DE102004005977A1 - Flow parameter measurement device for the flow at the inlet to a combustion engine cylinder has a measurement body mounted on a shaft so that it can only pivot up to 90 degrees in the incoming fluid - Google Patents

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Abstract

Device for measuring a flow parameter of a fluid eddy current, in particular the impulse energy of a tumbling or swirling flow occurring in a flow entering the cylinder of a combustion engine. The device has a measurement body (8) mounted on a measurement shaft (7) so that it can pivot by at most 90 degrees in the incoming fluid.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Strömungsparameters einer Wirbelströmung eines Fluids, insbesondere der Impulsenergie einer Tumbleströmung eines in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug einströmenden Fluids, mit einem in einem Einströmraum um eine quer zur Einströmrichtung des Fluids in den Einströmraum verlaufenden Schwenkachse auslenkbar angeordneten, von dem Fluid anströmbaren Messkörper.The The invention relates to a device for measuring a flow parameter a vortex flow a fluid, in particular the pulse energy of a tumble flow of a in a cylinder of an internal combustion engine for a motor vehicle inflowing fluid, with one in an inflow space a transverse to the inflow direction of the fluid in the inflow space extending pivot axis arranged deflectable, from the fluid inflatable measuring body.

Eine derartige Vorrichtung ist aus EP 06 11 955 A2 als Einrichtung zur Untersuchung der Strömungsbewegung in zylindrischen Bauteilen bekannt. Dabei soll eine Wirbelströmung, deren Drehachse senkrecht zu einer Zylinderachse angeordnet ist, in einem zylindrischen Bauteil erfasst werden. Es ist ein drehbar gelagerter Messflügel in dem zylindrischen Bauteil vorgesehen, der durch einen Massestrom in Drehbewegung versetzbar ist. Der Messflügel ist mit einer Einrichtung zur Auswertung der Drehzahl des Messflügels verbunden und in axialer Richtung des zylindrischen Bauteils verschiebbar.Such a device is off EP 06 11 955 A2 known as a device for studying the flow movement in cylindrical components. In this case, a vortex flow whose axis of rotation is arranged perpendicular to a cylinder axis to be detected in a cylindrical component. It is provided a rotatably mounted measuring wing in the cylindrical member, which is displaceable by a mass flow in rotary motion. The measuring blade is connected to a device for evaluating the rotational speed of the measuring blade and displaceable in the axial direction of the cylindrical component.

Ein entsprechend aufgebauter Prüfstand wird nach DE 199 49 876 A1 in einem Verfahren zum Ermitteln einer Tumble-Zahl an einem Verbrennungsmotor verwendet.A suitably constructed test bench will become weaker DE 199 49 876 A1 used in a method of determining a tumble number on an internal combustion engine.

Darüber hinaus ist aus DE 40 41 076 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Strömungen, insbesondere in Zylindern von Verbrennungskraftmaschinen, bekannt. Mittels einer Messung von Auflagerkräften als Reaktionsgrößen einer trichterförmigen Gleichrichtereinheit lassen sich dabei Wirbelkomponenten eines Massestroms ermitteln.In addition, is off DE 40 41 076 A1 a method and a device for measuring flows, in particular in cylinders of internal combustion engines, known. By means of a measurement of bearing forces as reaction variables of a funnel-shaped rectifier unit, it is possible to determine vortex components of a mass flow.

Weiterhin beschreibt DE 100 38 460 A1 ein Verfahren zum Messen von Strömungsverhältnissen von Fluiden, wobei die Strömung eine Wirbelströmung, insbesondere eine Tumble- und/oder Drallströmung, ausbildet.Further describes DE 100 38 460 A1 a method for measuring flow conditions of fluids, wherein the flow forms a vortex flow, in particular a tumble and / or swirl flow.

Darüber hinaus ist es bekannt, eine Tumbleströmung zur Gemischaufbereitung in Ottomotoren gezielt einzusetzen, wobei es sich in einem Hubkolbenmotor bei der Tumbleströmung um eine walzenförmige (Luft-)Masseströmung um eine parallel zu einem Kolbenbolzen und senkrecht zu einer Zylinderachse verlaufende Achse handelt. Es werden zielgerecht Strömungsverhältnisse N:/ANMELDUN\Küker2\K12015.DOC für den Homogen-, den Schichtladebetrieb und Übergangsphasen genutzt. Auch beim Dieselbrennverfahren sind Tumbleströmungen von Bedeutung.Furthermore it is known, a tumble flow to selectively use for mixture preparation in gasoline engines, wherein it is in a reciprocating engine at the Tumbleströmung to a roller-shaped (Air) mass flow one parallel to a piston pin and perpendicular to a cylinder axis extending axis acts. There are targeted flow conditions N: / ANMELDUN \ Küker2 \ K12015.DOC for the homogenous, the stratified charge mode and transition phases used. Also in Diesel Burning are Tumbleströmungen of Importance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den zu messenden Strömungsparameter direkt und möglichst exakt zu erfassen.Of the Invention is based on the object, the measured flow parameters directly and as possible to capture exactly.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer eingangs genannten Vorrichtung, bei der der Messkörper an einer auf der Schwenkachse angeordneten Messwelle von dem anströmenden Fluid um maximal 90° verschwenkbar befestigt ist. Damit wird der Einfluss einer Lagerung des Messkörpers auf das Messergebnis vorteilhaft verringert. Der Messkörper wird bei der Erfindung nur geringstmöglich, das heißt regelmäßig nur um wenige Winkelgrade, ausgelenkt. Empfindliche Lagerungen einer drehbaren Welle können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung entfallen; sie kann aufgrund ihres robusten Aufbaus auch als Qualitätssicherungswerkzeug in einer Serienfertigung eingesetzt werden. Von Vorteil ist außerdem, dass mit der Erfindung die kinetische Energie der Wirbelströmung direkt ermittelt werden kann, und zwar vorzugsweise zum Beispiel in einer Brennkraftmaschine die Impulsenergie einer Tumbleströmung von in den Einströmraum einströmender Luft oder einströmenden Luft-Kraftstoff-Gemisches in Höhe der Mittelachse einer theoretischen Tumblewalze, wobei die Messwelle mit dem Messkörper vorzugsweise zylindermittig angebracht sein kann. Der Einströmraum bildet dabei einen Brennraum der Brennkraftmaschine.These Task is solved with an aforementioned device in which the measuring body to a measuring shaft arranged on the pivot axis of the inflowing fluid swiveled by a maximum of 90 ° is attached. Thus, the influence of storage of the measuring body on the measurement result is advantageously reduced. The measuring body becomes minimal in the invention, this means regularly only by a few degrees, deflected. Sensitive storages one rotatable shaft can with the device according to the invention accounts; Due to its robust construction, it can also be used as a quality assurance tool be used in a series production. It is also advantageous that with the invention, the kinetic energy of the vortex flow directly can be determined, preferably in one example Internal combustion engine the pulse energy of a tumble flow of in the inflow space inflowing Air or inflowing Air-fuel mixture in height the central axis of a theoretical tumble roll, wherein the measuring shaft with the measuring body may preferably be mounted cylinder-centered. The inflow space forms while a combustion chamber of the internal combustion engine.

Ein besonders exaktes Messergebnis bei gleichzeitig einfachem Aufbau der Vorrichtung lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erzielen, wenn der Messkörper eine Lochblende oder eine Messwabe aufweist.One particularly accurate measurement result with a simple design at the same time the device can be according to a achieve advantageous development of the invention, when the measuring body a Aperture or a measuring honeycomb has.

Man könnte sich beispielsweise vorstellen, dass die Auslenkung des auf der Messwelle angeordneten Messkörpers optisch durch Fernabtastung erfasst wird. Von besonderem Vorteil ist es hingegen, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Messwelle mit einem eine Torsion der Messwelle erfassenden Momentengeber verbunden ist. Damit können kostengünstige und übliche Messgeber in der Erfindung verwendet werden.you could For example, imagine that the deflection of the on the Measuring shaft arranged measuring body is optically detected by remote sensing. Of particular advantage it is, however, if, according to a Development of the invention, the measuring shaft with a torsion the measuring shaft detecting torque sensor is connected. This can cost-effective and conventional encoders used in the invention.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Einströmraum ein Hohlzylinder. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Strömungsverhältnisse in Brennräumen von Hubkolbenmotoren, wie sie zum Beispiel in Kraftfahrzeugen in sehr großer Zahl eingesetzt werden, verwendet werden.According to one Another advantageous embodiment of the invention, the inflow is a Hollow cylinder. In this way, the device according to the invention for measuring the flow conditions in combustion chambers of reciprocating engines, as used in motor vehicles, for example very large number can be used.

Dabei lässt sich insbesondere eine Tumbleströmung sehr exakt messen, wenn die Messwelle vorteilhaft senkrecht zur Zylinderachse des Hohlzylinders angeordnet ist.there let yourself especially a tumble flow Measure very accurately when the measuring wave is advantageous perpendicular to Cylinder axis of the hollow cylinder is arranged.

Ferner ist es für die Messung insbesondere einer Tumbleströmung in einem Hohlzylinder von Vorteil, wenn die Messwelle die Zylinderachse des Hohlzylinders schneidet.Further is it for the measurement in particular of a Tumbleströmung in a hollow cylinder advantageous if the measuring shaft, the cylinder axis of the hollow cylinder cuts.

Eine besonders gute Anpassung an die Ausbildung des Einströmraumes und damit ein weiter verbessertes Messergebnis wird ermöglicht, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Messkörper in dem Einströmraum höhenverstellbar angeordnet ist. Beispielsweise ist so eine Anpassung des Messkörpers an die Mittelachse einer theoretischen Tumblewalze unterschiedlicher Brennraumgestaltungen möglich.A particularly good adaptation to the formation of the inflow space and thus a further improved measurement result is made possible if according to one Another advantageous embodiment of the invention, the measuring body in the inflow space height adjustable is arranged. For example, such an adaptation of the measuring body the central axis of a theoretical tumble roll of different combustion chamber designs possible.

Die Erfindung eignet sich grundsätzlich zur Messung von Strömungsparametern beliebiger Wirbelströmungen. Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch von besonderem Vorteil, wenn die Wirbelströmung eine Tumbleströmung ist.The Invention is basically for measuring flow parameters any vortex flows. According to one However, other development of the invention, it is of particular Advantage, if the vortex flow a tumble flow is.

Dabei wird vorteilhaft ein besonders starkes Messsignal und eine sehr exakte Messung erreicht, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Messwelle mit der Mittelachse einer Tumblewalze der Tumbleströmung übereinstimmend in dem Einströmraum angeordnet ist. Vorteilhaft kann mit einer Weiterbildung die gesamte Strömungsquerschnittsfläche messtechnisch erfasst werden, wenn der Messkörper geeignet ist, die gesamte Strömungsquerschnittsfläche der Tumbleströmung zu überdecken. Auch bei ungünstiger Lage eines Strömungskanals wird damit die Gefahr ausgeschlossen, dass der Messkörper Signale erzeugt, ohne dass sich in der gesamten Strömungsquerschnittsfläche eine Wirbelströmung, insbesondere eine Tumbleströmung, ausgebildet hat.there is advantageous a particularly strong measurement signal and a very exact measurement achieved when according to a development of the invention the measuring shaft coincides with the center axis of a tumbling roller of the tumble flow in the inflow space is arranged. Advantageously, with a training the entire Flow cross-sectional area metrologically be detected when the measuring body is suitable, the entire flow cross-sectional area of the tumble to cover. Even with unfavorable Location of a flow channel This eliminates the risk that the measuring body signals produced without a whirling flow, in particular in the entire flow cross-sectional area a tumble flow, has trained.

Grundsätzlich können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Wirbelströmungen beliebiger Masseströme gemessen werden. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung das Fluid Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch ist.Basically you can with the device according to the invention eddy currents any mass flows be measured. It is particularly advantageous, however, if, according to a Another embodiment of the invention, the fluid air or an air-fuel mixture is.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist ein Ausführungsbeispiel davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung zeigtThe Invention leaves numerous embodiments to. To further clarify its basic principle is an embodiment thereof shown in the drawing and will be described below. In the drawing shows

1 eine Vorrichtung zum Messen der Impulsenergie einer Tumbleströmung in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine in drei schematisierten Ansichten. 1 an apparatus for measuring the pulse energy of a Tumbleströmung in a cylinder of an internal combustion engine in three schematic views.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum direkten Messen der Impulsenergie einer eine Tumbleströmung 2 bildenden Wirbelströmung 3 eines Fluids 4, das Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch ist, in einem als Zylinder 5 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ausgebildeten Einströmraum 6. Geometrisch bildet der Zylinder 5 einen Hohlzylinder. Zylindermittig ist an einer Messwelle 7 ein Messkörper 8 angeordnet. Der unteren Darstellung in 1 ist zu entnehmen, dass der Messkörper 8 eine Lochblende 9 ist und die gesamte Strömungsquerschnittsfläche der Tumbleströmung 2 überdeckt. Die Messwelle 7 ist mit einem eine Torsion der Messwelle 7 erfassenden Momentengeber 10 verbunden. 1 shows a device 1 for directly measuring the pulse energy of a tumble flow 2 forming vortex flow 3 a fluid 4 , which is air or an air-fuel mixture, in a cylinder 5 a not shown internal combustion engine of a motor vehicle trained inflow space 6 , Geometrically, the cylinder forms 5 a hollow cylinder. Cylinder center is on a measuring shaft 7 a measuring body 8th arranged. The lower illustration in 1 it can be seen that the measuring body 8th a pinhole 9 and the total flow cross-sectional area of the tumble flow 2 covered. The measuring shaft 7 is a twist of the measuring shaft with a 7 detecting torque transmitter 10 connected.

Insbesondere aus der rechten Darstellung in 1 wird deutlich, dass die Messwelle 7 senkrecht zur Zylinderachse 11 des Zylinders 5 und auf einer Schwenkachse 12 angeordnet ist. Ferner schneidet die Messwelle 7 die Zylinderachse 11 (siehe linke Darstellung in 1). Durch einen Doppelpfeil 13 ist eine Höheneinstellbarkeit der Messwelle 7 in dem Zylinder 5 angedeutet.In particular from the right representation in 1 it becomes clear that the measuring wave 7 perpendicular to the cylinder axis 11 of the cylinder 5 and on a pivot axis 12 is arranged. Furthermore, the measuring shaft cuts 7 the cylinder axis 11 (see left illustration in 1 ). By a double arrow 13 is a height adjustability of the measuring shaft 7 in the cylinder 5 indicated.

Claims (11)

Vorrichtung zum Messen eines Strömungsparameters einer Wirbelströmung eines Fluids, insbesondere der Impulsenergie einer Tumbleströmung eines in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug einströmenden Fluids, mit einem in einem Einströmraum um eine quer zur Einströmrichtung des Fluids in den Einströmraum verlaufenden Schwenkachse auslenkbar angeordneten, von dem Fluid anströmbaren Messkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (8) an einer auf der Schwenkachse (12) angeordneten Messwelle (7) von dem anströmenden Fluid (4) um maximal 90° verschwenkbar befestigt ist.Device for measuring a flow parameter of a turbulent flow of a fluid, in particular the pulse energy of a tumble flow of a flowing into a cylinder of an internal combustion engine for a motor vehicle fluid, arranged with a in an inflow space about a transverse to the inflow of the fluid into the inflow space pivotable axis, of the fluid Anströmbaren measuring body, characterized in that the measuring body ( 8th ) at one on the pivot axis ( 12 ) arranged measuring shaft ( 7 ) of the inflowing fluid ( 4 ) is attached by a maximum of 90 ° pivotable. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (8) eine Lochblende (9) oder eine Messwabe aufweist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring body ( 8th ) a pinhole ( 9 ) or a measuring honeycomb. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwelle (7) mit einem eine Torsion der Messwelle (7) erfassenden Momentengeber (10) verbunden ist.Device according to at least one of claims 1 and 2, characterized in that the measuring shaft ( 7 ) with a torsion of the measuring shaft ( 7 ) detecting torque transmitter ( 10 ) connected is. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmraum (6) ein Hohlzylinder ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the inflow space ( 6 ) is a hollow cylinder. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwelle (7) senkrecht zur Zylinderachse (11) des Hohlzylinders angeordnet ist.Device according to at least claim 4, characterized in that the measuring shaft ( 7 ) perpendicular to the cylinder axis ( 11 ) of the hollow cylinder is arranged. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwelle (7) die Zylinderachse (11) des Hohlzylinders schneidet.Device according to at least one of claims 4 and 5, characterized in that the measuring shaft ( 7 ) the cylinder axis ( 11 ) of the Hohlzylin that cuts. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (8) in dem Einströmraum (6) höhenverstellbar angeordnet ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring body ( 8th ) in the inflow space ( 6 ) is arranged adjustable in height. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelströmung (3) eine Tumbleströmung (2) ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the turbulence ( 3 ) a tumble flow ( 2 ). Vorrichtung nach zumindest Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwelle (7) mit der Mittelachse einer Tumblewalze der Tumbleströmung (2) übereinstimmend in dem Einströmraum (6) angeordnet ist.Device according to at least claim 8, characterized in that the measuring shaft ( 7 ) with the center axis of a tumbling roller of the tumble flow ( 2 ) coincident in the inflow space ( 6 ) is arranged. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (8) geeignet ist, die gesamte Strömungsquerschnittsfläche der Tumbleströmung (2) zu überdecken.Device according to at least one of claims 8 and 9, characterized in that the measuring body ( 8th ), the entire flow cross-sectional area of the tumble flow ( 2 ) to cover. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (4) Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the fluid ( 4 ) Air or an air-fuel mixture.
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