an dem Messelement (45) vorbeigeführt werden.

4. Vorrichtung nach einem oder mehrerem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (70) eine in axialer Richtung ausgedehnte Erhebung (73) ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehrerem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (70) eine Stufe (82) hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (70) so ausgebildet ist, dass die Festkörperpartikel des strömenden Mediums durch die Reflektion an dem Element (70) zumindest teilweise zurückreflektiert werden.

7. Vorrichtung nach einem oder mehrerem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Leitung (3) ein von dem Medium in Hauptströmungsrichtung (12) durchströmten Rohrkörper (15) erstreckt, der einen Durchströmkanal (22) hat, und dass das Element (70) und das Messelement (45) sich in dem Rohrkörper (15) befinden.