DE10027830B4

DE10027830B4 - Massenstrommesser

Info

Publication number: DE10027830B4
Application number: DE10027830A
Authority: DE
Inventors: Stephen Setescak
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2020-06-06
Also published as: DE10027830A1; US20010052262A1

Abstract

Massenstrommesser mit
– einem Sensorelement (6),
– einem in Strömungsrichtung (4) des Massenstroms aufwärts des Sensorelements (6) angeordneten Schirmkörper (10), der so ausgebildet und in Bezug zum Sensorelement (6) angeordnet ist, dass im Massenstrom befindliche flüssige oder feste Teilchen (14) so durch den Schirmkörper (10) abgelenkt werden, dass ihre Flugbahn außerhalb des Bereichs ist, in dem das Sensorelement (6) angeordnet ist, und
– einem Lenkkörper (11), der so ausgebildet und in Bezug auf das Sensorelement (6) und den Schirmkörper (10) angeordnet ist, dass das Sensorelement (6) außerhalb des Windschattens des Schirmkörpers (10) in Bezug auf den gasförmigen Anteil des Massenstroms liegt, wobei der Lenkkörper (11) eine walzenförmige Anströmfläche hat und sich entlang der Strömungsrichtung (4) verjüngt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Massenstrommesser, insbesondere zum Erfassen eines Luftmassenstroms in einem Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine.

Aus der DE 31 24 960 C2 ist eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums bekannt. Diese Vorrichtung weist einen in dem Strömungsquerschnitt angeordneten Spaltkörper und mindestens einen in einem zur Strömung des Messmediums parallel verlaufenden Spalt des Spaltkörpers angeordneten temperaturabhängigen Widerstand auf. Stromaufwärts des Spaltes ist ein Ablenkkörper angeordnet, der der Medienströmung einen geringeren Widerstand entgegensetzt.

Aus der WO 91/02224 A1 ist ein Staubablenker für ein Luftmassenmesser bekannt. Das Sensorelement des Luftmassenmessers ist gegen direkten Einschlag großer Staubpartikel durch einen Plastikablenker abgeschirmt, der stromabwärts im Verhältnis zum Eintritt eines Bypasses positioniert ist. Der Ablenker wird durch ein Maschengitter gestützt, und er ist so angeordnet, dass die Luft in das Bypassventuriventil eintreten kann, nachdem sie an dem Ablenker vorbeigeströmt ist.

Die DE 100 16 642 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Parameters eines strömenden Mediums. Diese Vorrichtung besitzt einen Prallkörper, der stromaufwärts des Messelementes untergebracht ist, der zumindest teilweise durch einen Außenring umringt ist, wobei der Außenring einen in Strömungsrichtung verjüngend zulaufenden Abschnitt innerhalb des Außenringes bildet, um in der Strömung mittransportierte flüssige Bestandteile mittels des Prallkörpers von dem Messelement abzulenken.

Aus der EP 0 458 998 A1 ist ein Massenstrommesser bekannt mit einem Gehäuse, in dem ein Strömungskanal ausgebildet ist. In dem Gehäuse ist ein Strömungsgleichrichter angeordnet und stromabwärts des Strömungsrichters ist ein Sensorelement angeordnet, das ein dem Luftmassenstrom entsprechendes Messsignal erzeugt. Das Sensorelement ist als Heißfilm-Anemometer ausgebildet.

Bei derartigen Massenstrommessern ist es bekannt den Heißfilm-Widerstand mittels einer Brückenschaltung und einer zusätzlichen Regelungsschaltung auf einer konstanten Temperatur zu halten. Die dem Heißfilm-Widerstand zugeführte Heizleistung ist dann ein Maß für den an dem Heißfilm-Widerstand vorbeiströmenden Massenstrom.

Ein derartiger Massenstrommesser wird beispielsweise in Kraftfahrzeugen und dort im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zum Erfassen des Luftmassenstroms eingesetzt, der von der Brennkraftmaschine angesaugt wird. Abhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen, unter denen die Brennkraftmaschine betrieben wird, kann es vorkommen, dass in der durch den Ansaugkanal strömenden Luft Partikel vorhanden sind. Derartige Partikel können beispielsweise Wassertropfen sein. Trifft ein derartiger Wassertropfen auf die Oberfläche des Sensorelementes, so wird eine hohe Heizleistung benötigt, um den Wassertropfen zu verdampfen. Dies führt zu einem erheblichen Messfehler des Messsignals des Sensorelements.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, den bekannten Massenstrommesser so weiterzubilden, dass er zuverlässig und präzise einen Massenstrom erfasst, auch wenn Partikel im Massenstrom vorhanden sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass stromaufwärts des Sensorelements ein Schirmkörper angeordnet ist, der so ausgebildet und in Bezug zum Sensorelement angeordnet ist, dass im Massenstrom befindliche flüssige oder feste Teilchen so durch den Schirmkörper abgelenkt werden, dass ihre Flugbahn außerhalb des Bereichs ist, in dem das Sensorelement angeordnet ist. Der Schirmkörper schirmt somit das Sensorelement ab von Partikeln, die sich im Massenstrom befinden.

Wesentlich für ein zuverlässiges und präzises Erfassen des Massenstroms ist jedoch zusätzlich, dass im Bereich des Sensorelements eine stabile und definierte Strömung – vorzugsweise eine hohe Geschwindigkeit und eine feine Verwirbelung der Strömung – herrscht. Es ist daher sicherzustellen, dass sich das Sensorelement nicht im Windschatten des Schirmkörpers befindet. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Lenkkörper vorgesehen ist, der so ausgebildet und in Bezug auf das Sensorelement und den Schirmkörper angeordnet ist, dass das Sensorelement außerhalb des Windschattens des Schirmkörpers in Bezug auf den gasförmigen Anteil des Massenstroms liegt. Durch den Lenkkörper wird der gasförmige Anteil des Massenstroms hin zu dem Sensorelement gedrückt, was zur Folge hat, dass sich das Sensorelement in der konditionierten Strömung befindet. Der entscheidende Effekt ist, den der Gegenstand der Erfindung ausnützt, dass die Partikel aufgrund ihrer höheren Trägheit deutlich weniger durch den Lenkkörper abgelenkt werden und somit nicht auf das Sensorelement treffen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnung erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen Massenstrommesser, der ein Gehäuse 1 hat. In dem Gehäuse 1 des Massenstrommessers ist ein Strömungskanal 2 ausgebildet. In dem Strömungskanal 2 ist ein Strömungsgleichrichter 3 angeordnet.
In Strömungsrichtung 4 stromabwärts des Strömungsgleichrichters 3 ist ein Sensorelement 6 angeordnet, das ein den Massenstrom in dem Strömungskanal repräsentierendes Messsignal erzeugt. Das Sensorelement 6 ist vorzugsweise als Heißfilm-Widerstand ausgebildet und in einer Brückenschaltungsanordnung angeordnet. Dabei sind entsprechende Mittel zum Konstanthalten der Temperatur des Sensorelements 6 vorgesehen. Die elektrische Leistung, die dem Sensorelement 6 zugeführt wird, ist dann ein Maß für den an dem Sensorelement 6 vorbeiströmenden Massenstrom.
Das Sensorelement 6 ist auf einem Arm 7 angeordnet, der auf einem Grundkörper 8 befestigt ist.
Stromaufwärts des Sensorelements 6 ist ein Schirmkörper 10 angeordnet. Der Schirmkörper 10 ist vorzugsweise paraboloidförmig ausgebildet und verjüngt sich entgegen der Strömungsrichtung. Dadurch ist der Strömungswiderstand des Schirmkörpers gering und die Strömung bleibt auch stromabwärts des Schirmkörpers 10 zumindest außerhalb des Windschattens des Schirmkörpers 10 gut konditioniert.
Das stromabwärtige Ende des Schirmkörpers hat vertikal zu der Strömungsrichtung 4 zumindest ein Ausmaß, das der stirnseitigen Höhe also in vertikaler Richtung zur Strömungsrichtung 4 des Sensorelements entspricht. Der Schirmkörper 10 weist darüber hinaus vorzugsweise scharfe Kanten am stromabwärtigen Ende ab, die einen guten Strömungsabriss gewährleisten.
Ein Lenkkörper 11 ist vorgesehen, der so ausgebildet und in Bezug auf das Sensorelement 6 und den Schirmkörper 10 angeordnet ist, dass das Sensorelement 6 außerhalb des Windschattens des Schirmkörpers 10 in Bezug auf den gasförmigen Anteil des Massenstroms liegt.
Der Lenkkörper 11 hat vorzugsweise eine walzenförmige Anströmfläche und verjüngt sich entlang der Strömungsrichtung 4. Durch die walzenförmige Anströmfläche ist gewährleistet, dass die Strömung stark abgelenkt wird. Durch das Verjüngen des Lenkkörpers entlang der Strömungsrichtung ist gewährleistet, dass stromabwärts des Lenkkörpers 11 eine gut konditionierte Strömung herrscht. Der Lenkkörper 11 hat seine walzenförmige Anströmfläche stromaufwärts des Sensorelements. Dies bewirkt, dass die Strömungslinien – insbesondere die Strömungslinie 16 – hin zu dem Sensorelement gelenkt wird. Dies bewirkt, dass der Windschattenbereich des Schirmkörpers 10, der sich zwischen den Strömungslinien 16 und 15 befindet, außerhalb des Bereiches ist, in dem das Sensorelement 6 angeordnet ist. Im Windschattenbereich ist eine undefinierte Strömung, die mit starken Wirbeln versehen ist und zum Erfassen eines Messsignals ungeeignet ist.
Die in dem Massenstrom befindlichen Partikel 14 werden durch den Schirmkörper 10 auf eine Flugbahn gelenkt, die außerhalb des Bereichs ist, in dem das Sensorelement 6 angeordnet ist. Da die Partikel eine wesentlich höhere Trägheit als die gasförmigen Bestandteile des Massenstroms haben, werden die Partikel durch den Lenkkörper 11 nur unwesentlich abgelenkt und können daher nicht auf das Sensorelement treffen. Auf dem Grundkörper können neben dem Sensorelement 6 auch noch weitere Messfühler, wie z.B. ein Temperaturfühler, oder ein Heizelement zur Rückstrom-Kompensation angeordnet sein.
Das Sensorelement 6 und/oder der Schirmkörper 10 und/oder der Lenkkörper 11 können alternativ auch als separate Bauteile ausgebildet sein, die in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingebracht sind.

Claims

Massenstrommesser mit – einem Sensorelement (6), – einem in Strömungsrichtung (4) des Massenstroms aufwärts des Sensorelements (6) angeordneten Schirmkörper (10), der so ausgebildet und in Bezug zum Sensorelement (6) angeordnet ist, dass im Massenstrom befindliche flüssige oder feste Teilchen (14) so durch den Schirmkörper (10) abgelenkt werden, dass ihre Flugbahn außerhalb des Bereichs ist, in dem das Sensorelement (6) angeordnet ist, und – einem Lenkkörper (11), der so ausgebildet und in Bezug auf das Sensorelement (6) und den Schirmkörper (10) angeordnet ist, dass das Sensorelement (6) außerhalb des Windschattens des Schirmkörpers (10) in Bezug auf den gasförmigen Anteil des Massenstroms liegt, wobei der Lenkkörper (11) eine walzenförmige Anströmfläche hat und sich entlang der Strömungsrichtung (4) verjüngt.
Massenstrommesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirmkörper (10) paraboloidförmig ausgebildet ist und sich entgegen der Strömungsrichtung (4) verjüngt.
Massenstrommesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lenkkörper (11) stromaufwärts und stromabwärts des Sensorelements (6) erstreckt.