DE102005046215B4

DE102005046215B4 - Vorrichtung zur Ermittlung von Massenströmen an einem Kühler

Info

Publication number: DE102005046215B4
Application number: DE102005046215.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Wolf Thomas
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: DE102005046215A1

Abstract

Vorrichtung zur Ermittlung von Massenströmen an einem Kühler, der zur Beaufschlagung einer in ein Kraftfahrzeug eingebauten flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine dient, wobei der von Kühlluft durchströmte Kühlkanäle besitzende Kühler eine Anströmseite und eine Abströmseite aufweist, wobei benachbart der Abströmseite (Abs) des Kühlers (5, 16, 25, 26) eine oder mehrere die Vorrichtung bildende Sonden (13, 15, 23, 27, 34) zur Massenstrommessung vorgesehen sind, die den entsprechenden Kühlluft führenden Massenstrommessung zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonden (13, 15, 23, 27, 34) zur Bestimmung des Gesamtdrucks (pt) und des statischen Drucks (ps) ausgebildet sind, und wobei zur Bestimmung des Gesamtdrucks (pt) und des statischen Drucks (ps) jede Sonde ein erstes Messelement (17, 28, 35) und ein zweites Messelement (18, 22, 29, 36) umfasst und wobei das erste Messelement (17, 28, 35) mit einem ersten Rohrabschnitt (19, 30, 37) innerhalb eines der Kühlkanäle (10, 11, 20, 24, 31, 33, 39 oder 40) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung von Massenströmen an einem Kühler, der zur Beaufschlagung einer bspw. in ein Kraftfahrzeug eingebauten flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine dient.
An Kühler von Brennkraftmaschinen wird die Forderung gestellt, dass sie unter einer Reihe von Betriebs- und Umweltbedingungen, die in der jeweiligen Brennkraftmaschine entstehende Abwärme zuverlässig an die Umgebung abführen. Die Bestimmung der Kühlergröße erfolgt entweder empirisch, d.h. die Leistung des Kühlers wird durch Vergleich mit bauartgleichen Referenzkühlern ermittelt, bzw. durch Berechnung mit Hilfe von aus Versuchen gewonnenen Korrelationsgleichungen für Wärmeübergang und Strömungsdruckabfall.
Zur Bestimmung des Luftdurchsatzes durch Fahrzeugkühler sind Verfahren bekannt, US SAE Journal Nr. 2082, bei denen im Nachlauf des Kühlers die Strömungsgeschwindigkeit gemessen wird. Diese Verfahren -Flügelradanemometer, optische Messverfahren, Staudrucksonden- haben den Nachteil, dass aufgrund der Größe der Messsonden ihr Einbau in ein Kraftfahrzeug z.B. für Versuchszwecke wegen der häufig beengten Platzverhältnisse erschwert ist.
Ferner ist z.B. aus dem Journal Auszug „NG, E.Y.; Watkins, S; Johnson, P. W.: New pressure-based methods for quantifiying radiator airflow - In: Journal of automobile engineering, Vol. 218, 2004, No. 4, S. 361-372- - ISSN 0954-4070; eine Vorrichtung zur Ermittlung von Massenströmen an einem Kühler bekannt.
Die GB 1531 146 A betrifft eine Vorrichtung mit mehreren U-Rohren, die entlang eines Verteilers voneinander beabstandet sind. Diese sind mit Öffnungen verbunden, die klein genug sind, um den Luftstrom entlang des Verteilers zu unterdrücken.
Aus der DE 39 16 529 A1 geht ein Verfahren zur Bestimmung von Massenströmen gasförmiger Medien durch einen in ein Kraftfahrzeug eingebauten Kühler hervor, welcher Kühler Kanäle besitzt, in denen ein flüssiges, zu kühlendes Medium strömt. Diese Kanäle werden von einem gasförmigen Medium durchströmt. Bei dieser Ausführung wird der statische Druck des gasförmigen Medium unmittelbar mit an einer Kühlervorderseite und einer Kühlerrückseite angeordneten zylinderförmigen, einseitig verschlossenen Sonden gemessen wird. Aus der Druckdifferenz zwischen der Kühlervorderseite und der Kühlerrückseite wird der Massenstrom des gasförmigen Mediums bestimmt.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung von Massenströmen an einem Kühler für eine in ein Kraftfahrzeug einbaubare Brennkraftmaschine zu schaffen, welche Vorrichtung sich durch Einfachheit und gute Funktion auszeichnen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den diesen Patentansprüchen nachfolgenden Unteransprüchen enthalten.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass die Sonden einen einfachen bzw. leicht realisierbaren sowie kompakten Aufbau und durch ihre Anordnung benachbart der Abströmseite des Kühlers eine vorbildliche Wirkung aufweisen. Dabei ist das Verfahren zur Ermittlung der Massenströme gegen schräge Luftströmungen auf der Anströmseite des Kühlers aufgrund der besagten Anordnung der Sonden weitgehend unempfindlich, was zu einer signifikant höheren Messgenauigkeit führt. Dank der Ausbildung der Sonden können letztere bei gängigen Kühlern ohne Weiteres eingesetzt werden, und zwar ohne Aufweitung der Kühlkanäle bzw. Beeinträchtigung der Kühlermatrix. Schließlich kann mit einer gezielten Zahl von Sonden ein ausgesprochen gutes bzw. aussagefähiges Messergebnis erzielt werden.
In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, dass nachstehend näher beschrieben wird.
Es zeigen

1 eine schematische Ansicht von oben auf einen Bug eins Kraftfahrzeugs mit einem Kühler, der mit einer Vorrichtung zur Ermittlung von Massenströmen versehen ist,
2 eine schematische Schrägansicht des Kühlers gemäß 1,
3 eine Einzelheit X der 2 in größerem Maßstab mit einer ersten Ausführungsform,
4 eine Einzelheit Y der 2 als Schrägansicht und in größerem Maßstab mit einer zweiten Ausführungsform,
5 eine Ansicht entsprechend 4 mit einer dritten Ausführungsform,
6 eine Ansicht entsprechend 4 mit einer vierten Ausführungsform,
7 eine Ansicht entsprechend 4 mit einer fünften Ausführungsform.

Ein Kraftfahrzeug 1 der Personenwagengattung umfasst einen Aufbau 2, der unter Vermittlung von Fahrwerksteilen - nicht dargestellt - von Rädern 3 getragen wird. In einem Bug 4 des Kraftfahrzeugs 1 ist ein Kühler 5 angeordnet, wovon eine in Fahrtrichtung A gesehen hinten liegende Seite 6 im stumpfen Winkel α zu einer Mittellängsebene B-B des Kraftfahrzeugs verläuft. Der zur Beaufschlagung einer das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine - nicht dargestellt - dienende Kühler 5 wird über eine Öffnung 7 in einer Aufbauwand 8 mit Kühlluft beaufschlagt, die auf einer Anströmseite Ans in den Kühler 5 eintritt und auf einer Abströmseite Abs aus besagtem Kühler austritt. Hierzu ist der Kühler 5 mit einer Kühlermatrix 9 versehen, die eine Vielzahl von Kühlluftkanälen 10 und 11 umfasst, durch die die Kühlluft über die Anströmseite Ans zur Abströmseite Abs hin geführt wird. Die Kühlluftkanäle 10 und 11 sind prinzipiell gleich ausgeführt und verlaufe direkt nebeneinander und bzw. beabstandet zueinander.
Der Kühler 5 ist mit einer Vorrichtung 12 zur Ermittlung von Massenströmen versehen, die ein oder mehrer Sonden 13 - erste Ausführungsform AI - aufweist. Die Sonden 13 zur Massenstrommessung bzw. Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit v_k der Kühlluft sind benachbart der Abströmseite Abs vorgesehen und entsprechenden Kühlluftkanälen 10 und/oder 11 zugeordnet. Dabei sind die Sonden 13 zur Bestimmung des
Gesamtdrucks p_t und des statischen Drucks p_s ausgebildet, und sie können sich innerhalb und außerhalb des Kühlers 5 erstrecken. Die Sonden 13 umfassen rohrförmige Messelemente 14, deren Querschnitt QI kleiner ist als der Querschnitt QII der Kühlluftkanäle 10 und 11 -Fig. 3-.
4 gibt eine Sonde 15 - zweite Ausführungsform All - in einem Kühler 16 wieder, die zur Bestimmung des Gesamtdrucks pt und des statischen Drucks p_s ein erstes rohrförmiges Messelement 17 bzw. zweites rohrförmiges Messelement 18 aufweist. Das erste Messelement 17 verläuft mit einem ersten Rohrabschnitt 19 innerhalb eines Kühlluftkanals 20 des Kühlers 16. Dagegen liegt das zweite Messelement 18 mit einem zweiten Rohrabschnitt 21 zwar benachbart der Abströmseite Abs, jedoch außerhalb des Kühlers 16: Der zweite Rohrabschnitt 21 ist als Verlängerung des Kühlluftkanals 20 ausgeführt. In 5 liegt ein zweites Messelement 22 einer Sonde 23 - dritte Ausführungsform Alll - mit einem zweiten Rohrabschnitt 23' unmittelbar hinter einem Kühlkanal 24 eines Kühlers 25, jedoch benachbart der Abströmseite Abs.
Nach 6 ist ein Kühler 26 mit einer Sonde 27 - vierte Ausführungsform AIV - ausgestattet, die ein erstes Messelement 28 und ein zweites Messelement 29 aufweist, Das erste Messelement 28 ragt mit einem ersten Rohrabschnitt 30 in einen Kühlluftkanal 31 des Kühlers 26 hinein. Das zweite Messelement 29 besitzt einen Rohrabschnitt 32, der außerhalb, jedoch benachbart der Abströmseite Abs des Kühlers 26 einem Kühlluftkanal 33 zugeordnet ist; letzterer liegt direkt neben dem Kühlluftkanal 31.
Schließlich ist eine Sonde 34 - fünfte Ausführungsform AV - ähnlich gestaltet wie die Sonde 27, allerdings verläuft sowohl ein erstes Messelement 35 und ein zweites Messelement 36 mit einem ersten Rohrabschnitt 37 und einem zweiten Rohrabschnitt 38 innerhalb eines Kühlkanals 39 bzw. eines Kühlkanals 40.
Bei einem Verfahren zur Ermittlung von Massenströmen z.B. am Kühler 5 wird benachbart seiner Abströmseite ABS mittels der Sonden 13 - erste Ausführungsform AI - wird die Strömungsgeschwindigkeit v_k aus dem Staudruck bestimmt, der aus der Differenz von lokalem Gesamtdruck und lokalem statischem Druck bestimmt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit v_k wird z.B. in einem der Kühlluftkanäle 10 oder 11 gemessen. Positive Messergebnisse werden erzielt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit v_k in beiden Kühlluftkanälen 10 oder 11 bestimmt wird. Außerdem wird durch den Einsatz einer Anzahl von Sonden 13 mit definierter geometrischer Verteilung über den Bereich der Kühlermatrix 9 und durch Aufaddieren der flächengewichteten Teilmassenströmen auf den Gesamtmassenstrom durch den Kühler 5 geschlossen.

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung von Massenströmen an einem Kühler, der zur Beaufschlagung einer in ein Kraftfahrzeug eingebauten flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine dient, wobei der von Kühlluft durchströmte Kühlkanäle besitzende Kühler eine Anströmseite und eine Abströmseite aufweist, wobei benachbart der Abströmseite (Abs) des Kühlers (5, 16, 25, 26) eine oder mehrere die Vorrichtung bildende Sonden (13, 15, 23, 27, 34) zur Massenstrommessung vorgesehen sind, die den entsprechenden Kühlluft führenden Massenstrommessung zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonden (13, 15, 23, 27, 34) zur Bestimmung des Gesamtdrucks (pt) und des statischen Drucks (ps) ausgebildet sind, und wobei zur Bestimmung des Gesamtdrucks (pt) und des statischen Drucks (ps) jede Sonde ein erstes Messelement (17, 28, 35) und ein zweites Messelement (18, 22, 29, 36) umfasst und wobei das erste Messelement (17, 28, 35) mit einem ersten Rohrabschnitt (19, 30, 37) innerhalb eines der Kühlkanäle (10, 11, 20, 24, 31, 33, 39 oder 40) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Sonden (13, 15, 23, 27, 34) auf der Abströmseite (Abs) des Kühlers (5) die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft bestimmt wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonden (13, 15, 23, 27, 34) rohrförmige Messelemente (z.B. 17 und 18) aufweisen, deren Querschnitt (QI) kleiner ist als der Querschnitt (QII) der Kühlkanäle (10; 11).
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Messelement (18) mit einem zweiten Rohrabschnitt (21) außerhalb des Kühlkanals (10 oder 11) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rohrabschnitt (21) von der Abströmseite (Abs) des Kühlers (16) aus weggeführt ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messelement (28) einem ersten Kühlkanal (31) und das zweite Messelement (29) einer Sonde (27) einem zweiten Kühlkanal (33) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Messelement (29) mit einem Rohrabschnitt (32) außerhalb des Kühlers (26) liegt.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messelement (35) und das zweite Messelement (36) einer Sonde (34) jeweils mit einem ersten Rohrabschnitt (37) und einem zweiten Rohrabschnitt (38) innerhalb von zwei benachbarten Kühlkanälen (39 und 40) verlaufen.
Verfahren zur Ermittlung von Massenströmen an einem Kühler, der zur Beaufschlagung einer in ein Kraftfahrzeug eingebauten flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine dient, mit einer Vorrichtung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Sonde (bspw. 15) eine Strömungsgeschwindigkeit (v_k) in wenigstens einem der Kühlkanäle (10, 11, 20, 24, 31, 33, 39, 40) einer Kühlermatrix des Kühlers (5, 16, 25, 26) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit (v_k) in zwei vorzugsweise benachbarten Kühlkanälen (30 und 33; 39 und 40) der Kühlermatrix (9) gemessen wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verwendung einer Anzahl von Sonden (13) mit definierter geometrischer Verteilung über den Bereich der Kühlermatrix (9) und durch Aufaddieren der flächengewichteten Teilmassenströme auf den Gesamtmassenstrom durch den Kühler (5) geschlossen wird.