DE10135819B4

DE10135819B4 - Luftmassendurchflußmesser

Info

Publication number: DE10135819B4
Application number: DE2001135819
Authority: DE
Inventors: Stefan Pesahl; Frank Dr. Steuber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: DE10135819A1

Abstract

Luftmassendurchflußmesser (10) zur Messung einer von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse, mit
– einer in einem Strömungsweg der Luft angeordneten Sensoreinheit (28), die die vorbeiströmende Luftmasse fühlt,
– mindestens einem ersten und einem zweiten Kanalabschnitt (16, 20;24, 26), die einen Teil des zur Brennkraftmaschine geführten Luftstroms an der in dem ersten oder zweiten Kanalabschnitt (16, 20;24, 26) angeordneten Sensoreinheit vorbeiführen und die den Luftstrom in unterschiedliche Richtungen leiten,
– mindestens einem Umlenkbereich (18;38), der den ersten und zweiten Kanalabschnitt miteinander verbindet, und
– mindestens eine Luftflügeleinrichtung im Bereich der Sensoreinheit in dem Strömungsweg der Luft,
dadurch gekennzeichnet, dass die Luftflügeleinrichtung mindestens ein im wesentlichen scheibenförmiges Element (36) besitzt, das in dem Umlenkbereich angeordnet ist und in dem Strömungsweg derart steht, daß beide Flachseiten des Elements im wesentlichen parallel zu einer von der Strömungsrichtung im Umlenkbereich aufgespannten Ebene liegen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftmassendurchflußmesser zur Messung einer von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse.
Luftmassendurchflußmesser im Ansaug- bzw. Ladetrakt der Brennkraftmaschine sind bekannt. Sie dienen dazu, den Massendurchfluß der Ansaug-/Ladeluft zu messen, da es bei dem chemischen Vorgang der Verbrennung auf die Massenverhältnisse ankommt.
Aus EP 0 908 704 A1 ist ein Luftmassendurchflußmesser bekannt, der thermisch den Luftstrom mißt. Der Luftmassendurchflußmesser wird mit einem Ende in dem Ansaugtrakt zu der Brennkraftmaschine angeordnet. Ein Teil des Luftstroms wird in einen ersten Kanal abgezweigt, der zu einem Luftmassensensor führt. Der Luftmassensensor ermittelt die an ihm vorbeiströmende Luftmasse beispielsweise thermisch. Nachfolgend wird der Luftstrom umgelenkt und wieder dem Hauptluftstrom zugeführt, um der Brennkraftmaschine zugeführt zu werden. Nachteilig an dem bekannten Luftmassensensor ist, daß es im Umlenkbereich zu Instabilitäten in der Luftströmung kommen kann. Insbesondere beim Auftreten von Sekundärströmungen, hierbei handelt es sich um gegenläufige Wirbel in einer Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung, wird der Luftmassensensor beeinflußt und das Meßergebnis von diesem gestört.
Aus DE 196 23 334 A1 ist ein Luftmassensensor bekannt, bei dem ein Meßelement in den Meßkanal vorsteht. Das Meßelement ist dabei in einer Aufnahme angeordnet, die in einem Trägerteil vorgesehen ist. Das Meßelement befindet sich im Mündungsabschnitt des Kanals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftmassensensor bereitzustellen, bei dem eine Verfälschung und Beeinflussung der gefühlten Luftmasse durch Instabilitäten in der Strömung und sekundäre Strömungen vermieden wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen Luftmassensensor mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Luftmassensensor besitzt eine in einem Strömungsweg der Luft angeordnete Sensoreinheit, die die vorbeiströmende Luftmasse fühlt. Ferner ist ein erster und ein zweiter Kanalabschnitt vorgesehen, die einen Teil des zur Brennkraftmaschine geführten Luftstroms an der Sensoreinheit vorbeiführen, wobei die Sensoreinheit in dem ersten oder zweiten Kanalabschnitt angeordnet ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Kanalabschnitt ist ein Umlenkbereich vorgesehen, der den Luftstrom aus dem ersten Kanalabschnitt in den zweiten Kanalabschnitt umlenkt. Umlenkbereich ist jeder Bereich, der zwei Kanalabschnitte miteinander verbindet, deren Strömungsrichtungen einen von 0° verschiedenen Winkel einschließen.
Erfindungsgemäß ist im Bereich der Sensoreinheit eine Luftflügeleinrichtung in dem Umlenkbereich vorgesehen, die mindestens ein im wesentlichen scheibenförmiges Element besitzt. Das scheibenförmige Element ist in dem Strömungsweg der Luft angeordnet derart, daß die Luft beide Flachseiten in Strömungsrichtung umströmt. Das scheibenförmige Element liegt also mit seinen Flachseiten in der Luftströmung, so daß die Strömung diese überstreicht. Die erfindungsgemäße Luftflügeleinrichtung bewirkt, daß die Luftströmung in dem Umlenkbereich deutlich stabiler umgelenkt werden kann und sich keine großräumigen Wirbelgebiete ausbilden. Neben der Führung des Luftstroms durch die Luftflügeleinrichtung ist auch die an den scheibenförmigen Elementen auftretende Reibung für die Stabilisierung der Luftströmung verantwortlich. Die erfindungsgemäße Luftflügeleinrichtung stellt sicher, daß eine Störung der Sensoreinheit unterbleibt.
In einer bevorzugten Weiterführung sind der erste und der zweite Kanalabschnitt parallel zueinander geführt. Der Luftstrom wird in dem Umlenkbereich also um 180° umgelenkt. Der durch den Luftmassendurchflußmesser strömende Anteil der Luft tritt in den ersten Kanalabschnitt ein und wird an der Sen soreinheit vorbeigeführt, wonach er durch den Umlenkbereich in den zweiten Kanalabschnitt eintritt. Von dem zweiten Kanalabschnitt tritt der Luftstrom wieder in den Hauptluftstrom des Ansaugtrakts ein. Erster und zweiter Kanalabschnitt sind bevorzugt durch eine Trennwand voneinander getrennt und verlaufen parallel zueinander bevorzugt senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der angesaugten Luft.
In einer Weiterbildung ist der erste Kanalabschnitt ein Mündungsabschnitt und der zweite Kanalabschnitt ein sich an diesen anschließender Abschnitt. In dem zwischen diesen Abschnitten gebildeten Umlenkbereich wird der Luftstrom umgelenkt, wobei in dem Umlenkbereich die Luftflügeleinrichtung vorgesehen ist. Luftflügeleinrichtungen können auch in mehreren Umlenkbereichen vorgesehen sein.
Das scheibenförmige Element der Luftflügeleinrichtung ist bevorzugt in Strömungsrichtung abwärts von der Sensoreinheit angeordnet. Bevorzugt ist das scheibenförmige Element in dem Umlenkbereich starr gehalten. Das scheibenförmige Element kann hierbei mit seiner in Strömungsrichtung weisenden Kante an der Trennwand anliegen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das scheibenförmige Element auf der der Sensoreinheit zugewandten Seite der Trennwand vorgesehen sein. In einer anderen Ausgestaltung erstreckt sich das scheibenförmige Element im wesentlichen über den gesamten Umlenkabschnitt. Zusätzlich kann sich das scheibenförmige Element aus dem Umlenkabschnitt heraus in den ersten Kanalabschnitt erstrecken.
Es hat sich gezeigt, daß die Luftflügeleinrichtung bevorzugt mit mehreren parallel zueinander angeordneten scheibenförmigen Elementen ausgestattet ist Es können beispielsweise ein bis fünf Elemente vorgesehen sein, vorzugsweise drei. Die scheibenförmigen Elemente besitzen bevorzugt zwei parallel zueinander verlaufende, ebene Seitenflächen und somit konstante Dicke.
In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt die Luftflügeleinrichtung drei parallel angeordnete, scheibenförmige Elemente, die vorzugsweise einen gleichen Abstand voneinander und von der Innenwandung des Umlenkbereichs besitzen.
In einer Ausgestaltung besitzen der erste und der zweite Kanalabschnitt und der Umlenkabschnitt einen rechtwinkligen Querschnitt und die scheibenförmigen Elemente liegen an der Innenwandung an.
Eine bevorzugte Ausgestaltung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:
1 einen Querschnitt durch einen Luftmassensensor,
2 eine schematische Ansicht des Umlenkbereichs und
3 eine schematische Ansicht des Umlenkbereichs ohne Luftflügeleinrichtung.
1 zeigt einen Luftmassendurchflußsensor 10 im Querschnitt. Der Luftmassendurchflußsensor 10 ist dafür vorgesehen, mit seinem Ende 12 in dem Ansaugrohr angeordnet zu werden. Die Dichtung 14 dichtet hierbei das Ansaugrohr ab.
Der in dem Ansaugrohr angeordnete Teil des Luftmassendurchflußsensors 12 besitzt einen ersten Kanalabschnitt 16, der über einen Umlenkbereich in einen zweiten Kanalabschnitt 20 führt. Erster Kanalabschnitt und zweiter Kanalabschnitt sind durch die Trennwand 22 voneinander getrennt.
Der erste Kanalabschnitt 16 geht in eine trichterförmige Mündung 24 über, die gegenüber einem aufsteigenden Kanalabschnitt 26 um ungefähr 90° abgeknickt ist. An den Mündungsab schnitt 24 schließt sich ein aufsteigender Kanalabschnitt 26 an. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann eine Luftflügeleinrichtung zwischen dem Mündungsabschnitt 24 und dem aufsteigenden Kanalabschnitt 26 angeordnet sein zusätzlich zu der oberhalb der Trennwand.
In dem ersten Kanalabschnitt 16 ist die Meßeinrichtung 28 für die vorbeiströmende Luftmasse angeordnet. In dem dargestellten Beispiel ist die Meßeinrichtung 28 beispielsweise aus einem Heizelement 32 und einem temperaturempfindlichen Element 30 aufgebaut. Die Auswertung der Meßsignale kann beispielsweise nach dem Prinzip Konstanttemperatur-Heißfilmanemometrie erfolgen.
Im Umlenkbereich 18 wird der Luftstrom aus dem ersten Kanalabschnitt 16 in den abfallenden Kanalabschnitt 20 umgeleitet. Der Umlenkabschnitt 18 besitzt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine ebene Deckenwand 34.
In 1 ist in dem Umlenkbereich 18 ein Trennflügel 36 eingezeichnet. Der Trennflügel 36 erstreckt sich hierbei in dem Umlenkbereich 18 sowohl auf der Seite des ersten als auch des zweiten Strömungskanals. Die zu den Strömungskanälen weisende Kante 38 des Trennflügel 36 ist hierbei von der Trennwand 22 beabstandet, könnte aber auch an der Trennwand 22 liegen.
Der Luftmassendurchflußmesser 10 wird so in dem Ansaugrohr angeordnet, dass die angesaugte Luft in Richtung des Pfeils A strömt. Hierdurch tritt die Luft in den trichterförmigen Mündungsbereich ein und wird an der Meßeinrichtung 28 vorbeigeleitet. Über den Umlenkbereich 18 wird die Luft in den zweiten Kanalabschnitt 20 geführt und tritt dort wieder aus. Aufgrund des trichterförmigen Bereichs 16 strömt die Luft in dem Ansaugrohr unmittelbar hinter der Öffnung schneller, so dass ein Sogeffekt an der Austrittsmündung des zweiten Kanalab schnitts 20 entsteht, der zusätzlich die Luft in das Ansaugrohr zieht.
2 zeigt schematisch das Wirkungsprinzip der Trennflügel 36. Die um die Trennwand 22 geleiteten Luftströmungen sind schematisch durch die Pfeile B bis E dargestellt. Die Pfeile zeigen lediglich schematisch eine Hauptströmung an, ohne hierbei detaillierte Strömungslinien anzuzeigen. 2 zeigt, die aus dem aufsteigenden Kanalabschnitt 26 über den Umlenkbereich 18 in den zweiten Kanalabschnitt 20 strömende Luft in mehrere parallele Teilströmungen zerlegt wird. Die Teilströmungen sind aufgrund ihrer Reibung an den Trennflügeln stabiler, so dass eine Störung der Meßeinrichtung nicht auftreten kann.
3 zeigt im Vergleich zu 2 den Strömungsverlauf F bei fehlenden Trennflügeln. Quer zur Strömungsrichtung haben sich zwei gegenläufige Wirbel 38 und 40 gebildet. Die Wirbel 38 und 40 beeinflussen die Meßeinrichtung, so dass die Meßwerte verfälscht sind.

Claims

Luftmassendurchflußmesser (10) zur Messung einer von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse, mit – einer in einem Strömungsweg der Luft angeordneten Sensoreinheit (28), die die vorbeiströmende Luftmasse fühlt, – mindestens einem ersten und einem zweiten Kanalabschnitt (16, 20; 24, 26), die einen Teil des zur Brennkraftmaschine geführten Luftstroms an der in dem ersten oder zweiten Kanalabschnitt (16, 20; 24, 26) angeordneten Sensoreinheit vorbeiführen und die den Luftstrom in unterschiedliche Richtungen leiten, – mindestens einem Umlenkbereich (18; 38), der den ersten und zweiten Kanalabschnitt miteinander verbindet, und – mindestens eine Luftflügeleinrichtung im Bereich der Sensoreinheit in dem Strömungsweg der Luft, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftflügeleinrichtung mindestens ein im wesentlichen scheibenförmiges Element (36) besitzt, das in dem Umlenkbereich angeordnet ist und in dem Strömungsweg derart steht, daß beide Flachseiten des Elements im wesentlichen parallel zu einer von der Strömungsrichtung im Umlenkbereich aufgespannten Ebene liegen.
Luftmassendurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Kanalabschnitt (16, 20) parallel zueinander verlaufen.
Luftmassendurchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Kanalabschnitt (24, 26) von einander abknicken und der erste Kanalabschnitt (24) den Mündungsbereich zur Aufnahme des Luftstroms bildet.
Luftmassendurchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element (36) stromabwärts von der Sensoreinheit (28) angeordnet ist.
Luftmassendurchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Kanalabschnitt (16, 20) durch eine Trennwand (22) voneinander getrennt sind.
Luftmassendurchflußmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element mit seiner zum ersten und zweiten Kanalabschnitt weisenden Kante (38) in der Nähe des freien Endes der Trennwand (22) angeordnet ist.
Luftmassendurchflußmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element mit seiner der Sensoreinheit zugewandten Seite an der Trennwand anliegt.
Luftmassendurchflußmesser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element sich im wesentlichen über den gesamten Umlenkbereich erstreckt.
Luftmassendurchflußmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element sich aus dem Umlenkbereich in den ersten Kanalabschnitt erstreckt.
Luftmassendurchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element zwei parallel zueinander verlaufende, ebene Flachseiten besitzt.
Luftmassendurchflußmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftflügeleinrichtung zwei oder mehr parallel zueinander angeordnete scheibenförmige Elemente besitzt.
Luftmassendurchflußmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftflügeleinrichtung drei parallel zueinander angeordnete scheibenförmige Elemente besitzt.
Luftmassendurchflußmesser nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass alle scheibenförmigen Elemente den gleichen Abstand zueinander besitzen.
Luftmassendurchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kanalabschnitt einen rechtwinkligen Querschnitt besitzen.
Luftmassendurchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mündungsbereich, durch den ein Luftstrom eintritt, eine trichterförmige Erweiterung (24) aufweist.