DE102004008930A1

DE102004008930A1 - Luftmengenmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102004008930A1
Application number: DE200410008930
Authority: DE
Inventors: Ernst Bräutigam-Wenzl; Jürgen Dr. Sauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-01

Abstract

Luftmengenmessvorrichtung (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einem Messelement (2), das in einem Bypass (3) von einem gasführenden Rohr (4) angeordnet ist, wobei der Bypass (3) von einer Teilluftmenge und das Rohr (4) von einer Hauptluftmenge durchströmbar ist, wobei der Bypass (3) eine separate, weitgehend außerhalb einer Rohrwandung (4') angeordnete, gasführende Leitung ist. DOLLAR A Aufgrund der vorgeschlagenen Ausgestaltung ist es für den Wartungsfall möglich, das Messelement einfach zu überprüfen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftmengenmessvorrichtung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 39 22 489 A1 aus. In dieser ist eine Luftmessvorrichtung, insbesondere zur Messung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse, beschrieben. Diese Luftmessvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem ersten rohrförmigen Körper, in dessen Innenquerschnitt ein innerer rohrförmiger Körper eingesetzt ist. Dieser innere rohrförmige Körper liegt nicht an dem gesamten Innenumfang des rohrförmigen Körpers an, sondern bildet gemeinsam mit dem rohrförmigen Körper einen Bypass, durch den eine Teilluftmenge der gesamten Luftmenge, die die Luftmessvorrichtung durchströmt, strömt. In diesen Bypass ist ein Messelement, angeordnet, welches die Luftmenge, die durch diesen Bypass strömt, misst. Mit einer derartigen Luftmessvorrichtung ist es möglich, wie eingangs beschrieben, beispielsweise die Ansaugluftmenge einer Brennkraftmaschine zu messen.

Muss das Messelement jedoch im Zuge von Wartungsarbeiten überprüft werden, ist es bei der beschriebenen Ausgestaltung nötig, die gesamte Luftmessvorrichtung für eine Überprüfung auszubauen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Luftmengenmessvorrichtung aufzuzeigen, die für den Wartungsfall eine einfachere Überprüfungsmöglichkeit für das Messelement bietet.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die vorgeschlagene Anordnung ist es in vorteilhafter Weise möglich, das Messelement in einfacher Weise auszubauen und zu überprüfen.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 gestattet in vorteilhafter Weise die Anordnung mehrerer Eintrittsöffnungen in einem Rohr. Somit kann mit einem einzigen Messelement entweder in Strömungsrichtung an mehreren Stellen gleichzeitig ein mittlerer Luftmengendurchfluss, oder ein mittlerer Luftmengendurchfluss in einer Querschnittsebene in dem Rohr gemessen werden. Hierfür liegen die Eintrittsöffnungen in einer Querschnittsebene im Rohr.

Aufgrund der Ausführung gem. Patentanspruch 3 ist ein einziges Messelement für mehrere Bypässe zu verwenden. Die Reduzierung von Messelementen führt direkt zu einem Kostenvorteil.

Die Anordnung gemäß Patentanspruch 4 gestattet in vorteilhafter Weise die Messung einer Luftdurchflussmenge von mehreren Rohren mit einem einzigen Messelement. Somit ist es möglich, beispielsweise mit einem einzigen Messelement zylinderselektiv die Ansaugluftmenge einer Brennkraftmaschine zu messen, da diese von Zylinder zu Zylinder zeitlich versetzt ange saugt wird. Somit werden Kosten für zusätzliche Messelemente, bzw. Luftmengenmessvorrichtungen für weitere Zylinder eingespart.

Die Ausrichtung der Eintrittsöffnung gemäß Patentanspruch 5 erhöht die Messgenauigkeit.

Die Ausgestaltung des Rohrquerschnittes gemäß Patentanspruch 6 gewährleistet die Durchflutung des Bypasses mit einer Teilluftmenge. Eine bevorzugte Ausgestaltungsvariante zur Querschnittsverkleinerung ist die Ausformung einer Venturi-Düse in Strömungsrichtung vor der Rückleitungsstelle des Bypasses.

Mit dem Sammelvolumen gemäß Patentanspruch 7 ist es möglich, Schwingungen in der Gassäule im Bypass zu dämpfen. Für definierte Frequenzbereiche kann auch ein Helmholtz-Resonator vorgesehen werden. Auch diese Maßnahme erhöht die Messgenauigkeit der Luftmengenmessvorrichtung.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 8 ist eine feine Dosierung der Teilluftmenge möglich, um eine bessere Messauflösung zu erzielen.

Die Anordnung gemäß Patentanspruch 9 gestattet die zerstörungsfreie Unterbringung des Messelementes an fast beliebigen Orten, beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeuges.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 10 ist es möglich, die Teilluftmenge vor dem Messelement nochmals zu reduzieren, um noch feinere Messauflösungen zu erzielen.

Die Ausstattung eines Luftmassenmessgerätes gemäß Patentanspruch 11 erlaubt die direkte Ermittlung einer Luftmasse. Die Lufttemperatur und der Luftdruck werden simultan gemessen, und weitere Fehlereinflüsse somit vermieden.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Luftmengenmessvorrichtung.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Luftmengenmessvorrichtung 1. Die Luftmengenmessvorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Rohr 4 mit einer Rohrwandung 4', das von Luft, mit einer durch Pfeile dargestellten Strömungsrichtung H, durchströmt wird. Das Rohr 4 weist einen Bypass 3 auf, mit einer Eintrittsöffnung 3' und einer Rückleitungsstelle 3''. Die Eintrittsöffnung 3' befindet sich in Strömungsrichtung H vor der Rückleitungsstelle 3''. Die Eintrittsöffnung 3' ist in etwa mittig zum Rohr 4 und senkrecht zur Strömungsrichtung H angeordnet.
Der Bypass 3 ist eine im wesentlichen als separate, weitgehend außerhalb der Rohrwandung 4' angeordnete, gasführende Leitung ausbildet und wird von einer Teilluftmenge, der das Rohr 4 durchströmenden Hauptluftmenge durchströmt. Außerhalb des Rohres 4 ist ein Abschnitt des Bypasses 3 von einem Gehäuse 8 gebildet, in dem ein Messblock 11 mit einem Messelement 2 elastisch und gasdicht in Dichtungen 9 gelagert ist. In dem Messblock 11 befindet sich ein Hauptströmkanal 10, in dem das Messelement 2 angeordnet ist. Darüber hinaus ist im Messblock 11 ein weiterer Bypass 10' angeordnet, damit die den Bypass 3 in Pfeilrichtung durchströmende Teilluftmenge zur Erhöhung der Messgenauigkeit nochmals auf zwei Teilluftströme aufgeteilt werden kann. Am Übergang von dem Bypass 3 in das Gehäuse 8 ist ein Sammelvolumen 6 angeordnet, das den Strömungsquerschnitt des Bypasses 3 erst vergrößert und am Übergang in das Gehäuse 8 wieder verkleinert.
Ferner ist im Bypass 3 in Strömungsrichtung vor dem Sammelvolumen eine Drosselvorrichtung 7 angeordnet, um den maximalen Luftmengenstrom durch den Bypass einstellen zu können.
Um eine Durchströmung des Bypass 3 sicher zu stellen, ist der Strömungsquerschnitt des Rohres 4 in Strömungsrichtung vor der Rückleitungsstelle 3''' reduziert. Diese Querschnittsverkleinerung wird durch den Einsatz von Staudruck erzeugenden Körpern 5 oder auch durch eine Deformation des Rohres 4 erzielt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Rohr 4 nur einen einzigen Bypass 3 auf, in weiteren Ausführungsbeispielen können auch mehrere Bypässe 3 vorgesehen werden. So ist es möglich, entweder in Strömungsrichtung an mehreren Stellen im Rohr 4 mit Hilfe eines einzigen Messelementes 2 eine Durchflussmenge zu messen oder durch die Anordnung der Eintrittsöffnungen 3' aller Bypässe 3 in einer Querschnittsfläche des Rohres 4 über den Strömungsquerschnitt evtl. unterschiedliche Durchflussmengen zu messen. Im zweiten Beispiel ist es möglich, Inhomogenitäten, die beispielsweise in gekrümmten Rohren 4 auftreten, über die Querschnittsfläche zu integrieren um einen genauen Mittelwert zu messen. Die Bypässe 3 können auch sternförmig mehrere Rohre 4 miteinander verbinden, wobei zentral ein einziges Messelement 2 angeordnet ist. Somit kann mit einem einzigen Messelement 2 integral der Luftmengenstrom mehrerer Rohre gemessen werden.
Vorzugsweise ist die Eintrittsöffnung 3' eines Bypasses 3 senkrecht zur Hauptströmrichtung angeordnet, um mit möglichst geringem Strömungswiderstand eine Messung durchführen zu können. Durch die Veränderung von der Länge oder des Strömungsquerschnittes von dem Bypass 3 und dem weiteren Bypass 10', oder der maximalen Durchflussmenge durch die Drosselvorrichtung 7, sowie der Größe des Sammelvolumens 6, werden die strömungsmechanischen Eigenschaften des Bypasses 3 verändert. Über diese Parameter kann der Anteil der Teilluftmenge an der Hauptluftmenge eingestellt werden, um den Messbereich des Messelementes 2, welches vorzugsweise ein Luftmassenmesselement ist, einzustellen und/oder können Luftpulsationen gedämpft werden, so dass am Messelement 2 eine möglichst laminare Strömung vorliegt. Je länger der Bypass 3 ist, bzw. je kleiner sein Strömungsquerschnitt ist, desto stärker tiefpassgefiltert ist die Messung. Durch Veränderung des Volumens des Sammelvolumens 6, sowie dessen Ein- und Ausgangsströmungsquerschnitte, ist es möglich, frequenzselektiv die den Bypass 3 durchströmende Teilluftmenge zu beruhigen, das heißt hochfrequente Schwankungsgeschwindigkeiten Tiefpass zu filtern.
Durch die weiche Lagerung des Messblocks 11 mit Dichtungen 9 in dem Gehäuse 8, ist das Messelement 2 sicher vor Vibrationen und Erschütterungen, und somit vor mechanischer Zerstörung geschützt. Der Körper 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine einseitige Maskierung des Innenquerschnittes erzielt, in weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann beispielsweise auch eine Venturi-Düse eingesetzt werden.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist beispielsweise geeignet, um die Ansaugluftmenge einer Brennkraftmaschine zylinderselektiv mit Hilfe eines einzigen Messelementes 2 zu erfassen und somit Messdaten für die Gemischregelung bereitzustellen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die erfindungsgemäße Luftmengenmessvorrichtung 1 auch dazu verwendet werden, einen heißen Abgasmengenstrom zu messen. In vorteilhafter Weise ist in diesem Fall das Messelement 2 außerhalb der Abgasanlage angeordnet, um das heiße Abgas bis zur Messstelle auf Temperaturen herunterzukühlen, die für das Messelement 2 unschädlich sind.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass aus strömungsmechanischer Sicht der Vorteil der Erfindung auch in der Reduzierung des Druckverlustes beim Durchströmen des Rohres 4, in dem das Messelement ursprünglich positioniert war, liegt. Damit wird im Fall einer Messung der Ansaugluftmenge für eine Brennkraftmaschine der Gesamtdruckverlust des Ansaugsystems reduziert, die in einer Leistungssteigerung des Motors resultiert. Die Erfindung erlaubt die Verwendung eines handelsüblichen Messelementes 2, wie beispielsweise einen Hitzdrahtluftmassenmesser oder Heißfilmluftmassenmesser, ohne dass dieser verändert werden muss. Weiterhin gestattet die Erfindung die Verwendung eines beliebigen Messelementes, unabhängig vom Hersteller. Durch die Möglichkeit der Anordnung einer beliebigen Anzahl von Bypässen 3 an ein Rohr 4, kann die Genauigkeit einer Messung gesteigert und gleichzeitig die Sensibilität der Messung gegenüber Störungen in der Hauptströmung reduziert werden. Weiterhin können die Bypässe 3 an mehreren Rohren 4 positioniert werden. Dies erlaubt die Messung des Gesamtmassenstroms mittels eines einzigen Messelementes 2. Die Erfindung gestattet ferner eine fast beliebige Positionierung des Messelementes.

1: Luftmengenmessvorrichtung
2: Messelement
3: Bypass
3': Eintrittsöffnung
3'': Rückleitungsstelle
4: Rohr
4': Rohrwandung
5: Körper
6: Sammelvolumen
7: Drosselvorrichtung
8: Gehäuse
9: Dichtung
10: Hauptströmkanal
10': Weiterer Bypass
11: Messblock

Claims

Luftmengenmessvorrichtung (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einem Messelement (2), das in einem Bypass (3) von einem gasführenden Rohr (4) angeordnet ist, wobei der Bypass (3) von einer Teil-Luftmenge und das Rohr (4) von einer Haupt-Luftmenge durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (3) eine separate, weitgehend außerhalb einer Rohrwandung (4') angeordnete, gasführende Leitung ist.
Luftmengenmessvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (4) zumindest zwei Bypässe aufweist.
Luftmengenmessvorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass allen Bypässen ein gemeinsames Messelement (2) zugeordnet ist.
Luftmengenmessvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Rohre (4) mit Bypass (3) vorgesehen sind, denen ein gemeinsames Messelement (2) zugeordnet ist.
Luftmengenmessvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei der Bypass (3) über eine Eintrittsöffnung (3') verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (3') weitgehend normal zu einer Hauptströmrichtung (H) angeordnet ist.
Luftmengenmessvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei das Rohr (4) einen Rohrquerschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrquerschnitt in Strömungsrichtung vor einer Rückleitungsstelle (3'') des Bypasses (3) eine Querschnittsverkleinerung aufweist.
Luftmengenmessvorrichtung nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (3) in Strömungsrichtung vor dem Messelement (2) ein Sammelvolumen (6) aufweist ist.
Luftmengenmessvorrichtung nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (3) eine Drosselvorrichtung (7) aufweist.
Luftmengenmessvorrichtung nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (2) in einem Gehäuse (8) angeordnet ist.
Luftmengenmessvorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (3) einen weiteren Bypass (10) aufweist, der das Messelement (2) umgeht.
Luftmengenmessvorrichtung nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (2) ein Luftmassenmessgerät ist.