DE10047908A1 - Massenstrommesser - Google Patents

Abstract

Ein Massenstrommesser hat einen Kanal (2), in dem ein Sensorelement (3) angeordnet ist und der in einem Bereich stromaufwärts des Sensorelements (3) so ausgebildet ist, dass durch den Bereich erzeugte Strömungswirbel abhängig von dem Pulsationsgrad der Strömung mehr oder weniger auf das Sensorelement (3) einwirken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Massenstrommesser, der insbeson­ dere geeignet ist zum Erfassen eines Luftmassenstroms in ei­ nem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.

Derartige Massenstrommesser haben in ihrem Gehäuse einen Ka­ nal ausgebildet, der entweder identisch ist mit einem Haupt­ kanal, in dem das gesamte strömende Medium strömt, oder ein Hilfskanal ist, in dem nur ein Teil des im Hauptkanal strö­ menden Mediums strömt. In dem Kanal ist mindestens ein Sen­ sorelement angeordnet, dass beispielsweise als sogenannter Heißfilmwiderstand ausgebildet ist, dessen Widerstand tempe­ raturabhängig ist.

Beim Einsatz derartiger Massenstrommesser in dem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine treten bei bestimmten Betriebszu­ ständen der Brennkraftmaschine Pulsationen der strömenden Luft auf. Die Pulsationen sind bedingt durch die Geometrie des Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine und hängen auch ab von der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Pulsatio­ nen sind periodische Schwankungen der Luftströmung, die bis zu einem Pulsationsgrad unter 100% nicht zu einer Umkehr der Strömungsrichtung führen, sondern lediglich zu periodischen Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit und die bei einem Pulsationsgrad von über 100% zeitweise zu einer Strömungsum­ kehr der Strömung führen. Pulsationen sind besonders ausge­ prägt bei Brennkraftmaschinen mit bis zu vier Zylindern.

Massenstrommesser mit als Heißfilmwiderstand ausgebildeten Sensorelementen erfassen die Strömung ohne die Richtung der Strömung zu unterscheiden. Dadurch werden Rückflussanteile der Strömung bei Pulsationsgraden von über 100% additiv er­ fasst, was zu einem Messfehler führt. Darüber hinaus weist das Messsignal des Sensorelements einen negativen Messfehler auf, der durch die Schwankungen der Luftströmungen - also durch Pulsationen - verursacht wird. Dieser negative Messfehler wird verursacht aufgrund der Ansprechzeiten des Sensor­ elements und Nichtlinearitäten seiner Kennlinie. Der negative Messfehler ist besonders ausgeprägt, wenn als Substrat für das Sensorelement Glas verwendet wird. Er kann dann bis zu 20 % des korrekten Wertes des Messsignals betragen.

Aus der DE 196 20 435 A1 ist ein Massenstrommesser bekannt mit einem Kanal, in dem ein Sensorelement angeordnet ist, und mit einer Korrekturschaltung zur Korrektur des negativen Messfehlers bei Pulsationen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es einen weiteren Massenstrom­ messer so auszubilden, dass ein negativer Messfehler eines Messsignals bei Pulsationen des Massenstroms kompensiert wird.

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

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, dass durch gezielt erzeugte Wirbel, die abhängig von dem Pulsationsgrad der Strömung mehr oder weniger auf das Sensorelement einwirken, der negative Messfehler stark reduziert wird. Dazu ist ein Bereich des Kanals des Massenstrommessers stromaufwärts des Sensorelements so ausgebildet, dass durch den Bereich erzeug­ te Strömungswirbel abhängig von dem Pulsationsgrad der Strö­ mung mehr oder weniger auf das Sensorelement einwirken. Die Wirbel bilden sich stromabwärts des Bereichs des Kanals aus. Sie werden während der Beschleunigungsphase der pulsierenden Strömung gebildet und wirken dann während der Verzögerungs­ phase auf das Sensorelement ein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Massenstrommesser in einem Hauptkanal,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Massenstrommessers gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 einen Verlauf des Messfehlers abhängig von dem Pul­ sationsgrad.

Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenüber­ greifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Ein Massenstrommesser hat ein Gehäuse 1, in dem ein Hilfska­ nal 2 ausgebildet ist. In dem Hilfskanal 2 ist ein Sensorele­ ment 3 angeordnet. Der Massenstrommesser ist in einer Ausneh­ mung eines Hauptkanals 5 eines Ansaugtraktes einer Brenn­ kraftmaschine angeordnet. Ein Teil des Massenstroms, der in Hauptströmungsrichtung 8 durch den Hauptkanal strömt, strömt auch durch den Hilfskanal 2. Das Sensorelement 3 erzeugt ein Messsignal, das abhängt von dem Massenstrom, der durch den Hilfskanal 2 strömt. Der Hilfskanal 2 weist in einem Bereich stromaufwärts der Hauptströmungsrichtung 8 des Sensorelements 3 einen Bereich auf mit einer Ausbuchtung 7, die so ausgebil­ det ist, dass durch die Geometrie der Ausbuchtung erzeugte Strömungswirbel abhängig von dem Pulsationsgrad der Strömung mehr oder weniger auf das Sensorelement 2 einwirken.

In einem Betriebszustand, in dem keine Pulsationen der Strö­ mung auftreten, ist der Pulsationsgrad Null. Im Bereich der Ausbuchtung entstehen Wirbel, die jedoch nicht auf das Sen­ sorelement 3 einwirken. In einem Betriebszustand mit Pulsati­ onen, beispielsweise bei einem Pulsationsgrad von 100%, kommt das strömende Medium periodisch zu einem Stillstand. Die Strömung wird somit beschleunigt und dann wieder verzö­ gert bis sie zum Stillstand kommt und dies in periodischer Weise. Während der Beschleunigungsphasen bilden sich Wirbel stromabwärts in Hauptströmungsrichtung 8 der Ausbuchtung 7, die dann mit zunehmender Verzögerung der Strömung in Haupt­ strömungsrichtung 8 in dem Hilfskanal 2 immer stärker auf das Sensorelement 3 einwirken. Im Zeitpunkt des momentanen Stillstands der Strömung in Hauptströmungsrichtung 8 ist im Be­ reich des Sensorelementes 3 weiterhin eine Strömung vorhan­ den, die durch die Wirbel bedingt ist. Dadurch wird das als Heißfilmwiderstand ausgebildete Sensorelement 3 weiterhin von Massenstrom umströmt und gibt somit Wärme ab. Dadurch wird das Messsignal erhöht, was zu einer Kompensation des sonst auftretenden negativen Messfehlers führt. Die Geometrie der Ausbuchtung 7 und die Anordnung in Bezug zu dem Sensorelement 3 ist dabei durch Versuche so bestimmt, dass der negative Messfehler über einen vorgegebenen Betriebsbereich innerhalb vorgegebener Pulsationsgrade minimiert ist. Bei derartigen Versuchen wird vorzugsweise zusätzlich ein Referenz- Massenstrommmesser eingesetzt, dessen Messsignal nicht durch Pulsationen des Massenstroms beeinflusst wird.

Die Ausbuchtung 7 hat vorzugsweise die in Fig. 2 dargestell­ te Form. Eine besonders gute Kompensation des negativen Mess­ fehlers des Messsignals ist gegeben, wenn eine zweite Aus­ buchtung 9 vorgesehen ist und dann der Hilfskanal 2 kreuzför­ mig ausgebildet ist.

Alternativ kann der Hilfskanal 2 auch der Hauptkanal 5 sein. In diesem Fall weist dann der Hauptkanal 5 mindestens eine entsprechende Ausbuchtung auf und zwar stromaufwärts des dann in dem Hauptkanal 5 angeordneten Sensorelements 3.

In Fig. 3 sind die prozentualen Messfehler bezogen auf einen wahren Wert des Massenstrommessers gemäß der Erfindung und eines Massenstrommessers ohne Ausbuchtung 7 dargestellt. Es ist klar ersichtlich, dass bei dem Massenstrommmesser gemäß der Erfindung der negative Messfehler in dem Bereich, in dem der negative Messfehler eine starke Auswirkung auf die Güte des Messsignals hat - das ist von einem Pulsationsgrad etwa 80% bis 140% -, nahezu eliminiert ist.

Claims (5)

1. Massenstrommesser mit einem Kanal (2), in dem ein Sensor­ element (3) angeordnet ist und der in einem Bereich stromauf­ wärts des Sensorelements (3) so ausgebildet ist, dass durch den Bereich erzeugte Strömungswirbel abhängig von dem Pulsa­ tionsgrad der Strömung mehr oder weniger auf das Sensorele­ ment (3) einwirken.

2. Massenstrommesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal in dem Bereich eine Ausbuchtung (7) hat.

3. Massenstrommesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (2) zwei Ausbuchtungen (7, 9) symmetrisch zu dem Sensorelement (3) hat.

4. Massenstrommesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (2) kreuzförmig ausge­ bildet ist.

5. Massenstrommesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (2) ein Hilfskanal zu einem Hauptkanal ist, in den der Massenstrommesser einsteck­ bar ist.