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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von Vorrichtungen zur Messung wenigstens eines Parameters eines strömenden fluiden Mediums, insbesondere eines durch ein Strömungsrohr strömenden fluiden Mediums, wie sie aus verschiedenen Bereichen der Technik bekannt sind. So müssen bei vielen Prozessen, beispielsweise auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik, der Chemie oder des Maschinenbaus, definiert fluide Medien, insbesondere Gasmassen (z. B. eine Luftmasse) mit bestimmten Eigenschaften (beispielsweise Temperatur, Druck, Strömungsgeschwindigkeit, Massenstrom etc.) zugeführt werden. Hierzu zählen insbesondere Verbrennungsprozesse, welche unter geregelten Bedingungen ablaufen.
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Ein wichtiges Anwendungsbeispiel ist die Verbrennung von Kraftstoff in Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, insbesondere mit anschließender katalytischer Abgasreinigung, bei denen geregelt eine bestimmte Luftmasse pro Zeiteinheit (Luftmassenstrom) zugeführt werden muss. Zur Messung des Luftmassendurchsatzes werden dabei verschiedene Typen von Sensoren eingesetzt. Ein aus dem Stand der Technik bekannter Sensortyp ist der so genannte Heißfilmluftmassenmesser (HFM), welcher beispielsweise in
DE 196 01 791 A1 in einer Ausführungsform beschrieben ist. Bei derartigen Heißfilmluftmassenmessern wird üblicherweise ein Sensorchip eingesetzt, welcher eine dünne Sensormembran aufweist, beispielsweise ein Silicium-Sensorchip. Auf der Sensormembran ist typischerweise mindestens ein Heizwiderstand angeordnet, welcher von zwei oder mehr Temperaturmesswiderständen (Temperaturfühlern) umgeben ist. In einem Luftstrom, welcher über die Membran geführt wird, ändert sich die Temperaturverteilung, was wiederum von den Temperaturmesswiderständen erfasst werden kann und mittels einer Ansteuer- und Auswertungsschaltung ausgewertet werden kann. So kann, zum Beispiel aus einer Widerstandsdifferenz der Temperaturmesswiderstände, ein Luftmassenstrom bestimmt werden. Verschiedene andere Varianten dieses Sensortyps sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Eine beispielsweise aus
DE 101 11 840 C2 bekannte Problematik dieses Typs von Sensor besteht darin, dass häufig Kontaminationen des Sensorelementes auftreten können, beispielsweise Kontaminationen durch Wasser, Öl oder andere Flüssigkeiten bzw. andere Arten von Verunreinigungen. Der Sensorchip wird üblicherweise direkt im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine oder in einem Bypass zum Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Dabei kann sich im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine oder nach dem Abschalten derselben Wasser oder Öl auf dem Sensorchip und dabei insbesondere auf der Sensormembran niederschlagen. Dieser Verunreinigungsniederschlag kann zu einer unerwünschten Messsignalbeeinflussung des Sensors führen, insbesondere da ein Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche des Sensors auf die Wärmeleitfähigkeit der Oberfläche einwirkt, was zur Verfälschung der Messsignale führt. Ähnliche Probleme treten neben Heißfilmluftmassenmessern auch bei anderen Arten von Sensoren auf, welche zur Messung von Fluidparametern in einer Fluidströmung eingesetzt werden und deren Betrieb empfindlich ist gegenüber festen oder flüssigen Verunreinigungen.
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Zur Lösung dieser Kontaminationsproblematik sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt. So wird in
DE 102 46 069 A1 ein Steckfühler vorgeschlagen, welcher ein „Bypass-Teil“ umfasst, welches in einer vorbestimmten Ausrichtung zu einer Hauptströmungsrichtung eines strömenden Mediums in eine Strömungsleitung einbringbar ist. Das Bypass-Teil weist eine Öffnung auf, welche so zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet ist, dass fluides Medium in das Bypass-Teil einströmen und dort durch eine Ausscheidungszone und eine Ausscheidungsöffnung das Bypass-Teil wieder verlassen kann. Dabei wird ein Teil des einströmenden Mediums vor dem Ausscheiden abgezweigt und durch einen Messkanal zu einem in dem Messkanal angeordneten Messelement geführt. Dabei ist der Eingangsbereich vor dem Messkanal durch Anbringung schräger oder gekrümmter Flächen derart gestaltet, dass Flüssigkeit- und/oder Festkörperteilchen, welche größer sind und eine höhere Dichte als das strömende Medium aufweisen, weitgehend von dem Messkanal ferngehalten und durch die Ausscheidungsöffnung abgesondert werden. Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus
DE 103 48 400 A1 bekannt.
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Diese bekannten Konzepte beruhen also auf einer Aufspaltung des Luftmassenstroms in zwei Teilströme, einem Hauptstrom und einem Messstrom. Durch diese Aufspaltung wird saubere Messluft vom verschmutzten Rest getrennt. Die Phasentrennung (z.B. Wasser von sauberer Messluft) erfolgt an einer scharfen Kante („Zahn“), an welcher Schmutz und/oder Flüssigkeitsteilchen der scharfen Umlenkung nicht folgen können. Diese Verunreinigungen bewegen sich somit an dieser Kante aufgrund ihrer Massenträgheit weiter im Hauptstromkanal und werden aus der Vorrichtung ausgeleitet.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen in vielen Fällen nicht ausreichen, um Verschmutzungen vom eigentlichen Sensor abzuhalten. Vor allem Wassertropfen führen trotz der genannten Maßnahmen nach wie vor in vielen Fällen zu einer Verfälschung des Messsignals. Insbesondere sehr kleine Tröpfchen, d.h. Tröpfchen geringer Trägheit, dringen in den Messkanal ein und können somit das Messsignal beeinflussen. Abweichungen im Messsignal entstehen überwiegend dann, wenn sich im Hauptstromkanal große Flüssigkeitstropfen ansammeln und den Strömungsweg ganz oder teilweise versperren.
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Aus der
DE 101 39 933 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters einer mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine mit einem in das strömende fluide Medium einbringbaren Bypass-Teil bekannt, wobei in dem Bypass-Teil mindestens ein Strömungskanal mit mindestens einer Strömungskanalwand aufgenommen ist, wobei der mindestens eine Strömungskanal derart ausgestaltet ist, dass dieser bei in das strömende fluide Medium eingebrachtem Bypass-Teil von fluidem Medium durchströmt wird und wobei eine Rillenstruktur im Eingangsbereich des Strömungskanals vorgesehen ist.
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Die
DE 102 45 965 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters einer mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden Ansaugluftmasse mit einer Rippenstruktur im Bereich eines Ausscheidungskanals der Strömungskanalwand, deren Funktion darin besteht, durch die Bildung von Längswirbeln in der Luftströmung den Strömungsdurchsatz zu erhöhen.
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DE 102 46 069 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters einer mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden Ansaugluftmasse mit einer Rippenstruktur, welche am Ausgang des Messkanals vorgesehen wird, um im Falle einer Rückströmung in dem Strömungskanal Strömungswirbel hervorzurufen, welche eine Abscheidung von Öltröpfchen an der Messkanalwand bewirken.
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Die
DE 43 40 882 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters einer mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden Ansaugluftmasse mit einem geradlinigen Strömungskanal, der gleichzeitig den Messkanal bildet.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die oben beschriebenen Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen vermeidet. Insbesondere kann es sich um eine Vorrichtung handeln, welche im Zusammenhang mit einem durch ein Strömungsrohr strömenden fluiden Medium eingesetzt werden kann, insbesondere einem Gas, vorzugsweise einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine. Der wenigstens eine Parameter kann die oben genannten Parameter umfassen, also beispielsweise einen Druck, eine Temperatur oder ähnliche Parameter. Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorrichtung um einen Heißfilmluftmassenmesser, welcher im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Prinzipiell sind jedoch auch andere Vorrichtungen und/oder Einsatzzwecke denkbar, insbesondere andere Arten fluider Medien (z.B. flüssige Medien) oder andere Arten von Parametern.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist, wie beispielsweise aus
DE 102 46 069 A1 oder
DE 103 48 400 A1 bekannt, ein Bypass-Teil auf, welches in das strömende fluide Medium einbringbar ist. Beispielsweise kann das Bypass-Teil als Steckfühler ausgestaltet sein. Das Einbringen soll vorzugsweise in einer vorbestimmten Ausrichtung zur Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums erfolgen. In dem Bypass-Teil ist mindestens ein Strömungskanal mit mindestens einer Strömungskanalwand aufgenommen. Dieser mindestens eine Strömungskanal ist derart ausgestaltet, dass dieser bei in das strömende fluide Medium eingebrachtem Bypass-Teil von fluidem Medium durchströmt wird. Der mindestens eine Strömungskanal wird bei in das strömende fluide Medium eingebrachtem Bypass-Teil von fluidem Medium durchströmt, wobei der mindestens eine Strömungskanal mindestens einen Hauptströmungskanal und mindestens einen von dem mindestens einen Hauptströmungskanal an mindestens einer Abzweigung abzweigenden Messkanal aufweist, wobei in dem mindestens einen Messkanal mindestens ein Sensorelement, insbesondere ein Heißfilmluftmassensensor, aufgenommen ist,
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht in der Erkenntnis, dass flüssige Verunreinigungen (insbesondere Wasser und/oder Öl) in den mindestens einen Strömungskanal aufgrund ihrer Oberflächenspannung zu Koagulation neigen, also zur Tröpfchenbildung. Diese Tröpfchen werden leicht von der Strömung mitgerissen und führen somit zu einer Verfälschung des Messsignals. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass die Störung des Messsignals erheblich reduziert werden kann, wenn eindringende flüssige Verunreinigungen, anstatt Koagulationen in Form von Tröpfchen zu bilden, einen Flüssigkeitsfilm auf der mindestens einen Strömungskanalwand bilden und diese somit ganz oder teilweise benetzen. Auf diese Weise wird im Wesentlichen verhindert, dass sich in dem mindestens einen Strömungskanal größere Tropfen ansammeln und den Strömungsweg ganz oder teilweise versperren.
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Allerdings neigen viele flüssige Verunreinigungen an der mindestens einen Strömungskanalwand dazu, von der Strömungskanalwand abzureißen und wiederum zu koagulieren, anstatt die Strömungskanalwand zu benetzen und, getrieben von der Strömung des fluiden Mediums (z.B. des Gases) an dieser mindestens einen Strömungskanalwand entlang zu fließen. Dementsprechend sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung vor, dass die mindestens eine Strömungskanalwand im Bereich des mindestens einen Hauptströmungskanals und des mindestens einen Messkanals mit Strömungsrillen versehen ist und dass im Bereich der mindestens einen Abzweigung der mindestens eine Messkanal Strömungsrillen-frei ausgestaltet ist. Bei diesen Strömungsrillen handelt es sich um Vertiefungen oder Erhebungen in der Strömungskanalwand, welche dafür sorgen, dass die benetzbare Oberfläche der mindestens einen Strömungskanalwand vergrößert wird. Dadurch wird die Bildung eines geschlossenen Films auf der mindestens einen Strömungskanalwand energetisch begünstigt. Während die Ausgestaltung der Strömungsrillen als Vertiefungen in der Strömungskanalwand benetzungsphysikalisch besonders günstig ist, kann eine Ausgestaltung derselben als langgestreckte Erhebungen fertigungstechnisch günstig sein, da in diesem Fall geringere Verschleißerscheinungen an Spritzgießwerkzeugen auftreten. Auch Mischformen mit Vertiefungen und Erhebungen sind denkbar.
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Der mindestens eine Strömungskanal kann vorzugsweise ausgebildet sein, wie in
DE 102 46 069 A1 beschrieben. Somit weist der mindestens eine Strömungskanal mindestens einen Hauptströmungskanal und mindestens einen von dem mindestens einen Hauptströmungskanal an mindestens einer Abzweigung abzweigenden Messkanal auf. In dem mindestens einen Messkanal ist ein Sensorelement, insbesondere ein Heißfilmluftmassensensorelement, aufgenommen. Es ist vorteilhaft, wenn zumindest der mindestens eine Hauptströmungskanal und der mindestens eine Messkanalmit Strömungsrillen versehen ist. So kann beispielsweise der mindestens eine Hauptströmungskanal im Wesentlichen gerade ausgestaltet sein, und der mindestens eine Messkanal im Wesentlichen gekrümmt ausgestaltet sein, ähnlich zu dem in
DE 102 46 069 A1 dargestellten Heißfilmluftmassenmesser. Unter „im Wesentlichen gekrümmt“ bezüglich des Messkanals kann dabei auch ein Messkanal verstanden werden, welcher neben gekrümmten Abschnitten zumindest einen im Wesentlichen geraden Abschnitt aufweist, insbesondere einen im Wesentlichen geraden Abschnitt im Bereich des mindestens einen Sensorelements. Auf diese Weise kann beispielsweise gewährleistet sein, dass auch im Bereich des mindestens einen Sensorelements eine Strömung mit einer einzigen Strömungsrichtung vorherrscht. Die mindestens eine Abzweigung zwischen Hauptströmungskanal und Messkanal kann beispielsweise wie in
DE 102 46 069 A1 mit einem „Zahn“ ausgestattet sein, also einer Leitfläche, welche anströmendes fluides Medium zunächst von der Abzweigung des mindestens einen Messkanals weglenkt, so dass aufgrund einer vorhandenen Druckdifferenz Fluid in den mindestens einen Messkanal gesaugt wird. Dabei wird die Strömung in dem Messkanal stark umgelenkt; Partikel (Staub, Wasser etc.) können aufgrund ihrer Massenträgheit der Umlenkung nicht folgen und gelangen nicht in den Messkanal. Auf diese Weise werden bereits große Teile flüssiger Verunreinigungen, insbesondere Wasser oder Öl, von dem mindestens einen Messkanal ferngehalten.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit den Strömungsrillen hat sich in der Praxis als äußerst vorteilhaft hinsichtlich der Signalcharakteristik der Vorrichtung gezeigt. Insbesondere konnten auf diese Weise Verfälschungen der Messsignale von Heißfilmluftmassenmessern erheblich reduziert werden. Bei herkömmlichen Heißfilmluftmassenmessern, bei welchen das Bypass-Teil sich im Wesentlichen aus einem Gehäuseteil und einem Deckelteil zusammensetzt, konnten konstruktiv auf der Gehäuseseite und der Deckelseite die beschriebenen Strömungsrillen leicht implementiert werden, ohne dass hierzu eine erhebliche Umgestaltung des Bypass-Teils erforderlich gewesen wäre.
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Es ist von Vorteil, wenn im Bereich der mindestens einen Abzweigung ein Bereich mit einer Länge zwischen 0,5 mm und 10 mm, besonders vorteilhaft zwischen 1,0 und 4,0 mm, ohne Strömungsrillen ausgebildet ist. Der „rillenfreie“ Bereich zwischen Hauptstromkanal und Messkanal, welcher ähnlich einer Barriere wirkt, dass Wasser oder andere flüssige Verunreinigungen entlang der mindestens einen Strömungskanalwand in den mindestens einen Messkanal eindringt. Die Benetzung der mindestens einen Strömungskanalwand wird hier durch den rillenfreien Bereich unterbrochen, was den oben beschriebenen Effekt zusätzlich verstärkt.
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Vorteilhafterweise sind die beschriebenen Strömungsrillen im Wesentlichen parallel zu dem mindestens einen Strömungskanal im Bypass-Teil angeordnet. So können diese Strömungsrillen beispielsweise dem Verlauf des mindestens einen Hauptströmungskanals und/oder des mindestens einen Messkanals folgen. Unter „im Wesentlichen“ soll dabei verstanden werden, dass auch leichte Winkelabweichungen (vorteilhafterweise von nicht mehr als 5°) tolerierbar sind. Zudem können auch Bereiche vorgesehen sein, in welchen von der Parallelität abgewichen wird, beispielsweise im Bereich einer Einlassöffnung, in welcher beispielsweise divergente Strömungsrillen vorgesehen sein können. Auch verlaufen die Strömungsrillen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander, wobei für den Begriff „im Wesentlichen“ das oben gesagte analog gilt. Durch die gerichtete, parallele Führung der Strömungsrillen, d.h. parallel zueinander und/oder parallel zum Verlauf des mindestens einen Strömungskanals, wird dem Film flüssiger Verunreinigungen (z.B. ein Wandfilm von Wasser) in der Strömung des Mediums eine eindeutige Fließrichtung vorgegeben. So können beispielsweise die Strömungsrillen im Bereich des mindestens einen Hauptströmungskanals von einer Einlassöffnung zu einem Schmutzauslassloch verlaufen, und im Bereich des mindestens einen Messkanals von der mindestens einen Abzweigung in Richtung zu einem Auslassloch des mindestens einen Messkanals. Somit ist eine unterbrechungsfreie Führung des Wandfilms gewährleistet, wodurch eine Tröpfchenbildung und somit eine Signalbeeinflussung weitgehend vermieden werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezieht sich auf die Ausgestaltung der Strömungsrillen. So hat es sich als besonders vorteilhaft für die Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms, insbesondere eines Wasserfilms, auf den (üblicherweise aus Kunststoff-Material angefertigten) Oberflächen des mindestens einen Strömungskanals erwiesen, wenn die Strömungsrillen eine Tiefe (bzw. bei der Ausgestaltung als Erhebungen eine Höhe) zwischen 0,01 mm und 1 mm, insbesondere zwischen 0,05 mm und 0,3 mm aufweisen. Weiterhin hat sich eine Breite zwischen 0,1 mm und 1,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,6 mm, als besonders geeignet erwiesen. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn nicht Strömungsrillen mit einem rechteckigen Querschnittsprofil verwendet werden, wie dies fertigungstechnisch nahe liegend wäre, sondern wenn Strömungsrillen mit einem abgerundeten Querschnittsprofil eingesetzt werden. So können die Strömungsrillen beispielsweise ein Querschnittsprofil eines Kreissegments, ein hyperbelförmiges oder ein parabelförmiges Querschnittsprofil oder ein anderes abgerundetes Querschnittsprofil aufweisen. Die Herstellung derartiger Querschnittsprofile der Strömungsrillen ist mit geeigneten Spritzgießwerkzeugen möglich. Weiterhin hat es sich für die Filmbildung als vorteilhaft erwiesen, wenn die Strömungsrillen einen Abstand (mittlerer Abstand, d.h. z.B. Abstand von Rillenmitte zu Rillenmitte) zwischen 0,1 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,4 mm und 1,5 mm, aufweisen. Unter dem „Abstand“ sollen dabei insbesondere Anordnungen zu verstehen sein, bei welchen Strömungsrillen zumindest in einem Abschnitt näherungsweise parallel verlaufen, so dass, wie oben beschrieben, der Abstand definiert ist als der senkrechte Abstand zwischen der Mitte einer ersten Strömungsrille zur Mitte der zweiten Strömungsrille. Die oben beschriebenen Dimensionierungen der Strömungsrillen haben sich insbesondere bei üblichen Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 0 und 60 m/sec, üblichen Kunststoffen als Materialien für das Bypass-Teil (z.B. PBT, üblicherweise gefüllt mit ca. 20 % Glasfasern), üblichen Betriebstemperaturen (typischerweise unter 100°C) und flüssigen Verunreinigungen wie typischerweise Wasser als besonders günstig erwiesen, um durch gezielte Oberflächenbenetzung die Signalqualität von Heißfilmluftmassenmessern im praktischen Betrieb deutlich zu verbessern.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 einen im Ansaugtrakt eine Brennkraftmaschine eingesetzten Heißfilmluftmassenmesser;
- 2 einen geöffneten Heißfilmluftmassenmesser in Draufsicht;
- 3 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Bypass-Teil-Gehäuses eines Heißfilmluftmassenmessers; und
- 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Querschnitts durch Strömungsrillen in einer Strömungskanalwand eines Heißfilmluftmassenmessers.
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In
1 ist ein Beispiel einer Vorrichtung 110 zur Bestimmung eines Parameters eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Medium dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Vorrichtung 110, wie auch in den folgenden Ausführungsbeispielen (ohne Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung) um einen Heißfilmluftmassenmesser 112, welcher in einen Ansaugtrakt 114 einer (in
1 nicht dargestellten) Brennkraftmaschine eingesetzt ist. Derartige Heißfilmluftmassenmesser 112 sind kommerziell erhältlich und sind beispielsweise in
DE 102 46 069 A1 oder
DE 103 48 400 A1 beschrieben. Der Heißfilmluftmassenmesser 112 ist ausgestaltet, um die Strömungsrichtung eines Abgasstroms bei pulsierender Strömung zu erkennen und ist für eine Lasterfassung bei Brennkraftmaschinen mit Benzin- oder Dieselkraftstoffeinspritzung konzipiert. Der Einbau des Heißfilmluftmassenmessers 112 erfolgt üblicherweise zwischen einem Luftfilter und einer Drosselvorrichtung und erfolgt in der Regel als vormontierte Baugruppe in Form eines Steckfühlers 116 mit einem Messgehäuse 118. Üblicherweise werden derartige Messgehäuse 118 als Spritzgussbauteile gefertigt, zumeist aus technischen Kunststoffen, welche für die Automobilindustrie geeignet sind. Typische Kunststoffe sind Glasfaser-gefüllte Thermoplaste, wie beispielsweise PBT mit einer Glasfaserfüllung von 20 %. Auch andere Kunststoffe sind einsetzbar.
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In 2 ist der Heißfilmluftmassenmesser 112 gemäß dem Beispiel in 1 mit geöffnetem Messgehäuse 118 in Draufsicht dargestellt. Dabei ist ein (in 2 nicht dargestelltes) Deckelteil des Messgehäuses 118 abgenommen, so dass die Innenseite eines Gehäuseteils 120 des Messgehäuses 118 sichtbar ist. Das Messgehäuse 118 ist unterteilt in einen Strömungsbereich 122 und einen Elektronikbereich 124. Im Strömungsbereich 122, welcher, wie in 1 ersichtlich, im eingebauten Zustand des Heißfilmluftmassenmessers 112 in den Ansaugtrakt 114 eingesteckt ist, ist ein Strömungskanal 126 aufgenommen, welcher in mehrere Teilkanäle unterteilt ist. So weißt der Strömungskanal 126 zunächst einen Hauptströmungskanal 128 auf, welcher sich von einer Eintrittsöffnung 130 im Wesentlichen horizontal und gerade hin zu einem Auslassloch 132 erstreckt. Das Auslassloch 132, welches in 2 gestrichelt dargestellt ist, befindet sich im in 2 nicht dargestellten Deckelteil des Messgehäuses 118. Im Bereich vor dem Auslassloch 132 ist der ansonsten im Wesentlichen mit rechteckigem Querschnitt ausgestalteten Strömungskanal 126 bzw. Hauptströmungskanal 128 abgeschrägt mit zum Auslassloch 132 hin abnehmender Kanaltiefe, so dass Luft von der Eintrittsöffnung 130 hin zum Auslassloch 132 geführt wird. Der Heißfilmluftmassenmesser 112 wird von fluidem Medium, beispielsweise Luft im Ansaugtrakt 114, mit einer Hauptströmungsrichtung 134 angeströmt, wobei die Ausrichtung des Heißfilmluftmassenmessers 112 in der Regel so vorgegeben ist, dass die Hauptströmungsrichtung 134 parallel zum Verlauf des Hauptströmungskanals 128 liegt.
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Unmittelbar hinter der Eintrittsöffnung 120 ist im Strömungskanal 126 eine Abzweigung 136 angeordnet. An dieser Abzweigung 136, welche im spitzen Winkel zur Hauptströmungsrichtung 134 angeordnet ist, zweigt ein Messkanal 138 vom Hauptströmungskanal 128 ab. Der Messkanal 138 beschreibt einen gekrümmten Verlauf und wird um das Auslassloch 132 des Hauptströmungskanals 128 herumgeführt. Der Messkanal 138 mündet schließlich auf der Unterseite des Gehäuseteils 120 in einem Messkanal-Auslassloch 140. Der Messkanal 138 wird häufig auch als „Bypass“ bezeichnet, so dass der Strömungsbereich 122 insgesamt häufig auch als Bypass-Teil 142 bezeichnet wird.
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An der Abzweigung 136 wird der Luftmassenstrom, welcher in Hauptströmungsrichtung 134 in den Strömungskanal 126 eintritt, in zwei Teilströme aufgespaltet. Der erste, Haupt-Teilstrom strömt unmittelbar von der Eintrittsöffnung 130 hin zum Auslassloch 132, durch den Hauptströmungskanal 128. Ein zweiter Teilstrom wird jedoch abgezweigt, insbesondere aufgrund von strömungsmechanischen Unterdruck-Phänomenen an der Abzweigung 136, und wird in den Messkanal 138 geleitet. Dieser durch den Messkanal 138 strömende Teilstrom ist repräsentativ für den Gesamtstrom des mit Hauptströmungsrichtung 134 strömenden fluiden Mediums, beispielsweise Luft.
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Im Messkanal 138 ist ein gerader Abschnitt 144 vorgesehen, in welchen ein Chipträger 146 mit einem darin eingelassenen Sensorchip 148 aus dem Elektronikbereich 124 in den Messkanal 138 ragt. Der Sensorchip 148 wirkt hier als Sensorelement 150 und kann beispielsweise nach dem oben beschriebenen Prinzip (siehe z.B.
DE 196 01 791 A1 ) ausgestaltet sein. Der Chipträger 146 kann beispielsweise als metallisches Bauteil, beispielsweise. als Blechbauteil ausgestaltet sein, oder es kann sich dabei auch um ein Kunststoffbauteil, beispielsweise ein Spritzgussbauteil, handeln. Der Chipträger 146 ist üblicherweise an einer im Elektronikbereich 124 aufgenommenen, in
2 nicht dargestellten, Elektronikplatine befestigt (beispielsweise angespritzt) wobei die Elektronikplatine eine Auswerte- und Ansteuerschaltung des Heißfilmluftmassenmessers 112 umfassen kann.
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Um zu vermeiden, dass Wasser und andere feste oder flüssige Verunreinigungen (beispielsweise Öl), welche von der Luft mitgeführt werden, zum Sensorchip 148 gelangen, ist an der Abzweigung 136 ein so genannter „Zahn“ 152 vorgesehen, welcher in die Eintrittsöffnung 130 hineinragt und welcher Ableitflächen mit in 2 nach unten gerichteter Komponente, d.h. im spitzen Winkel zur Hauptströmungsrichtung 134, bereitstellt. Dadurch wird einströmende Luft teilweise nach unten abgelenkt, d.h. weg von der Abzweigung 136. Dieser Zahn 152 sorgt somit für eine Phasentrennung, d.h. dafür, dass der an der Abzweigung 136 abgezweigte Teilstrom, welcher durch den Messkanal 138 strömt, im Wesentlichen frei ist von Wasser und/oder anderen flüssigen oder festen Verunreinigungen. Schmutz- und/oder Wasserteilchen können der scharfen Umlenkung am Zahn 152 nicht folgen und fliegen aufgrund ihrer Trägheit geradeaus durch den Hauptströmungskanal 128 und verlassen diesen durch das seitlich angeordnete Auslassloch 132.
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Demgegenüber ist in 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heißfilmluftmassenmessers 112 in perspektivischer Teildarstellung gezeigt. Dabei ist zur Vereinfachung lediglich der Strömungsbereich 122 (im Folgenden Bypass-Teil 142 genannt) des Gehäuses 118 dargestellt. In 3 ist dabei das Gehäuseteil 120 gezeigt, wobei ein zu diesem Gehäuseteil 120 passendes Deckelteil nicht dargestellt ist.
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Wiederum ist, wie auch in 2, in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel des Heißfilmluftmassenmessers 112 gemäß 3 ein Strömungskanal 126 vorgesehen, welcher an einer Abzweigung 136 in einen Hauptströmungskanal 128 und einen Messkanal 138 aufgeteilt wird. Der Strömungskanal 126 hat insgesamt ein rechteckförmiges Profil, mit einer Tiefe von ca. 10 mm und einer Breite, welche je nach Bereich zwischen 2 und 4 mm variiert. Auch andere Dimensionierungen sind selbstverständlich möglich. Wiederum ist an der Abzweigung 136 eine scharfe Kante 312 vorgesehen, welche dem Zahn 152 gemäß dem Beispiel in 2 entspricht.
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Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in 2 wird der Messkanal 138 im Ausführungsbeispiel gemäß 3 nicht um das Auslassloch 132 herumgeführt, sondern mündet in einem Messkanal-Auslassloch 140, welches seitlich im Gehäuseteil 120 vorgesehen ist.
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Im Gegensatz zur Ausführung des Heißfilmluftmassenmessers 112 gemäß 2 sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 jeweils im Gehäuseteil 120 und im (nicht dargestellten) Deckelteil Strömungsrillen 314 vorgesehen, welche im Wesentlichen parallel verlaufen und welche jeweils dem Verlauf des Strömungskanals 126 folgen. Lediglich im Bereich der Eintrittsöffnung 130 sind die Strömungsrillen 314 aufgefächert, um die Vertikalkomponente der einströmenden Luft, welche durch die schräg nach unten verlaufende Kante 312 bedingt ist, aufzunehmen. Die Strömungsrillen 312 verbessern die Benetzbarkeit der Strömungskanalwand des Strömungskanals 126 erheblich. Die Strömungsrillen 314 sind dabei jeweils parallel zu den örtlichen Teilströmungsrichtungen 316 im Hauptströmungskanal 128 bzw. den Teilströmungsrichtungen 318 im Messkanal 138 orientiert. Durch diese parallele Orientierung zur Strömungs- und Fließrichtung wird dem Wandfilm der flüssigen Verunreinigungen eine eindeutige Fließrichtung vorgegeben, und diese Wandfilme werden jeweils zu den Auslasslöchern 132 bzw. 140 geleitet, ohne dass in nennenswertem Maße eine Tröpfchenbildung auftritt. Neben oder alternativ zu den Strömungsrillen 314 im Deckelteil und/oder im Gehäuseteil 120 können Strömungsrillen auch in anderen Strömungskanalwänden, also beispielsweise in den Seitenwänden des Strömungskanals 126 (senkrecht zur Zeichenebene in 3) vorgesehen sein. Dies begünstigt zwar weiterhin den genannten Filmbildungseffekt, kann jedoch fertigungstechnisch aufwendiger sein, da dann eine Entformung nach dem Spritzgießen aufwendiger wird. Grundsätzlich ist eine derartige Ausgestaltung jedoch denkbar.
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Weiterhin ist im Bereich der Abzweigung 136 ein Strömungsrillen-freier Bereich 320 vorgesehen, also ein Bereich, in welchem keine Strömungsrillen 314 in der Strömungskanalwand vorgesehen sind. Dieser Strömungsrillen-freie Bereich 320 hat eine Länge von ca. 3 bis 5 mm und wirkt als Barriere, welche den Wasser-Wandfilm daran hindert, in den Messkanal 338 einzudringen.
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In 4 sind die Strömungsrillen 314 im Querschnitt durch eine Strömungskanalwand 410, also eine Wand des Deckelteils und/oder des Gehäuseteils 120, dargestellt. Wie aus dem Beispiel gemäß 4, welches nur eine (jedoch vorteilhafte) Ausgestaltung der Strömungsrillen 314 zeigt, hervorgeht, haben die Strömungsrillen 314 ein im Wesentlichen parabelförmiges Querschnittsprofil. Die Breite B der Strömungsrillen 314 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel ca. 0,2 bis 0,6 mm, die Tiefe H beträgt ca. 0,05 bis 0,3 mm, und der Abstand D zwischen den Strömungsrillen 314 beträgt 0,4 bis 1,5 mm. Diese Abmessungen haben sich insbesondere für die Benetzung der oben beschriebenen Kunststoffmaterialien mit Wasserfilmen als günstig erwiesen.
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Abschließend sei noch, wie oben bereits erwähnt, darauf hingewiesen, dass der Begriff „Strömungsrillen“ 314 prinzipiell vorteilhafterweise Vertiefungen in der Strömungskanalwand 410 umfasst, also „Gräben“. Denkbar und ebenfalls von Begriff „Strömungsrillen“ 314 umfasst, ist jedoch eine Ausgestaltung, bei welcher anstelle von „Gräben“ „Erhebungen“ (in Form von Wällen) vorgesehen sind. Beispielsweise wäre ein Querschnittsprofil der Strömungsrillen 314 denkbar, welches gerade invers zu dem in 4 dargestellten Profil ist. Auch auf diese Weise ließe sich eine Erhöhung der benetzbaren Oberfläche herbeiführen, und eine Strömungsführung eines Wandfilms auf der Strömungskanalwand 410. Vorteilhafterweise werden jedoch auch bei dieser Ausgestaltung der Strömungsrillen die oben beschriebenen Dimensionen verwendet, wobei hierbei jedoch statt einer „Tiefe“ H eine „Höhe“ H mit entsprechender Dimension eingesetzt wird. Als Obergrenze sollte dabei diese Höhe bzw. Tiefe H nach wie vor klein sein gegenüber der Gesamttiefe des Strömungskanals 126.
