DE102007022513B4

DE102007022513B4 - Air mass sensor

Info

Publication number: DE102007022513B4
Application number: DE200710022513
Authority: DE
Inventors: Dr. Bierl Rudolf; Martin Lesser; Andreas Meyer; Stephen Setescak; Dr. Steuber Frank
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2027-05-15
Also published as: WO2008138671A1; DE102007022513A1

Abstract

Luftmassensensor mit zwei Ultraschallwandlern (3, 4), die in einem Rohr (2) angeordnet sind, wobei die zwei Ultraschallwandler (3, 4) mit einer nahe der Ultraschallwandler (3, 4) vorgesehenen Elektronik (5) in dem Rohrquerschnitt zur Erfassung eines repräsentativen Strömungsquerschnitts angeordnet sind und der Luftmassensensor in dem Rohr (2) von mindestens einer Strömungsleitschaufel (8) mindestens teilweise umschlossen ist, wobei die Elektronik (5) zur Ausgabe eines Signals über eine aktuelle Luftmenge ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (5) in einem Fußteil abdichtend von einer Leitschaufel (8, 10, 11) umschlossen ist.Air mass sensor with two ultrasonic transducers (3, 4), which are arranged in a tube (2), the two ultrasonic transducers (3, 4) with electronics (5) provided near the ultrasonic transducers (3, 4) in the tube cross section for detecting a Representative flow cross-section are arranged and the air mass sensor in the tube (2) is at least partially surrounded by at least one flow guide vane (8), the electronics (5) being designed to output a signal about a current air volume, characterized in that the electronics (5 ) is sealed in a foot part by a guide vane (8, 10, 11).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftmassensensor.The present invention relates to an air mass sensor.

In bekannter Weise wird in Verbrennungskraftmaschinen ein Luft-Treibstoffgemisch unter Verdichtung zur Verbrennung gebracht. Die Leistungsabgabe der Verbrennungskraftmaschine hängt vom Verhältnis von Treibstoffmasse zu Luftmasse ab. Die Messung einer jeweiligen Luftmasse wird mit einem Luftmassensensor durchgeführt, der im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine sitzt. Aufgrund der hohen wirtschaftlichen Bedeutung des Kraftfahrzeugbereiches wird nachfolgend ohne Beschränkung der Verwendung erfindungsgemäßer und allgemein einsetzbarer Strömungssensoren nur auf die Anwendung zur Bestimmung einer angesaugten oder in sonstiger Weise einer Verbrennungskraftmaschine zugeführten Luftmasse eingegangen.In a known manner, an air-fuel mixture is brought under compression to combustion in internal combustion engines. The power output of the internal combustion engine depends on the ratio of fuel mass to air mass. The measurement of a respective air mass is carried out with an air mass sensor, which sits in the intake tract of the internal combustion engine. Due to the high economic importance of the motor vehicle sector is discussed below without limiting the use of inventive and generally applicable flow sensors only to the application for determining a sucked or otherwise supplied to an internal combustion engine air mass.

Zahlreiche moderne Verbrennungskraftmaschinen sind heute mit einem Abgas-Turbolader ausgestattet, welcher eine Vorverdichtung der Luftmasse bewirkt. Wurde bereits zu Beginn der Entwicklung von Verbrennungskraftmaschinen der Versuch einer Vorkompression der einer Verbrennungskraftmaschine zuzuführenden Luft mit dem Ziel einer Erhöhung der Motorleistung durch Erhöhung des Luftmengen- und Kraftstoffdurchsatzes pro Arbeitstakt durchgeführt, so wird heute die Aufladung von Otto-Verbrennungskraftmotoren nicht mehr primär unter dem Leistungsaspekt gesehen, sondern als Möglichkeit zur Einsparung von Kraftstoff und zur Minderung von Schadstoffen. Dabei wird in bekannter Weise einem jeweiligen Abgasstrom Energie zur Vorverdichtung des Luftmassenstromes durch eine im Abgasstrom laufende Turbine mit daran mechanisch gekoppeltem Frischluft-Verdichter entzogen, so dass beispielsweise ein Dieselmotor nun nicht mehr als Saugmotor, sondern als aufgeladener Motor mit Ladeluftdrücken von bis zu 1,5 bar oder gar 2,5 bar bei deutlicher Leistungssteigerung und reduziertem Schadstoffausstoß arbeitet. Hierzu ist selbstverständlich einer jeweiligen Treibstoffmasse eine Luftmasse in einem vorgegebenen Verhältnis zuzugeben, so dass einem Luftmassensensor eine wesentliche Bedeutung bei der Wirtschaftlichkeit und Schadstoffreduktion einer Verbrennungskraftmaschine zukommt.Numerous modern internal combustion engines are today equipped with an exhaust gas turbocharger, which causes a pre-compression of the air mass. Has been carried out at the beginning of the development of internal combustion engines attempting a pre-compression of an internal combustion engine air supplied with the aim of increasing the engine power by increasing the air flow and fuel flow per stroke, so today the charging of gasoline internal combustion engines is no longer primarily from the performance aspect but as a way to save fuel and reduce pollutants. In this case, in a known manner, a respective exhaust gas flow energy for pre-compression of the air mass flow through a running in the exhaust gas turbine with it mechanically coupled fresh air compressor withdrawn, so that, for example, a diesel engine no longer as a naturally aspirated engine, but as a supercharged engine with charge air pressures of up to 1 5 bar or even 2.5 bar with significant increase in output and reduced emissions. For this purpose, of course, an air mass in a predetermined ratio to admit a particular fuel mass, so that an air mass sensor plays a significant role in the economy and emission reduction of an internal combustion engine.

Da es bei dem chemischen Vorgang der Verbrennung in jedem Betriebszustand einer Verbrennungskraftmaschine auf die Massenverhältnisse von Kraftstoff und Luft ankommt, ist der Massendurchfluss der Ansaug-/Ladeluft auch fortlaufend möglichst genau zu messen. Der maximal zu messende Luftmassenstrom liegt je nach Motorleistung der Verbrennungskraftmaschine im Bereich von 400 bis ca. 1000 kg/h. Aufgrund des niedrigen Leerlaufbedarfes moderner Verbrennungskraftmaschinen beträgt das Verhältnis eines minimalen zu einem maximalen Luftdurchsatz zwischen 1:90 bis etwa 1:100.Since it depends on the mass ratios of fuel and air in the chemical process of combustion in any operating condition of an internal combustion engine, the mass flow of the intake / charge air is also continuously as accurately as possible to measure. Depending on the engine power of the internal combustion engine, the maximum air mass flow to be measured is in the range of 400 to approx. 1000 kg / h. Due to the low idle demand of modern internal combustion engines, the ratio of a minimum to a maximum air flow rate is between 1:90 and about 1: 100.

Ein Luftmassensensor kann als Massenstromsensor nach einem thermischen Prinzip arbeiten, wobei eine Abgabe von Wärmeleistung eines durch den Fluss elektrischen Stroms erhitzten Sensormessdrahtes im Vergleich zu einem thermisch isolierten baugleichen Sensordraht über eine Widerstandbrückenschaltung als Maß für eine jeweilige Durchflussmenge ausgewertet wird.An air mass sensor can operate as a mass flow sensor according to a thermal principle, wherein a release of heat output of a heated by the flow of electric current sensor wire compared to a thermally insulated sensor wire is evaluated via a resistance bridge circuit as a measure of a respective flow rate.

Ein alternativer Ansatz, der gegenüber der elektrothermischen Messung deutlich an elektrischer Energie einspart, ist allgemein in dem Aufsatz ”Durchflussmesstechnik – Eine Übersicht”, in der Fachzeitschrift ”Technisches Messen tm”, 1979, Heft 4, Seiten 145–149, beschrieben worden. Dazu ist es bekannt, eine Durchflussmessung auf Basis des sogenannten Verwehungsprinzips unter Verwendung eines sendenden und eines empfangenden Ultraschallmesskopfs aufzubauen. Die beiden Ultraschallmessköpfe dienen dabei einer als Sender und einer als Empfänger und benötigen vor einer Signalauswertung eine entsprechende Sende-/Empfangseinrichtung.An alternative approach, which saves significant compared to the electrothermal measurement of electrical energy, is generally in the article "Flow Measurement - An Overview", in the journal "Technical Measurement tm", 1979, No. 4, pages 145-149 described. For this purpose it is known to build up a flow measurement on the basis of the so-called drift principle using a transmitting and a receiving ultrasonic measuring head. The two ultrasound measuring heads serve as a transmitter and a receiver and require a corresponding transceiver before signal evaluation.

Ferner ist aus dem Kraftfahrtechnischen Taschenbuch/Bosch, 23., aktualisierte und erweitere Auflage, Verlag Vieweg, 1999, ISBN 3-528-03876-4, Seite 115, ein Verfahren zur Ultraschall-Durchflussmessung bekannt, nach dem sich eine Laufzeit eines Schallimpulses durch ein Messmedium, wie zum Beispiel Luft, unter dem Schrägungswinkel α mit derselben Messstrecke 1 einmal gegen eine Luftströmung und einmal in Luftströmungsrichtung messen lässt. Eine resultierende Laufzeitdifferenz des Schallimpulses ist dem Volumendurchfluss direkt proportional.Furthermore, from the Automotive Handbook / Bosch, 23rd, updated and expanded edition, Verlag Vieweg, 1999, ISBN 3-528-03876-4, page 115, a method for ultrasonic flow measurement is known, after a running time of a sound pulse through Measure a measuring medium, such as air, under the helix angle α with the same measuring section 1 once against an air flow and once in the air flow direction. A resulting transit time difference of the sonic pulse is directly proportional to the volume flow.

Um die Luftströmung möglichst wenig zu beeinflussen und auch den Bauraum gegenüber anderen bekannten Anordnungen zu minimieren, werden die Ultraschallwandler in bekannten Anordnungen koaxial und schräg gegenüberliegend angeordnet, wie z. B. in der DE 33 31 519 C2 offenbart. Dies führt jedoch bei steigendem Anstellwinkel der Wandler zur Horizontalen zu einer Verringerung des Messeffekts. Daraus ergibt sich ein Kompromiss aus einer vom Winkel der Wandler zur Horizontalen abhängigen Einbaulänge und dem Messeffekt der Anordnung. Die schräg gegenüberliegende Anordnung der Wandler bietet den Vorteil der Mittelung der Verwehung über eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des gesamten Rohrquerschnitts.In order to influence the air flow as little as possible and to minimize the space compared to other known arrangements, the ultrasonic transducers are arranged in known arrangements coaxially and obliquely opposite, such. B. in the DE 33 31 519 C2 disclosed. However, this leads to a reduction in the measuring effect with increasing angle of attack of the transducer to the horizontal. This results in a compromise of an installation length dependent on the angle of the transducers to the horizontal and the measuring effect of the arrangement. The diagonally opposite arrangement of the transducers offers the advantage of averaging the drift over a flow velocity distribution of the entire tube cross section.

Nach dem Stand der Technik wird die Durchflussmessung mittels Ultraschallwandlern realisiert, indem zwei koaxial ausgerichtete Wandler an den Rohrwänden schräg gegenüber angeordnet werden. Da der eine Wandler auf der einen Seite, und der andere Wandler auf der gegenüberliegenden Seite des Rohres angebracht ist, sind unterschiedlich lange Kabel von der Elektronik zu den Wandlern nötig. Die dabei auftretenden Kabellängen zwischen der Ansteuerelektronik und den jeweiligen Ultraschallwandlern führt zu zusätzlichen Laufzeitunterschieden der Empfangssignale. Außerdem besteht in diesen Kabeln die Gefahr von elektrischen bzw. elektromagnetischen Einstreuungen, welche das Messergebnis zusätzlich verfälschen.According to the prior art, the flow measurement is realized by means of ultrasonic transducers by two coaxially oriented transducers are arranged obliquely opposite to the tube walls. Since the one converter on the one hand, and the other transducer is mounted on the opposite side of the tube, different lengths of cable from the electronics to the transducers are needed. The cable lengths occurring between the control electronics and the respective ultrasonic transducers leads to additional runtime differences of the received signals. In addition, there is the risk of electrical or electromagnetic interference in these cables, which additionally falsify the measurement result.

Rein auf einer Signaldrift aufbauend, die durch die Verwehung des Schalls durch die Fluidströmung auftritt, sind beispielsweise in der DE 103 44 895 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung mittels Ultraschall offenbart worden. Hierbei werden Schallimpulse von einem Ultraschallsender zu einem Ultraschallempfänger übertragen, die gemeinsam als Wandlerarray ausgebildet und parallel ausgerichtet in einer Rohrwandung angeordnet sind. Die Schallwellen durchlaufen den gesamten Rohrquerschnitt bei Reflexion an der gegenüberliegenden Rohrwandung zweimal. Die von einem Senderteil des Wandlerarrays ausgesandte Schallkeule ist zudem so gebündelt, dass sie auf dem Empfängerbereich des Arrays im Wesentlichen in einem Punkt fokussiert wird. In Abhängigkeit von einer jeweiligen typischen mittleren Strömungsgeschwindigkeit ab ca. 0,5 m/s bis etwa 50 m/s treten unterschiedlich weite Verwehungen auf, die durch eine Aufteilung des Empfängerbereichs in einzelne kleine Empfangszellen des Arrays detektiert werden.Reinstating on a signal drift, which occurs due to the drift of sound through the fluid flow, are for example in the DE 103 44 895 A1 a method and apparatus for ultrasonic flow velocity measurement has been disclosed. Here, sound pulses are transmitted from an ultrasonic transmitter to an ultrasonic receiver, which are formed together as a transducer array and arranged in parallel aligned in a pipe wall. The sound waves pass through the entire pipe cross-section twice when reflected on the opposite pipe wall. The sound beam emitted by a transmitter part of the transducer array is also bundled so that it is focused on the receiver region of the array substantially at one point. Dependent on a respective typical average flow velocity from about 0.5 m / s to about 50 m / s occur at different levels of drift, which are detected by a division of the receiver area into individual small receiving cells of the array.

Die EP 0 477 418 A1 offenbart eine Ultraschall-Durchflussmesser-Einbaueinheit zum Einbauen in ein Messrohr, insbesondere zur Luftmassenmessung in einem Kraftfahrzeugmotor. Die Ultraschall-Durchflussmesser-Einbaueinheit weist zwei Ultraschall-Wandler auf, die abwechselnd als Sendewandler oder Empfangswandler arbeiten. Darüber hinaus weist die Ultraschall-Durchflussmesser-Einbaueinheit eine Reflektoranordnung zur Bildung eines das Messrohr durchlaufenden Reflektorweges für die Ultraschallwelle zwischen dem jeweiligen Ultraschall-Sendewandler und dem jeweiligen Ultraschall-Empfangswandler auf. Es ist eine Träger- und Montageplatte zum Tragen des einen Ultraschall-Wandlers, des anderen Ultraschall-Wandlers und der Reflektoranordnung sowie zum abdichtenden Montieren der Einbaueinheit über einer Aufnahmeöffnung für die Einbaueinheit in dem Messrohr vorgesehen.The EP 0 477 418 A1 discloses an ultrasonic flowmeter mounting unit for installation in a measuring tube, in particular for air mass measurement in a motor vehicle engine. The ultrasonic flowmeter mounting unit has two ultrasonic transducers operating alternately as transmit transducers or receive transducers. In addition, the ultrasonic flowmeter mounting unit has a reflector arrangement for forming a reflector tube passing through the reflector path for the ultrasonic wave between the respective ultrasonic transmitting transducer and the respective ultrasonic receiving transducer. There is provided a support and mounting plate for supporting the one ultrasonic transducer, the other ultrasonic transducer and the reflector assembly and for sealingly mounting the mounting unit over a receiving opening for the mounting unit in the measuring tube.

Die DE 10 2004 060 062 A1 offenbart eine Ultraschall-Messeinrichtung. Die Ultraschall-Messeinrichtung ist zur Bestimmung einer Strömungsrate eines gasförmigen in einem Strömungsrohr strömenden Mediums bestimmt. Es sind ein erster und ein zweiter Ultraschallwandler vorgesehen, die entweder in einseitiger Anordnung oder in einander gegenüberliegender Anordnung in eine Rohrwand des Strömungsrohres integriert sind und wechselweise im Sende- oder Empfangsmodus betrieben werden können. Im Strömungsrohr sind im Bereich der Position der Ultraschallwandler Stromlinien des gasförmigen Mediums auslenkende Querschnittsverengungen ausgebildet.The DE 10 2004 060 062 A1 discloses an ultrasonic measuring device. The ultrasonic measuring device is intended for determining a flow rate of a gaseous medium flowing in a flow tube. There are provided a first and a second ultrasonic transducer, which are integrated either in a one-sided arrangement or in opposing arrangement in a tube wall of the flow tube and can be operated alternately in the transmission or reception mode. In the flow tube, streamlines of the gaseous medium deflecting cross-sectional constrictions are formed in the region of the position of the ultrasonic transducers.

Die DE 10 2005 038 599 A1 offenbart eine Ultraschallmesseinheit mit integrierter Feuchtermittlung. Es wird eine Ultraschallmesseinrichtung mit zwei Ultraschallwandlern zur Einkopplung von Ultraschallsignalen in ein strömendes Medium offenbart. Es ist eine Aufnahmeelektronik zur Aufnahme an oder in einem Strömungsrohr vorgesehen, in welchem ein gasförmiges Medium, z. B. Umgebungsluft, strömt. Eine Fühlereinheit ist im Strömungsrohr angeordnet, wobei der Fühlereinheit ein umströmter Temperaturfühler zugeordnet ist, dessen Messwert zur Korrektur eines durch Ultraschall erfassten Temperatursignals herangezogen wird.The DE 10 2005 038 599 A1 discloses an ultrasonic measuring unit with integrated moisture determination. An ultrasonic measuring device with two ultrasonic transducers for coupling ultrasonic signals into a flowing medium is disclosed. There is provided a receiving electronics for inclusion on or in a flow tube, in which a gaseous medium, for. B. ambient air, flows. A sensor unit is arranged in the flow tube, wherein the sensor unit is associated with a flow-around temperature sensor whose measured value is used to correct a detected by ultrasonic temperature signal.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine preiswerte sowie zuverlässig arbeitende Vorrichtung zur Durchflussmessung auch im Bereich hoher und sehr hoher Volumenströme zu schaffen.It is the object of the present invention to provide a low-cost and reliably operating device for flow measurement, also in the range of high and very high volume flows.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is solved by the features of the independent claim. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Eine Basis der vorliegenden Erfindung bildet die Erkenntnis, dass bekannte Lösungen und insbesondere Ultraschall-Luftmassenmesser mit mindestens einem Reflektor nur zur Verwendung mit bestimmten Rohrdurchmessern geeignet sind. Dies hängt mit der begrenzten Einbautiefe des Gerätes zusammen, welche durch den Abstand des Reflektors vom Gehäuse gegeben ist. Bei Rohrdurchmessern, die die Einbautiefe des Ultraschall-Luftmassenmessers mit Reflektor um etwa das doppelte und mehr überschreiten, ist der Luftmassenmesser nur mehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten ausgesetzt. Dadurch kann das Messergebnis negativ beeinflusst werden. Dabei ist bei Einsatz von HF-Ultraschall mit Frequenzen > 250 kHz zusätzlich zu beachten, dass eine jeweilige Signallauflänge bzw. ein Übertragungsweg derartiger Schallwellen u. a. durch Signaldämpfung, zu große Verwehung bei großen Luftmassen und zu großer Auffächerung des Signals stark limitiert ist.A basis of the present invention is the recognition that known solutions and in particular ultrasonic air mass meters with at least one reflector are only suitable for use with specific pipe diameters. This is related to the limited installation depth of the device, which is given by the distance of the reflector from the housing. For pipe diameters that exceed the installation depth of the ultrasonic air mass meter with reflector by about twice and more, the air mass meter is exposed only to low flow velocities. This can negatively influence the measurement result. When using RF ultrasound with frequencies> 250 kHz, it should be noted in addition that a respective signal run length or a transmission path of such sound waves u. a. is greatly limited by signal attenuation, excessive drift in large air masses and too large fanning of the signal.

Eine möglichst genaue und in allen Betriebszuständen einer Verbrennungskraftmaschine zuverlässige Luftmassen-Messung ist jedoch auch für hohe Volumenströme bei Rohrquerschnitten von mehr als ca. 40 mm bis zu etwa 120 mm für Luftmassenströme mit Strömungsgeschwindigkeiten mit 0,5–50 m/s bei Raumtemperatur. Derartige Rohrquerschnitte werden u. a. in Frischluftzuführungen für Nutzfahrzeuge eingesetzt, wie z. B. Line-Trucks oder Schwerlastfahrzeuge. Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe sind in einem erfindungsgemäß aufgebauten Luftmassensensor mindestens zwei Ultraschallwandler mit einer nahe der Ultraschallwandler vorgesehenen Elektronik in dem Rohrquerschnitt zur Erfassung eines repräsentativen Strömungsquerschnitts und von mindestens einer Strömungsleitschaufel mindestens teilweise umschlossen angeordnet. Die Leitschaufel ist derart stromlinienförmig gestaltet, dass sie einen möglichst geringen Druckverlust im Rohr erzeugt und die Strömung möglichst wenig beeinflusst. Weiter wird erfindungsgemäß dafür gesorgt, dass bei den nun vergleichsweise langen Distanzen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Kabelverbindungen von den Ultraschallwandlern zu der Elektronik durch die zusätzliche Leitschaufel nicht wesentlich verlängert, sondern gemindert werden. Zu diesem Zweck wird die Elektronik mindestens teilweise in die Leitschaufel integriert, so dass die Entfernung von den Wandlern zur Elektronik möglichst gering gehalten wird.However, the most accurate and in all operating conditions of an internal combustion engine reliable air mass measurement is also for high volume flows at pipe cross-sections of more than about 40 mm up to about 120 mm for air mass flows with flow rates of 0.5-50 m / s at room temperature. Such pipe cross sections are used, inter alia, in fresh air supply for Commercial vehicles used, such. As line trucks or heavy trucks. To achieve the above object, at least two ultrasonic transducers with an electronic device provided close to the ultrasound transducer are arranged at least partially enclosed in the tube cross section for detecting a representative flow cross section and at least one flow guide vane in an air mass sensor constructed according to the invention. The guide vane is streamlined in such a way that it generates the lowest possible pressure loss in the pipe and influences the flow as little as possible. Next, the invention ensures that at the now comparatively long distances in a device according to the invention, the cable connections from the ultrasonic transducers to the electronics by the additional vane not substantially extended, but be mitigated. For this purpose, the electronics are at least partially integrated into the vane so that the distance from the transducers to the electronics is minimized.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei die Schallwandler vorzugsweise zum paarweise wechselnden Betrieb als Sender und Empfänger ausgebildet sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung reflektiert ein System mit mindestens einem Schallreflektor bzw. Spiegel die von dem jeweiligen Sendewandler ausgesandte Ultraschallwelle zu dem als Empfangswandler benutzten zweiten Wandler. Diese an sich bekannte Vorrichtung mit einem Reflektor wird erfindungsgemäß um mindestens eine Leitschaufel ergänzt. Die Leitschaufel, an deren Ende der bisherige Aufbau des Luftmassenmessers mit Reflektor befestigt ist, ragt eine gewisse Tiefe in das Rohrinnere. Dadurch wird gewährleistet, dass der bisherige Aufbau des Luftmassenmessers mit Reflektor Strömungen mit der maximalen im Rohr auftretenden Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzt ist.Hereinafter, various embodiments of the invention will be described, wherein the sound transducers are preferably designed for pairwise alternating operation as a transmitter and receiver. In a particularly preferred embodiment of the invention, a system with at least one sound reflector or mirror reflects the ultrasonic wave emitted by the respective transmitting transducer to the second transducer used as receiving transducer. This device known per se with a reflector is supplemented according to the invention by at least one guide vane. The vane, at the end of the previous structure of the air mass meter is fixed with reflector, protrudes a certain depth into the pipe interior. This ensures that the previous structure of the air mass meter with reflector flows is exposed to the maximum occurring in the pipe flow velocity.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Verbesserung der Strömungsbedingungen mindestens eine Wabenkonstruktion an den Leitschaufeln integriert. Eine derartige Wabenkonstruktion ist vorzugsweise normal zur Strömungsrichtung ausgerichtet.In a further embodiment of the invention, at least one honeycomb construction is integrated with the guide vanes to improve the flow conditions. Such a honeycomb construction is preferably aligned normal to the flow direction.

Vorzugsweise besteht der Ultraschall-Luftmassenmesser aus zwei parallel gegenüberliegenden Leitschaufeln, zwischen denen zwei Ultraschallwandler angeordnet sind. Die Ultraschallwandler sind schräg gegenüber liegend mit Verstrebungen zwischen den beiden Leitschaufeln angebracht. Die Elektronik wird in den Leitschaufeln integriert. Hierdurch wird die Entfernung zu den elektrischen Anschlüssen der Ultraschallwandler möglichst gering gehalten. In einer Weiterbildung werden zusätzlich zur Verbesserung der Strömungsbedingungen Wabenkonstruktionen an den Leitschaufeln integriert, wiederum vorzugsweise normal zur Strömungsrichtung ausgerichtet.Preferably, the ultrasonic air mass meter consists of two parallel opposed vanes, between which two ultrasonic transducers are arranged. The ultrasonic transducers are mounted obliquely opposite with braces between the two vanes. The electronics are integrated in the vanes. As a result, the distance to the electrical connections of the ultrasonic transducer is kept as low as possible. In a further development, in addition to improving the flow conditions, honeycomb structures are integrated on the guide vanes, again preferably aligned normal to the flow direction.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Aufbau eines Ultraschall-Luftmassenmessers mit Reflektor jedoch zwischen zwei Leitschaufeln angebracht. Die Elektronik wird vorzugsweise wiederum in einer der Leitschaufeln integriert, um die Entfernung zu den elektrischen Anschlüssen der Ultraschallwandler möglichst gering zu halten. Weiterhin kann zur Verbesserung der Strömungsbedingungen mindestens eine Wabenkonstruktion an den Leitschaufeln integriert sein, normal zur Strömungsrichtung.However, in one embodiment of the invention, the construction of an ultrasonic air mass meter with reflector is mounted between two vanes. The electronics are preferably in turn integrated in one of the guide vanes in order to minimize the distance to the electrical connections of the ultrasonic transducers. Furthermore, to improve the flow conditions, at least one honeycomb construction may be integrated with the guide vanes, normal to the flow direction.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ragen zwei Leitschaufeln schräg zu der Querschnittsfläche und parallel zueinander ausgerichtet in das Frischluftrohr. Die beiden Ultraschallwandler sind zwischen den beiden Leitschaufeln angeordnet. Die Elektronik wird in den Leitschaufeln integriert, um die Entfernung zu den elektrischen Anschlüssen der Ultraschallwandler möglichst gering zu halten. Zusätzlich können zur Verbesserung der Strömungsbedingungen wiederum Wabenkonstruktionen an den Leitschaufeln, normal zur Strömungsrichtung, integriert werden.In a further embodiment of the invention, two guide blades protrude obliquely to the cross-sectional area and aligned parallel to one another in the fresh air tube. The two ultrasonic transducers are arranged between the two guide vanes. The electronics are integrated in the vanes to minimize the distance to the electrical connections of the ultrasonic transducers. In addition, honeycomb structures on the guide vanes, normal to the flow direction, can be integrated to improve the flow conditions.

Bei einem fortlaufend paarweise durchgeführten Wechsel von Sende- und Empfangsaufgaben der beiden Wandler werden so in einstellbar kurzen zeitlichen Abständen jeweils Vergleiche der Laufzeiten in den beiden Signalrichtungen in einer Elektronik ausgewertet. So werden zwischen den Schallwandlern zu einem Zeitpunkt Schallwellen in Strömungsrichtung und im nächstfolgenden Zeitpunkt Schallwellen in Gegenrichtung ausgetauscht. Durch die besondere Wandleranordnung wird der Effekt der parallel zur Rohrmittenachse gerichteten Verwehung fast vollständig ausgeblendet. Es werden im Wesentlichen nur die Laufzeitunterschiede der Messsignale der Wandler für beide Senderichtungen des Schalls ausgewertet. Insbesondere ist durch diese Anordnung jedes seitliche Auswandern einer Hauptkeule des Empfangssignals aus dem Bereich des Empfängerwandlers unabhängig von einer Strömungsgeschwindigkeit weitestgehend ausgeschlossen.With a continuous pairwise change of transmission and reception tasks of the two converters, comparisons of the transit times in the two signal directions in an electronic system are evaluated in adjustable short time intervals. Thus, sound waves in the flow direction and sound waves in the opposite direction are exchanged between the transducers at one time. Due to the special transducer arrangement, the effect of directed parallel to the pipe center axis drift is almost completely hidden. Essentially, only the transit time differences of the measurement signals of the transducers are evaluated for both transmission directions of the sound. In particular, by this arrangement, each lateral emigration of a main lobe of the received signal from the region of the receiver transducer is largely excluded regardless of a flow velocity.

Vorzugsweise finden als Ultraschallwandler kompakte piezoelektrische Wandler Anwendung. Damit ist ein auch insgesamt sehr kompakter Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. Die beiden Wandler werden zusammen in einem Einsteckfinger, welcher eine gewisse Tiefe in das Rohr hinein ragt, parallel zueinander fixiert, in einem vorgegebenen Winkel schräg zur Rohrwand angeordnet. Durch die Anordnung in einem Einsteckfinger kann das System in jedes beliebige Rohr mit einem Durchmesser, der größer als die Einstecktiefe des Fingers ist, eingebaut werden. Das System benötigt durch seine Bauform sehr wenig Einbaulänge im Rohr. Durch die Abschirmung des Schallweges vom Spiegelsystem zum Empfangswandler wird die Verwehung der Ultraschallwelle durch das Medium gegenüber der herkömmlichen Lösung entscheidend verringert, so dass beide Wandler auch sehr eng nebeneinander angeordnet werden können. Dazu können beide Wandler in Längs- wie Querrichtung des Ansaugrohres eng nebeneinander oder gegeneinander leicht versetzt angeordnet sein. In jedem Fall lässt sich eine kompakte Bauweise des Einsteckfingers als Gesamtanordnung erreichen.Preferably find as ultrasonic transducer compact piezoelectric transducer application. Thus, an overall very compact design of a device according to the invention is possible. The two transducers are fixed together in a Einsteckfinger, which projects a certain depth into the tube, parallel to each other, arranged at a predetermined angle obliquely to the tube wall. The arrangement in a Einsteckfinger the system can in any tube with a Diameter, which is greater than the insertion depth of the finger to be installed. Due to its design, the system requires very little installation length in the pipe. By shielding the sound path from the mirror system to the receiving transducer, the drift of the ultrasonic wave is decisively reduced by the medium compared to the conventional solution, so that both converters can also be arranged very close together. For this purpose, both transducers in the longitudinal and transverse direction of the intake pipe can be arranged closely juxtaposed or slightly offset from one another. In any case, a compact design of the Einsteckfingers can be achieved as an overall arrangement.

Ein System mit mindestens einem Reflektor bzw. Spiegel lenkt die vom Sendewandler ausgesandte Ultraschallwelle zum Empfangswandler um und ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mechanisch mit dem Rohr des Einsteckfingers verbunden. So ergibt sich nach einer Ausführungsform der Erfindung ein einstückiger Aufbau aller Komponenten. Die gesamte Anordnung kann damit sehr einfach in das Rohr eingebracht und außen an eine Signalverarbeitung elektrisch angeschlossen werden.A system with at least one reflector deflects the ultrasonic wave emitted by the transmitting transducer to the receiving transducer and, in a preferred embodiment of the invention, is mechanically connected to the tube of the inserting finger. Thus, according to one embodiment of the invention results in a one-piece construction of all components. The entire arrangement can thus be very easily introduced into the tube and connected electrically to the outside of a signal processing.

Die Messsignale der Wandler werden für beide Senderichtungen des Schalls noch innerhalb des Rohres ausgewertet, wobei eine Elektronik zur Auswertung im Bereich der Wandler und mindestens teilweise geschützt durch eine Strömungsleitschaufel angeordnet ist. Hierdurch werden Signallaufwege verkürzt und eine Gefahr von Einstreuungen von Störsignalen gemindert. Zudem wird eine sehr kompakte Einheit geschaffen, die gleich ein im Hinblick auf die raue Umgebung einer Verbrennungskraftmaschine oder eines gesamten Fahrzeugs entsprechend elektro-magnetisch geschütztes und/oder verstärktes Endsignal ausgibt.The measurement signals of the transducers are evaluated for both transmission directions of the sound still within the tube, wherein an electronic unit for evaluation in the region of the transducers and at least partially protected by a flow guide vane is arranged. As a result, signal propagation paths are shortened and a risk of interference from interfering signals is reduced. In addition, a very compact unit is created, which emits a correspondingly in view of the harsh environment of an internal combustion engine or an entire vehicle according to electro-magnetically protected and / or amplified end signal.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeichnung angegeben. In der Zeichnung zeigen in schematisierter Darstellung:Further features and advantages of the invention are given below with description of embodiments with reference to the figures of the drawing. In the drawing show in a schematic representation:

1a: einen Schnitt in axialer Richtung durch ein Ansaugrohr mit zwei zueinander geneigt in einer Ebene angeordneten und über ein System von Reflektoren über einen Schallausbreitungsweg miteinander verbundenen Ultraschallwandlern; 1a a section in the axial direction through an intake pipe with two mutually inclined arranged in a plane and connected to each other via a system of reflectors via a Schallausbreitungsweg ultrasonic transducers;

1b: einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß 1a; 1b a cross section through the arrangement according to 1a ;

1c: einen Längsschnitt zur Draufsicht auf die Anordnung gemäß 1a; 1c a longitudinal section to the top view of the arrangement according to 1a ;

2a–2c: Darstellungen einer alternative Bauform analog der Darstellungen gemäß der 1a–1c mit einer den Schallausbreitungsweg zur Verbesserung einer Strömungsqualität umgebenden Wabenstruktur; 2a - 2c Representations of an alternative design analogous to the representations according to the 1a - 1c a honeycomb structure surrounding the sound propagation path for improving a flow quality;

3a–3c: einen Schnitt in axialer Richtung durch ein Ansaugrohr mit zwei einander unter einem Neigungswinkel gegenüberliegend zwischen zwei Leitschaufeln angeordneten Ultraschallwandlern, die über einen Schallausbreitungsweg miteinander verbunden sind, mit einen Querschnitt und einen weiteren Längsschnitt dieser Ausführungsform; 3a - 3c Fig. 11 is a section taken in the axial direction through an intake pipe with two ultrasonic transducers arranged mutually at an angle of inclination opposite each other between two vanes, which are connected to each other via a sound propagation path, with a cross section and a further longitudinal section of this embodiment;

4a–4c: eine Abwandlung der Ausführungsform analog der Darstellungen der Figurenfolge 3a–3c unter Verwendung von Wabenstrukturen zur Strömungsverbesserung zwischen den Leitschaufeln; 4a - 4c : A modification of the embodiment analogous to the representations of the sequence of figures 3a - 3c using honeycomb structures to improve the flow between the vanes;

5a–5c: eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß 1a in einem Längsschnitt unter Anordnung zwischen zwei Leitschaufeln mit zwei weiteren Ansichten zu der Ausführungsform gemäß 5a; 5a - 5c a modification of the embodiment according to 1a in a longitudinal section with arrangement between two vanes with two further views of the embodiment according to 5a ;

6a–6c: eine Abwandlung der Ausführungsform analog der Darstellungen der Figurenfolge 5a–5c unter Verwendung von Wabenstrukturen zwischen den Leitschaufeln zur Strömungsverbesserung im Bereich der Ultraschallwandler; 6a - 6c : A modification of the embodiment analogous to the representations of the sequence of figures 5a - 5c using honeycomb structures between the flow-conditioning vanes in the area of the ultrasonic transducers;

7a–7c: ein weiteres Ausführungsbeispiel als Abwandlung einer Vorrichtung gemäß 3a unter Anordnung der Ultraschallwandler zwischen zwei unter einem Winkel gegenüber einer Rohrquerschnittsfläche angeordneten Leitschaufeln und 7a - 7c a further embodiment as a modification of a device according to 3a under arrangement of the ultrasonic transducer between two arranged at an angle to a pipe cross-sectional area vanes and

8a–8c: eine Abwandlung der Ausführungsform analog der Darstellungen der Figurenfolge 7a–7c unter Verwendung von Wabenstrukturen zwischen den Leitschaufeln zur Strömungsverbesserung im Bereich der Ultraschallwandler. 8a - 8c : A modification of the embodiment analogous to the representations of the sequence of figures 7a - 7c using honeycomb structures between the flow-conditioning vanes in the area of the ultrasonic transducers.

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden nachfolgend einheitlich gleiche Bezugsziffern und Bezeichnungen für gleiche Funktions- bzw. Baugruppen verwendet.Throughout the various figures, the same reference numerals and designations are used below for identical functional groups or assemblies.

Die Abbildung von 1a zeigt einen vereinfachten Längsschnitt durch eine Vorrichtung 1 mit einem Ansaugrohr 2, in dem zwei Ultraschallwandler 3, 4 vorgesehen sind. Die beiden Ultraschallwandler 3, 4 sind im Bereich einer Mittelachse M des Ansaugrohrs 2 und nahe einer Elektronik 5 so in dem Rohrquerschnitt angeordnet, dass sie einen repräsentativen Strömungsquerschnitt erfassen mit möglichst maximalen Werten einer Geschwindigkeit v(y, z) der im Wesentlichen in x-Richtung entlang der Mittelachse M des Ansaugrohrs 2 gerichteten Strömung. Dazu sind die Ultraschallwandler 3, 4 hinsichtlich ihrer mit gepunkteter Line eingezeichneten Sende-/Empfangs-achsen zueinander in einem Winkel α schräg zu einer Rohrmittenachse M so angeordnet, dass die von einem zu einem folgenden Zeitabschnitt als Sender fungierenden Ultraschallwandler 3, 4 ausgesendeten Ultraschallwellen 6 von einem über hier nur angedeutete Halterungen fixierten Reflektor 7 in einen jeweils als Empfänger fungierenden Ultraschallwandler 3, 4 abgelenkt werden. Die Laufstrecke des Schalls liegt dabei überwiegend in unmittelbarem Kontakt mit der Strömung.The picture of 1a shows a simplified longitudinal section through a device 1 with a suction pipe 2 in which two ultrasonic transducers 3 . 4 are provided. The two ultrasonic transducers 3 . 4 are in the region of a center axis M of the intake pipe 2 and near an electronics 5 arranged in the tube cross-section so that they capture a representative flow cross-section with maximum possible values of a velocity v (y, z) of the substantially in the x-direction along the center axis M of the intake pipe 2 directed flow. These are the ultrasonic transducers 3 . 4 with respect to their dotted line drawn transmission / reception axes to each other at an angle α obliquely to a pipe center axis M arranged so that the acting of a to a subsequent period as a transmitter ultrasonic transducer 3 . 4 emitted ultrasonic waves 6 from a reflector fixed on here only indicated holders 7 in each acting as a receiver ultrasonic transducer 3 . 4 to get distracted. The running distance of the sound is predominantly in direct contact with the flow.

Die Ultraschallwandler 3, 4 sind mit der Elektronik 5 zur Ansteuerung und Signalauswertung verbunden. Durch diese Elektronik werden die Ultraschallwandler 3, 4 abwechselnd als Sender und Empfänger betrieben. Es bildet sich damit immer ein Paar aus einem Sender und einem Empfänger bei jeweils umgekehrtem Lauf des Schallsignals, wie in 1a angedeutet. Die Ergebnisse einer in der Elektronik 5 auf Basis der Ausgangssignale der Ultraschallwandler 3, 4 vorgenommen Auswertung werden über eine nicht weiter dargestellte Stecker-Schnittstelle an ein nachfolgendes Motormanagement weitergeleitet.The ultrasonic transducers 3 . 4 are with the electronics 5 connected to the control and signal evaluation. Through this electronics, the ultrasonic transducers 3 . 4 alternately operated as transmitter and receiver. It always forms a pair of a transmitter and a receiver with each reversed course of the sound signal, as in 1a indicated. The results of one in electronics 5 based on the output signals of the ultrasonic transducers 3 . 4 Evaluation performed are forwarded via a connector interface not shown to a subsequent engine management.

Die Strömung durch ein Rohr weist insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder hohen Volumenströmen über einen Rohrquerschnitt gesehen keinen konstanten Wert auf. Das ist vorstehend durch die Angabe v(y, z) mit den Abhängigkeiten von den zueinander orthogonalen Koordinaten y, z angedeutet. Repräsentative Werte werden dennoch in einem Bereich um die Mittelachse M herum vorgefunden.The flow through a pipe, in particular at high flow velocities and / or high volume flows over a pipe cross-section, has no constant value. This is indicated above by the statement v (y, z) with the dependencies on the mutually orthogonal coordinates y, z. Representative values are nevertheless found in an area around the central axis M.

In Einsatzbereichen mit sehr hohen Volumenströmen und entsprechend großen Rohrdurchmessern von ca. 40 bis über 120 mm haben sich bekannte Vorrichtungen zur Volumenstrombestimmung als unzureichend erwiesen. Gleichwohl werden derartige Messergebnisse für eine Minderung des Schadstoffausstoßes und eine Wirkungsgradverbesserung entsprechender Verbrennungskraftmaschinen dringend benötigt. Unter dem primären Interesse an einer möglichst zuverlässigen Signalmessung werden in allen hier vorgestellten Ausführungsformen ein durch eine Messvorrichtung hervorgerufener Druckverlust und erhöhter Strömungswiderstand als nachrangig betrachtet. In diesem Sinne werden nachfolgend Einbauten in den Rohrquerschnitt eingebracht. Zur Minderung der strömungstechnisch negativen Einflüsse sowie zum Schutz der Bauteile ist der Luftmassensensor 1 in dem Rohr 2 von einer Strömungsleitschaufel 8 mindestens teilweise umschlossen. Nach 1a und 1c ist in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung eine nahe der Ultraschallwandler 3, 4 angeordnete Elektronik 5 von zwei Strömungsleitschaufeln 8 zur Ausbildung eines schützenden und strömungsgünstigen Profils umschlossen. Die Strömungsleitschaufeln 8, an deren Ende der eigentliche Luftmassenmesser mit Reflektor 7 befestigt ist, ragt eine gewisse Tiefe T in das Innere des Rohrs 2. Dadurch wird gewährleistet, dass der Luftmassenmesser mit Reflektor 7 Strömungen mit der maximalen im Rohr 2 auftretenden Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzt ist. Die Leitschaufel 8 ist derart stromlinienförmig gestaltet, dass sie einen möglichst geringen Druckverlust im Rohr 2 erzeugt und die Strömung möglichst wenig beeinflusst.In applications with very high flow rates and correspondingly large pipe diameters of about 40 to more than 120 mm, known devices for volume flow determination have proven inadequate. Nevertheless, such measurement results for a reduction of pollutant emissions and an improvement in the efficiency of corresponding internal combustion engines are urgently needed. Under the primary interest in the most reliable possible signal measurement, in all embodiments presented here, a pressure loss and increased flow resistance caused by a measuring device are considered to be secondary. In this sense, internals are subsequently introduced into the pipe cross-section. To reduce the fluidic negative influences and to protect the components of the air mass sensor 1 in the tube 2 from a flow vane 8th at least partially enclosed. To 1a and 1c In the present embodiment of the invention, one is close to the ultrasonic transducers 3 . 4 arranged electronics 5 of two flow vanes 8th enclosed to form a protective and aerodynamic profile. The flow vanes 8th , at the end of the actual air mass meter with reflector 7 is fastened, a certain depth T projects into the interior of the tube 2 , This will ensure that the air mass meter with reflector 7 Currents with the maximum in the pipe 2 is exposed to occurring flow velocity. The vane 8th is designed so streamlined that they have the lowest possible pressure drop in the pipe 2 generates and influences the flow as little as possible.

Weiter wird durch den dargestellten Aufbau dafür gesorgt, dass die Kabelverbindungen von den Ultraschallwandlern 3, 4 zur Elektronik 5 durch die zusätzliche Leitschaufel 8 nicht verlängert werden. Zu diesem Zweck wird die Elektronik zwischen den Strömungsleitschaufeln 8 in einem abgeschlossenen Bereich integriert, so dass die Entfernung von den Wandlern 3, 4 zu der Elektronik 5 möglichst gering gehalten wird. Dadurch wird die Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Einstrahlungen verringert. Weiters wird durch die geringe Kabellänge der Einfluss der elektrischen Signaldämpfung durch die Kabel verringert. Da die Leitschaufel direkt dem Luftstrom ausgesetzt ist, wird die darin befindliche Elektronik automatisch gekühlt. Durch die Integration der Elektronik in die Leitschaufel ist an der Oberfläche des Rohres nur mehr der Stecker vorhanden. Dadurch wird der Einbauplatz des Ultraschall-Luftmassenmessers mit Reflektor in der Höhe drastisch reduziert.Furthermore, the illustrated construction ensures that the cable connections from the ultrasonic transducers 3 . 4 to the electronics 5 through the additional vane 8th not be renewed. For this purpose, the electronics between the flow vanes 8th integrated in a closed area, allowing the distance from the transducers 3 . 4 to the electronics 5 kept as low as possible. This reduces the sensitivity to electromagnetic radiation. Furthermore, the low cable length reduces the influence of the electrical signal attenuation through the cables. Since the vane is exposed directly to the air flow, the electronics located therein is automatically cooled. By integrating the electronics into the vane, only the plug is present on the surface of the pipe. This drastically reduces the installation space of the ultrasonic air mass meter with reflector in height.

Somit liegen die beiden Ultraschallwandler 3, 4 nahe bei der Elektronik 5 bei sehr kurzen Signalwegen der Verkabelung und messen Strömungsgeschwindigkeiten in einem mittleren Rohrbereich zur Erfassung eines repräsentativen Querschnitts. Da bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und Frequenzen > 250 kHz aufgrund von Signaldämpfung, zu hoher Signalverwehung und Auffächerung des Signals deutliche Limitierungen bei einer freien Lauflänge auftreten, wird durch die dargestellte Anordnung die Lauflänge des Ultraschallsignals durch den Einbau der Vorrichtung in den Rohrquerschnitt hinein begrenzt. 1b zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß 1a zur Verdeutlichung des schlanken und über eine Länge T in das Rohr 2 hineinragende Messaufbaus. Druckverlust und erhöhten Strömungswiderstand werden durch die Strömungsleitschaufeln 8 gemindert, wie anhand der Abbildung von 1c mit einen Längsschnitt zur Draufsicht auf die Anordnung gemäß 1a mit skizzierten Strömungslinien angedeutet.Thus, the two ultrasonic transducers 3 . 4 next to the electronics 5 with very short signal paths of the wiring and measure flow velocities in a central tube area for the detection of a representative cross section. Since at high flow velocities and frequencies> 250 kHz occur due to signal attenuation, excessive signal drift and fanning of the signal significant limitations in a free run length, the run length of the ultrasonic signal is limited by the installation of the device in the pipe cross-section through the arrangement shown. 1b shows a cross section through the arrangement according to 1a to illustrate the slim and over a length T in the tube 2 protruding measurement setup. Pressure loss and increased flow resistance are caused by the flow vanes 8th diminished, as shown by the figure of 1c with a longitudinal section to the top view of the arrangement according to 1a indicated with sketched flow lines.

Die Abbildungen der 2a–2c zeigen Darstellungen einer alternative Bauform analog der Darstellungen gemäß der 1a–1c mit einer den Schallausbreitungsweg umgebenden Wabenstruktur 9. Die Wabenkonstruktionen sind dabei normal zur Strömungsrichtung bzw. parallel zur Mittelachse M ausgerichtet. Die Wabenstruktur 9 dient zur Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit an den Ultraschallwandlern und bewirkt damit eine Verbesserung der Strömungsqualität, so dass bei bekannter Dämpfung und Senkung einer Strömungsgeschwindigkeit eine Homogenisierung der Strömung und damit ein Steigerung der Zuverlässigkeit der Messungen erreicht wird. Die Wabenstruktur 9 kann also als definierte Untersetzung bzw. Drossel verwendet werden, so dass durch eine entsprechende, in der Elektronik 5 hinterlegte Eichkurve eine wirkliche Strömungsgeschwindigkeit v errechnet wird.The pictures of the 2a - 2c show representations of an alternative design analogous to the representations according to the 1a - 1c With a honeycomb structure surrounding the sound propagation path 9 , The honeycomb structures are aligned normal to the flow direction or parallel to the central axis M. The honeycomb structure 9 serves to reduce the flow velocity at the ultrasonic transducers and thus causes an improvement in the flow quality, so that with known damping and reducing a flow velocity homogenization of the flow and thus increasing the reliability of the measurements is achieved. The honeycomb structure 9 can therefore be used as a defined reduction or throttle, so that by a corresponding, in electronics 5 deposited calibration curve a real flow velocity v is calculated.

Eine weitergehende Abwandlung der Ausführungsform gemäß 1a–1c ist in den 3a–3c als Schnitt in axialer Richtung durch ein Ansaugrohr mit zwei einander unter einem Neigungswinkel gegenüberliegend angeordneten Ultraschallwandlern dargestellt, die über einen Schallausbreitungsweg miteinander verbunden sind. Die sind über angedeutete Verstrebungen zwischen zwei Leitschaufeln 10, 11 fixiert, wie anhand des Querschnitts von 3b und einen weiteren Längsschnitt dieser Ausführungsform gemäß 3c deutlich wird. Die Elektronik 5 ist wiederum nahe der Ultraschallwandler 3, 4 integriert, hier indem sind in der Leitschaufel 10 angeordnet ist, um die Entfernung zu den elektrischen Anschlüssen der Ultraschallwandler 3, 4 möglichst gering zu halten. Gegenüber den vorstehend beschriebenen Varianten führt die gegenüberliegende Anordnung der Ultraschallwandler 3, 4 zwischen beiden Leitschaufeln 10, 11 zur Vergrößerung des Integrationsweges über den Querschnitt des Rohrs 2. Die beiden gegenüberliegenden Leitschaufeln 10, 11 führen zu einer Einengung des Strömungsquerschnitts. Dies führt zu einer Beruhigung der Strömung an den Ultraschallwandlern 3, 4.A further modification of the embodiment according to 1a - 1c is in the 3a - 3c represented as a section in the axial direction through an intake pipe with two mutually opposite at an angle of inclination arranged ultrasonic transducers, which are connected to each other via a Schallausbreitungsweg. These are over indicated braces between two vanes 10 . 11 fixed as shown by the cross section of 3b and another longitudinal section of this embodiment according to 3c becomes clear. The Electronic 5 is in turn close to the ultrasonic transducer 3 . 4 integrated, here are in the vane 10 is arranged to remove the distance to the electrical connections of the ultrasonic transducer 3 . 4 keep as low as possible. Compared to the variants described above, the opposite arrangement of the ultrasonic transducer leads 3 . 4 between both vanes 10 . 11 to increase the integration path over the cross section of the tube 2 , The two opposite vanes 10 . 11 lead to a narrowing of the flow cross-section. This leads to a calming of the flow at the ultrasonic transducers 3 . 4 ,

Die Folge der 4a–4c zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform analog der Darstellungen der Figurenfolge 3a–3c unter Verwendung von Wabenstrukturen 9 zur Strömungsverbesserung zwischen den Leitschaufeln 10, 11, wie vorstehend ausgeführt. Hierbei erstreckt sich die Wabenstruktur 9 nicht über die gesamte Querschnittslänge der Anordnung, wie in der Abbildung von 4c verdeutlicht.The episode of 4a - 4c shows a modification of the embodiment analogous to the illustrations of the figure sequence 3a - 3c using honeycomb structures 9 for improving the flow between the guide vanes 10 . 11 as stated above. In this case, the honeycomb structure extends 9 not over the entire cross-sectional length of the assembly, as in the picture of 4c clarified.

Die 5a–5c stellen eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß 1a in einem Längsschnitt mit zwei weiteren Ansichten zu der Ausführungsform gemäß 5a in den Abbildungen der 5b und 5c. Hier ist der Reflektor 7 der Anordnung der 1a–1c nun zwischen zwei Leitschaufeln 10, 11 angebracht. Die zugehörige Elektronik 5 wird in den Leitschaufeln integriert, wiederum um bei kompaktem Aufbau der Anordnung und maximalem Schutz vor negativen Umwelteinflüssen die Entfernung zu den elektrischen Anschlüssen der Ultraschallwandler 3, 4 möglichst gering zu halten.The 5a - 5c illustrate a modification of the embodiment according to 1a in a longitudinal section with two further views of the embodiment according to 5a in the pictures of 5b and 5c , Here is the reflector 7 the arrangement of 1a - 1c now between two vanes 10 . 11 appropriate. The associated electronics 5 is integrated in the vanes, again with a compact construction of the arrangement and maximum protection against negative environmental influences the distance to the electrical connections of the ultrasonic transducer 3 . 4 keep as low as possible.

Eine Abwandlung der Ausführungsform analog der Darstellungen der Figurenfolge 5a–5c unter Verwendung von Wabenstrukturen 9 zwischen den Leitschaufeln 10, 11 zur Strömungsverbesserung im Bereich der Ultraschallwandler ist in den 6a–6c dargestellt. Hierbei ist die zur Strömungsverbesserung eingesetzte Wabenstruktur 9 in der bereits in der Abbildung von 4c angedeuteten Weise nicht über die gesamte Querschnittslänge der Anordnung erstreckt, siehe 6c.A modification of the embodiment analogous to the representations of the sequence of figures 5a - 5c using honeycomb structures 9 between the vanes 10 . 11 for improving the flow in the field of ultrasonic transducers is in the 6a - 6c shown. Here, the honeycomb structure used to improve the flow is 9 in the already in the picture of 4c does not extend over the entire cross-sectional length of the arrangement indicated, see 6c ,

Die 7a–7c zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel als Abwandlung einer Vorrichtung gemäß 3a unter Anordnung der Ultraschallwandler 3, 4 zwischen zwei unter einem Winkel β gegenüber einer Rohrquerschnittsfläche geneigt angeordneten Leitschaufeln 10, 11. Zwei Leitschaufeln 10, 11 ragen damit nun schräg und parallel zueinander in das Rohr 2 hinein. Diese Variante weist ähnliche Eigenschaften wie die u. a. unter Bezugnahme auf die Abbildungen der Figuren beschriebene Variante auf. Durch die schräg gestellte Konstruktion der Leitschaufeln können der Winkel und die Einbautiefe der Ultraschallwandler überdies jedoch leichter variiert werden. Weiters wird die Ausführung des Ultraschall-Luftmassenmessers als Einsteckfinger durch die kürzere Einbaulänge erleichtert. Die beiden Ultraschallwandler 3, 4 sind in einem festen Abstand zueinander einander zugewandt zwischen den beiden Leitschaufeln 10, 11 angeordnet. Damit kann hier der Reflektor wiederum entfallen.The 7a - 7c show a further embodiment as a modification of a device according to 3a under arrangement of the ultrasonic transducer 3 . 4 between two at an angle β relative to a pipe cross-sectional area inclined vanes arranged 10 . 11 , Two vanes 10 . 11 so now protrude obliquely and parallel to each other in the pipe 2 into it. This variant has similar characteristics as the variant described, inter alia, with reference to the figures of the figures. However, due to the inclined design of the vanes, the angle and depth of the ultrasonic transducers can more easily be varied. Furthermore, the design of the ultrasonic air mass meter as Einsteckfinger is facilitated by the shorter installation length. The two ultrasonic transducers 3 . 4 are at a fixed distance from each other facing each other between the two vanes 10 . 11 arranged. Thus, the reflector can be omitted here again.

Die 8a–8c stellen schließlich eine Abwandlung der Ausführungsform analog der Darstellungen der Figurenfolge 7a–7c unter Verwendung von Wabenstrukturen 9 zwischen den Leitschaufeln 10, 11 zur Strömungsverbesserung im Bereich der Ultraschallwandler dar.The 8a - 8c Finally, a modification of the embodiment analogous to the representations of the sequence of figures 7a - 7c using honeycomb structures 9 between the vanes 10 . 11 for improving the flow in the field of ultrasonic transducers.

Im Ergebnis sind die vorstehend beschriebenen Anordnungen sehr kompakt. Sie können vollständig als Einsteckfinger ausgeführt und schnell über eine vergleichsweise kleine Öffnung in einem Ansaugrohr 2 abdichtend angeordnet werden.As a result, the arrangements described above are very compact. They can run completely as a pusher finger and quickly over a comparatively small opening in a suction pipe 2 be arranged sealing.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtungcontraption
22: Rohr/AnsaugrohrPipe / intake
33: Ultraschallwandlerultrasound transducer
44: Ultraschallwandlerultrasound transducer
55: Elektronikelectronics
66: Ultraschallwelleultrasonic wave
77: Reflektorreflector
88th: Leitschaufelvane
99: Wabenstrukturhoneycomb structure
1010: Leitschaufelvane
1111: Leitschaufelvane
αα: Neigungswinkel der Sendeachsen gegenüber der Mittelachse M des Ansaugrohrs 2 Inclination angle of the transmission axes relative to the center axis M of the intake pipe 2
ββ: Neigungswinkel der Leitschaufeln 10, 11 gegenüber MTilt angle of the vanes 10 . 11 opposite M
MM: RohrmittenachsePipe center axis
vv: Strömungsgeschwindigkeitflow rate
xx: x-Koordinate Rechtshandsystem, parallel zu M laufendx-coordinate right-hand system, parallel to M running
yy: y-Koordinate, in der Ebene des Rohrquerschnittsy-coordinate, in the plane of the pipe cross-section
zz: z-Koordinate, in der Ebene des Rohrquerschnittsz-coordinate, in the plane of the pipe cross-section
TT: Eintauchtiefe der fingerförmigen Anordnung in 2 Immersion depth of the finger-shaped arrangement in 2

Claims

Air mass sensor with two ultrasonic transducers ( 3 . 4 ) in a pipe ( 2 ), wherein the two ultrasonic transducers ( 3 . 4 ) with a near the ultrasonic transducer ( 3 . 4 ) electronics ( 5 ) are arranged in the tube cross section for detecting a representative flow cross section and the air mass sensor in the tube ( 2 ) of at least one flow guide vane ( 8th ) is at least partially enclosed, the electronics ( 5 ) is designed to output a signal over a current amount of air, characterized in that the electronics ( 5 ) in a foot part sealing from a vane ( 8th . 10 . 11 ) is enclosed.

Air mass sensor according to claim 1, characterized in that a reflector ( 7 ) or a system with at least one mirror or reflector ( 7 . 8th ) is arranged such that the ultrasonic transducers used for transmission ( 3 . 4 ) transmitted ultrasonic wave ( 9 ) to the second ultrasonic transducer used as a receiving transducer ( 3 . 4 ) is reflected.

Air mass sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least part of a transmission path of the ultrasonic wave ( 6 ) between the ultrasonic transducers ( 3 . 4 ) with a honeycomb structure ( 9 ) is surrounded.

Air mass sensor according to claim 3, characterized in that the honeycomb structure ( 9 ) is aligned normal to the flow direction.

Air mass sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission path in a region of the pipe center axis (M) is arranged.

Air mass sensor according to one of the preceding claims, characterized in that both ultrasonic transducers ( 3 . 4 ) are arranged opposite one another at an angle of inclination (α), between two guide vanes ( 10 . 11 ) are fixed and connected to each other via a Schallausbreitungsweg.

Air mass sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic transducers ( 3 . 4 ) between two at an angle (β) with respect to a cross-sectional area of the tube ( 2 ) inclined arranged guide vanes ( 10 . 11 ) are fixed.

Air mass sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic transducers ( 3 . 4 ) are designed as compact piezoelectric ultrasonic transducers, which together with the electronics ( 5 ) are arranged in a Einsteckfinger which in a mounting position a certain depth (T) in the intake pipe ( 2 ) protrudes into it.