DE10139933C2 - Massenstrommesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Massenstrommesser insbesondere zur Messung einer von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse.

Aus der EP 0 803 712 A2 ist ein Massenstrommesser bekannt, der in einen Hauptströmungskanal eingesetzt ist. Der Massen­ strommesser hat ein Gehäuse, in dem ein U-förmiger Hilfskanal ausgebildet ist und in dem Sensorelemente angeordnet sind. Der Hilfskanal hat eine Einlassöffnung und an seinem stromab­ wärtigen Ende eine Auslassöffnung. Die Einlassöffnung ist vergrößert im Vergleich zu dem Querschnitt des Hilfskanals. Bei derartigen Massenstrommessern werden regelmäßig sogenann­ te Heißfilm-Widerstände mittels einer Brückenschaltung und einer zusätzlichen Regelungsschaltung auf einer konstanten Temperatur gehalten. 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 Brennkraftmaschi­ ne zum Erfassen des Luftmassenstroms eingesetzt, der von der Brennkraftmaschine angesaugt wird. Abhängig von den jeweili­ gen Betriebsbedingungen, unter denen die Brennkraftmaschine betrieben wird, kann es vorkommen, dass in der durch den An­ saugkanal strömenden Luft Partikel vorhanden sind. Derartige Partikel können beispielsweise Wassertropfen sein. Trifft ein derartiger Wassertropfen auf die Oberfläche des Sensorelemen­ tes, so wird eine hohe Heizleistung benötigt um den Wasser­ tropfen zu verdampfen. Dies führt zu einem erheblichen Mess­ fehler des Messsignals des Sensorelements. Die Wahrschein­ lichkeit, dass derartige Partikel bei einem Massenstrommesser gemäß EP 0 803 712 A2 auf das Sensorelement treffen, ist da­ durch erhöht, dass die Einlassöffnung vergrößert ist im Ver­ gleich zum Querschnitt des Hilfskanals und somit eine Viel­ zahl derartiger Partikel in den Hilfskanal geleitet wird.

Aus der DE 198 00 573 A1 ist ein Massenstrommesser bekannt, der in einen Hauptkanal eingebracht ist. Der Massenstrommes­ ser hat ein Gehäuse, in dem ein Hilfskanal ausgebildet ist, welcher einlass- und auslassseitig Umlenkelemente zur Umlen­ kung des strömenden Mediums aufweist. Im Bereich der Umlenk­ elemente weist der Hilfskanal eine Wandstruktur auf. Die Wandstruktur besitzt eine stochastisch verteilte Oberflächen­ rauhheit durch die gewährleistet werden soll, dass in dem strömenden Medium befindliche Partikel absorbiert werden. Der Nachteil einer solchen aufgerauhten Wandung ist der, dass im Kanal eine turbulente Strömung erzeugt wird, die dazu führt, dass die nicht absorbierten Partikel unvorhersehbar durch den Kanal fliegen und damit auch auf das Sensorelement treffen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, den bekannten Massenstrom­ messer so weiterzubilden, dass er zuverlässig und präzise ei­ nen 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 ein Teilbereich der Wandung des Hilfskanals oder der Einlassöffnung des Hilfskanals eine Profilstruktur hat, die so ausgebildet ist, dass in dem strömenden Medium befindliche Partikel gezielt entlang der Wand geleitet werden. Dadurch wird auf einfache Weise verhindert, dass die Partikel, die beispielsweise Was­ sertropfen sein können, direkt auf das oder die Sensorelemen­ te treffen und somit zu einer erheblichen Fälschung des Mess­ signals führen können.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Profilstruktur so aus­ gebildet ist, dass Partikel in den Randbereich des Hilfska­ nals abgeleitet werden. Durch diese Maßnahme ist gewährleis­ tet, dass die Partikel soweit wie möglich entfernt von den eigentlichen Sensorelementen vorbei geleitet werden. Die Sen­ sorelemente sind regelmäßig im Zentrum des Hilfskanals auf­ grund der dort herrschenden guten Strömungsverhältnisse ange­ ordnet.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest im Be­ reich des Sensorelements in der Wandung Nuten vorgesehen, die sich im wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung des in diesem Bereich strömenden Mediums erstrecken. Dies hat den Vorteil, dass die Partikel konzentriert in diesen Nuten ent­ lang der durch die gasförmigen Bestandteile des Mediums vor­ gegebenen Hauptströmungsrichtung ohne das Sensorelement zu berühren durch den Hilfskanal geleitet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Profil­ struktur quer zu der Hauptströmungsrichtung in dem Hilfskanal konvex gewölbt. Dies hat den Vorteil, dass Partikel, die ent­ lang der Wandung strömen, in den Randbereich der Wandung ge­ lenkt werden und somit mit maximaler Entfernung zu den Sen­ sorelementen an diesen vorbeiströmen.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung um­ fasst die Profilstrukturen Rillen oder Stege, die ggf. auch sägezahnförmig ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass derartige Strukturen einfach zu fertigen sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Rillen oder Stege schräg zur Hauptströmungsrichtung in dem Hilfskanal angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Partikel zuverlässig in den Randbereich des Hilfskanals abge­ leitet werden und mit hoher Wahrscheinlichkeit von der gas­ förmigen Strömung nicht wieder von der Wandung weggeschleu­ dert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung sind auch andere Teile des Gehäuses mit der Profilstruk­ tur versehen. In Frage kommen dazu insbesondere Außenkontu­ ren, die von Partikeln wie Wassertropfen benetzt werden kön­ nen. Durch geeignete Ausgestaltung der Profilstruktur kann hierdurch Wasser von Bereichen abgehalten werden, an denen zum Beispiel Korrosionsprobleme auftreten können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Massenstrommesser, der in einen Ansaugkanal eingesetzt ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Massenstrommesser in Strö­ mungsrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Massenstrommesser gemäß Fig. 2 längs einer Linie III, III',

Fig. 4 einen Schnitt durch die Draufsicht gemäß Fig. 2 längs einer Linie IV, IV',

Fig. 5a bis 5d eine ausschnittsweise Vergrößerung der Wan­ dung eines Hilfskanals Massenstrommessers in einem mit einem Kreis gekennzeichneten Bereich der Fig. 4 und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Massenstrommessers.

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

Ein Massenstrommesser 1a (Fig. 1) ist in eine Ausnehmung ei­ nes Hauptkanals 2 eingesteckt. Der Hauptkanal 2 ist bevorzug­ ter Teil eines Ansaugtraktes einer Brennkraftmaschine. In dem Hauptkanal befindet sich ein strömendes Medium, vorzugsweise Luft, das in der mit dem Pfeil 12 gekennzeichneten primären Strömungsrichtung durch den Hauptkanal 2 strömt.

Der Massenstrommesser 1a hat ein Gehäuse 1, in dem ein umge­ kehrt U-förmiger Hilfskanal ausgebildet ist. Der Hilfskanal hat eine Einlassöffnung 4, einen ersten Kanalabschnitt 5, ei­ nen zweiten Kanalabschnitt 8 und einen dritten Kanalabschnitt 9 und eine Auslassöffnung 10. In dem ersten Kanalabschnitt sind ein erstes und zweites Sensorelement 6, 7 angeordnet, aus deren Messsignalen ein Messsignal des Massenstroms in dem Hauptkanal 2 abgeleitet wird.

Die Einlassöffnung 4 ist bevorzugt trichterförmig in dem Ge­ häuse 1 ausgebildet. Durch geeignete Wahl der Trichterform wird ein geeignet großer Teil des Querschnitts des Hauptka­ nals erfasst und somit die Strömung in diesem Bereich in den U-förmigen Hilfskanal geleitet. Dabei kann die trichterförmi­ ge Einlassöffnung 4 auch in der Form eines in Strömungsrich­ tung offenen Quaders ausgebildet sein. Der Querschnitt der trichterförmigen Einlassöffnung 4 am stromaufwärtigen Ende wird dabei vorzugsweise so dimensioniert, dass der durch die trichterförmige Einlassöffnung 4 eintretende Massenstrom re­ präsentativ ist für den Gesamtmassenstrom in dem Hauptkanal 2. Durch die Trichterform der Einlassöffnung 4 erfolgt eine günstige Strömungsführung. In der Fig. 1 sind einzelne Strö­ mungslinien 14 durch gestrichelte Linien angedeutet.

Die ersten und dritten Kanalabschnitte 5, 9 sind im wesentli­ chen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 12 ausgebildet. Die ersten und dritten Kanalabschnitte 5, 9 kommunizieren über den zweiten Kanalabschnitt 8, in dem die Umlenkung der Strö­ mung erfolgt. Der Massenstrom strömt somit von der Einlass­ öffnung 4 durch den ersten Kanalabschnitt 5 hin zum zweiten Kanalabschnitt 8, weiter zum dritten Kanalabschnitt 9 und strömt schließlich zurück in den Hauptkanal 2 durch die Aus­ lassöffnung 10.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Gehäuse 1 des Massen­ strommessers 1a, wobei im Bereich der Einlassöffnung 4 in der Wandung eine Profilstruktur 16 (siehe Fig. 3) ausgebildet ist. Die Profilstruktur 16 weist Rillen 17 auf, die schräg zur Hauptströmungsrichtung in dem Hilfskanal verlaufen und schließlich in Nuten 18 im Randbereich des Hilfskanals mün­ den. Dadurch ist gewährleistet, dass die Partikel, die auf die Profilstruktur treffen durch die konkave Struktur nach außen in Richtung Nut 18 und dann hinein in eine Rille 17 ge­ leitet werden, um dann entlang der Rille in die Nut 18 gelei­ tet zu werden. Durch diese Maßnahme können insbesondere als Wassertropfen ausgebildete Partikel sehr zuverlässig in die Nut geleitet werden und strömen dann entlang dieser Nut durch den Hilfskanal.

Die Partikel werden besonders gut gezielt entlang der Wandung geleitet, wenn die Profilstruktur in dem Bereich der Wandung der Einlassöffnung ausgebildet ist, die stirnseitig der pri­ mären Strömungsrichtung 12 gegenübersteht. Das gezielte Lei­ ten der Partikel entlang der Wandung des Hilfskanals kann da­ durch verbessert werden, dass die Profilstruktur sich entlang eines Großteils des daran anschließenden ersten Kanalab­ schnitts 5 fortsetzt. Es ist dabei vorteilhaft wenn zumindest die Nuten 18 bis mindestens zu dem zweiten Sensorelement 7 weiter geführt sind.

In den Fig. 5a bis d ist dargestellt, wie die Profilstruk­ tur noch im einzelnen beispielsweise ausgestaltet sein kann. Gemäß Fig. 5a umfasst die Profilstruktur Stege 19. Gemäß Fig. 5b umfasst die Profilstruktur Nuten 17. Gemäß Fig. 5c umfasst die Profilstruktur Sägezähne 20 und gemäß Fig. 5d eine gewölbte Struktur 21. Es können selbstverständlich auch Kombinationen der hier aufgeführten Profilstrukturen vorhan­ den sein. Die Profilstrukturen haben alle den Vorteil, dass sie auftreffenden Partikeln einen Querimpuls erteilen. Dies hat zur Folge, dass die Partikel in den Randbereich des Hilfskanals geleitet werden.

Die Profilstrukturen können sogenannte Mikrostrukturen umfas­ sen, so dass die Sägezähne 20 beispielsweise nur zwischen 0,1 und 1 Millimeter hoch sind oder die Stege 19 gemäß Fig. 5a nur zwischen 0,1 und 1 Millimeter aus der Wandung herausste­ hen. Dies hat den Vorteil, dass die Strömung des gasförmigen Anteils des Mediums in dem Hilfskanal durch die Profilstruk­ tur nur geringste Verwirbelungen erfährt und somit eine güns­ tige Strömung im Bereich des ersten und zweiten Sensorele­ ments 6, 7 gewährleistet ist.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Massen­ strommessers, bei dem der in der primären Strömungsrichtung stirnseitige Bereich 22 des Gehäuses 1 ebenfalls mit einer Profilstruktur versehen ist. Dadurch können z. B. als Wasser­ tropfen ausgebildete Partikel von Stellen abgehalten werden, an denen z. B. Korrosionsprobleme auftreten können. Derartige Profilstrukturen können somit an beliebigen Teilen des Gehäu­ ses 1 ausgebildet sein und dies auch unabhängig von der Aus­ bildung der Profilstrukturen im Bereich des Hilfskanals oder der Einlassöffnung 4.

Claims (8)

1. Massenstrommesser, der geeignet ist zum Einsetzen in einen Hauptkanal (2), in dem ein Massenstrom strömt, mit einem Ge­ häuse (1), in dem ein Hilfskanal ausgebildet ist, der eine Einlassöffnung (4) und eine Auslassöffnung (10) hat und in dem mindestens ein Sensorelement (6, 7) angeordnet ist und zu­ mindest ein Teilbereich der Wandung des Hilfskanals oder der Einlassöffnung (4) des Hilfskanals eine Profilstruktur (16) hat, die so ausgebildet ist, dass in dem strömenden Medium befindliche Partikel (15) gezielt entlang der Wandung gelei­ tet werden.

2. Massenstrommesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilstruktur (16) so ausgebildet ist, dass Parti­ kel (15) in den Randbereich des Hilfskanals abgeleitet wer­ den.

3. Massenstrommesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich des Sensor­ elements (6, 7) in der Wandung Nuten (18) vorgesehen sind, die sich im wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung des in diesem Bereich strömenden Mediums erstrecken.

4. Massenstrommesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilstruktur (16) quer zur Hauptströmungsrichtung in dem Hilfskanal konvex gewölbt ist.

5. Massenstrommesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilstruktur (16) Rillen (17) oder Stege (19) umfasst.

6. Massenstrommesser nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (17) oder Stege (19) säge­ zahnförmig ausgebildet sind.

7. Massenstrommesser nach einem der Ansprüche 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, dass die Rillen (17) oder Stege (19) schräg zur Hauptströmungsrichtung in dem Hilfskanal verlau­ fen.

8. Massenstrommesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch andere Teile des Gehäuses (1) mit der Profilstruktur (16) versehen sind.