DE102008049843A1

DE102008049843A1 - Luftmassensensor

Info

Publication number: DE102008049843A1
Application number: DE102008049843A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Fischer; Thorsten Dr. Knittel; Martin Lesser; Jörg Markl; Stefan Pesahl; Holger Weininger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-10-02
Also published as: DE102008049843B4

Abstract

Ein Luftmassensensor (2) mit einem Gehäusekörper (4) weist einen in dem Gehäusekörper (4) ausgebildeten Strömungskanal (6) auf. Ein in dem Gehäusekörper (4) ausgebildeter Bypass (12) zweigt an einem Abzweig (13) von dem Strömungskanal (6) ab. Zumindest ein zur Bestimmung einer vorbeiströmenden Luftmasse ausgebildetes Sensorelement (14) ist in dem Bypass (12) angeordnet. In dem Gehäusekörper (4) ist zumindest eine Kavität (16) angeordnet mit einem ersten axialen Ende (18), das an einer Oberfläche (5) des Gehäusekörpers (4) angeordnet ist. Bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung des Luftmassensensors (2) mündet das erste axiale Ende (18) der Kavität (16) insbesondere in einem Hauptkanal (3). Ein zweites axiales Ende (20) der Kavität (16) ist an einer Wandung des Bypasses (22) angoerdnet stromabwärts von einer ungeradlinigen Strömungsführung in einem von der vorbeiströmenden Luftmasse abgeschatteten Bereich und stromaufwärts bezüglich des zumindest einen Sensorelements (14).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftmassensensor zum Ermitteln einer Durchflussmenge eines Mediums. Luftmassensensoren zum Ermitteln der Durchflussmenge eines Mediums werden auf unterschiedlichen industriellen Gebieten verwendet. Beispielsweise werden Luftmassensensoren verwendet zum Ermitteln der Durchflussmenge von Luft, die in eine Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine oder in Richtung eines Brenners strömt, oder eines Brenngases, das durch ein Gasmessgerät hindurchströmt zum Ermitteln der Menge eines Gasverbrauchs.
Zum Ermitteln der Durchflussmenge von Luft oder Brenngas weisen Luftmassensensoren ein Sensorelement auf, das sehr sensitiv auf den Kontakt mit Fremdstoffen wie beispielsweise Staub, Sand, Öl-, Wasser oder Fettpartikeln reagiert. Ferner reagiert das Sensorelement sehr sensitiv auf Verwirbelungen des vorbeiströmenden Mediums.
Die DE 10 2004 035 893 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung in einer Hauptströmungsrichtung strömenden Mediums. Die Vorrichtung wird insbesondere zur Bestimmung des Luftmassenstroms im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine verwendet und umfasst ein einen Leitungsdurchgang bildendes Leitungsteil und eine Sensoreinrichtung mit einem Bypassteil. Das Bypassteil ist in dem Leitungsteil derart angeordnet, dass ein Teilstrom des in dem Leitungsteil strömenden Mediums in einen Eingangsbereich einer in dem Bypassteil ausgebildeten Kanalstruktur gelangt, wobei der Eingangsbereich wenigstens eine Ausscheidungsöffnung aufweist, die sich an einer Seitenwand des Bypassteils in den Leitungsdurchgang öffnet.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, einen zuverlässigen Luftmassensensor zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch einen Luftmassensensor mit einem Gehäusekörper, der einen in dem Gehäusekörper ausgebildeten Strömungskanal aufweist. In dem Gehäusekörper ist ferner ein Bypass ausgebildet, der an einem Abzweig von dem Strömungskanal abzweigt. In dem Bypass ist zumindest ein Sensorelement ausgebildet zur Bestimmung einer vorbeiströmenden Luftmasse. In dem Gehäusekörper ist zumindest eine Kavität angeordnet mit einem ersten axialen Ende, das an einer Oberfläche des Gehäusekörpers angeordnet ist und bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung des Luftmassensensors insbesondere in einen Hauptkanal mündet. Ein zweites axiales Ende der Kavität ist angeordnet an einer Wandung des Bypasses stromabwärts von einer ungeradlinigen Strömungsführung in einem von der vorbeiströmenden Luftmasse abgeschatteten Bereich und stromaufwärts bezüglich des zumindest einen Sensorelements. Dies ermöglicht einen zuverlässig ausgebildeten Luftmassensensor dadurch, dass stehende Verwirbelungen der in den Bypass strömenden Luft zumindest reduziert werden können. Eine Verfälschung von Messergebnissen durch die stehenden Verwirbelungen kann auf diese Weise wirkungsvoll vermieden werden. Ferner können Partikel mittels der Kavität aus dem Bypass abgeführt werden, so dass ein ungewollter Kontakt der Partikel mit dem zumindest einen Sensorelement wirkungsvoll vermieden werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite axiale Ende der zumindest einen Kavität angeordnet in einem von der vorbeiströmenden Luftmasse abgeschatteten Bereich des Abzweigs. Dies reduziert zum einen die Verwirbelungen hinter dem Abzweig des Bypasses von dem Strömungskanal und stellt zum anderen sicher, dass ein wirbelarmer Strömungsanteil der vorbeiströmenden Luftmasse weitgehend unbeeinflusst zu dem Sensorelement vordringen kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite axiale Ende der zumindest einen Kavität an der Wandung des Bypasses angeordnet in einem Abstand zu dem Abzweig von dem Strömungskanal derart, dass der Abstand zwischen der Hälfte und dem Doppelten eines Durchmessers des Bypasses an dem Abzweig beträgt. Dies erhöht die Wirksamkeit der Reduzierung der stehenden Verwirbelungen dadurch, dass die zumindest eine Kavität in einem Bereich des Abzweigs angeordnet ist, in dem die Verwirbelungen hauptsächlich auftreten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in dem Gehäusekörper zwei Kavitäten angeordnet. Dies ermöglicht eine sehr wirkungsvolle Reduzierung der stehenden Verwirbelungen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden Kavitäten in dem Gehäusekörper derart angeordnet, dass das jeweilige zweite axiale Ende dem jeweils anderen axialen Ende gegenüber liegend angeordnet ist, insbesondere gegenüber liegend angeordnet bezüglich einer Kanalzentrumslinie.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 den Querschnitt eines Luftmassensensors, der in einem Hauptkanal angeordnet ist,
2 den Querschnitt des Luftmassensensors,
3 den Querschnitt des Luftmassensensors in einem Bereich eines Abzweigs eines Bypasses von einem Strömungskanal des Luftmassensensors.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt einen Luftmassensensor 2, der in einem Hauptkanal 3 angeordnet ist. Bei dem Hauptkanal 3 kann es sich beispielsweise um eine Ansaugleitung in einer Brennkraftmaschine handeln, durch die eine von dem Luftmassensensor 2 zu ermittelnde Luftmasse hindurchströmt.
Der Luftmassensensor 2 umfasst einen Gehäusekörper 4 mit einer Oberfläche 5. In dem Gehäusekörper 4 ist ein Strömungskanal 6 angeordnet mit einem Einlass 8 und einem Auslass 10. Der Strömungskanal 6 kann beispielsweise geradlinig in dem Gehäusekörper 4 ausgebildet sein und ist durch eine Ausrichtung des Gehäusekörpers 4 bevorzugt so angeordnet, dass sein Einlass 8 einer Hauptströmungsrichtung der vorbeiströmenden Luftmasse entgegengerichtet ist.
In dem Gehäusekörper 4 ist ferner ein Bypass 12 angeordnet, der an einem Abzweig 13 von dem Strömungskanal 6 abzweigt. Der Abzweig 13 ist ein Bereich an dem Bypass 12, in dem sich die Querschnittsfläche des Bypasses 12 nicht mehr wesentlich verjüngt, so dass der Bypass 12 in diesem Bereich einen Durchmesser d aufweist (2). In dem Bypass 12 ist ein Sensorelement 14 angeordnet, das ausgebildet ist zur Bestimmung der vorbeiströmenden Luftmasse. Es ist jedoch auch möglich, dass in dem Bypass 12 mehrere Sensorelemente 14 angeordnet sind.
Dem Bypass 12 kann eine Kanalzentrumslinie L zugeordnet werden. Der Bypass 12 mündet stromabwärts des Abzweigs 13 in den Strömungskanal 6. In 1 ist der Bypass 12 beispielsweise U-förmig ausgebildet. Der Bypass 12 kann jedoch beispielsweise auch hufeisenförmig ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Bypass 12 stromabwärts des Abzweigs 13 an der Oberfläche 5 des Gehäusekörpers 4 in den Hauptkanal 3 mündet.
In dem Gehäusekörper 4 ist ferner eine Kavität 16 angeordnet, die ein erstes axiales Ende 18 und ein zweites axiales Ende 20 aufweist. Das erste axiale Ende 18 der Kavität 16 ist an der Oberfläche 5 des Gehäusekörpers 4 angeordnet, so dass es bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung des Luftmassensensors 2 in den Hauptkanal 3 mündet. Das zweite axiale Ende 20 der Kavität 16 ist angeordnet an einer Wandung 22 des Bypasses 12 stromabwärts von dem Abzweig 13 und stromaufwärts bezüglich des zumindest einen Sensorelements 14.
Ein Mittelpunkt M des zweiten axialen Endes 20 der Kavität 16 weist einen Abstand y zu dem Abzweig 13 auf. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand y zwischen der Hälfte und dem Zweifachen des Durchmessers d. In diesem Bereich sind die auftretenden Verwirbelungen besonders groß, so dass einer Verfälschung des Messergebnisses des Sensorelements 14 dort am wirkungsvollsten entgegengewirkt werden kann.
2 zeigt den Luftmassensensor 2. In dem Bypass 12 ist ein von der vorbeiströmenden Luftmasse abgeschatteter Bereich S eingezeichnet. Aufgrund der ungeradlinigen Strömungsführung in dem Bypass 12 nach dem Abzweig 13 von dem Strömungskanal 6 kommt es in dem abgeschatteten Bereich S zu Verwirbelungen eines Anteils der vorbeiströmenden Luftmasse. Bei den Verwirbelungen kann es sich beispielsweise um stehende Verwirbelungen handeln. Die räumliche Ausdehnung der Verwirbelungen beeinflusst maßgeblich die mittels des zumindest einen Sensorelements 14 erfasste Messung der vorbeiströmenden Luftmasse. Beispielsweise ist es möglich, dass zusammen mit der vorbeiströmenden Luftmasse Wasser in den Bypass 12 einströmt, das sich in dem abgeschatteten Bereich S ansammelt und dort Wasserblasen bildet. Die Wasserblasen können beispielsweise pulsieren, wodurch Wassertropfen aus dem abgeschatteten Bereich S abgeschieden werden können, die auf das Sensorelement 14 treffen können. Wassertropfen, die auf das Sensorelement 14 des Luftmassensensors 2 auftreffen, können zu Signalschwankungen führen und das Messergebnis des Sensorelements 14 deutlich beeinflussen. In der vorbeiströmenden Luftmasse mitgeführte Schmutzpartikel wie beispielsweise Öltropfen und andere Partikel können ähnliche Störeffekte hervorrufen.
Durch die mittels der Kavität 16 hergestellte pneumatische Kopplung zwischen dem Bypass 12 und der Oberfläche 5 des Gehäusekörpers 4 mit einer die Oberfläche 5 umströmenden Hauptströmung kommt es in dem abgeschatteten Bereich S um das zweite axiale Ende 20 der Kavität 16 zu einem Druckabfall, wodurch sich ein Sogeffekt ergibt und dem Bypass 12 Luft aus dem verwirbelten abgeschatteten Bereich S entnommen wird. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Ausbreitung der Verwirbelungen und somit zu einer Beruhigung der vorbeiströmenden Luftmasse in dem Bypass 12. Da das Sensorelement 14 stromabwärts des zweiten axialen Endes 20 der Kavität 16 angeordnet ist, kann eine Reduzierung der Verwirbelungen in dem abgeschatteten Bereich S zu einer deutlichen Verbesserung des Messergebnisses führen. Zur Vermeidung von Verwirbelungen ist die Kavität 16 bevorzugt nahe der Wandung des Bypasses 12 im abgeschatteten Bereich S angeordnet. Eine Anordnung der Kavität 16 mittig im Bereich der Kanalzentrumslinie L hat den Vorteil, dass Wasser besser abgeführt werden kann.
Bevorzugt ist das zweite axial Ende 20 der Kavität 16 an der Wandung 22 des Bypasses 12 derart angeordnet, dass ein weitgehend wirbelfreier Anteil der in den Bypass 12 hineinströmenden Luftmasse weitgehend ungehindert vorbeiströmen kann.
3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Gehäusekörper 4 des Luftmassensensors 2, der den Strömungskanal 6 umfasst, sowie den Einlass 8 und einen Anteil des Bypasses 12 stromabwärts von dem Abzweig 13, an dem der abgeschattete Bereich S mit den Verwirbelungen der vorbeiströmenden Luftmasse ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in dem abgeschatteten Bereich S des Bypasses 12 zwei Kavitäten ausgebildet mit jeweils einem ersten axialen Ende 18 und einem zweiten axialen Ende 20, wobei jeweils das zweite axiale Ende 20 dem jeweils anderen zweiten axialen Ende 20 in dem Bypass 12 gegenüber liegend angeordnet ist bezüglich der Kanalzentrumslinie L. Dies ermöglicht eine sehr wirkungsvolle Reduzierung der Verwirbelungen in dem abgeschatteten Bereich S und ein Abführen von den eventuell in der vorbeiströmenden Luftmasse mitgeführten Partikeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine weitere Kavität stromabwärts von einer ungeradlinigen Strömungsführung in einem von der vorbeiströmenden Luftmasse abgeschatteten Bereich S und stromaufwärts bezüglich des Sensorelements 14 in dem Bypass 12 angeordnet. Auf diese Weise kann einer Verfälschung des Messergebnisses durch Verwirbelungen an dem Sensorelement 14 auch in anderen Bereichen des Bypasses 12 wirkungsvoll entgegengewirkt werden, in denen die Strömungsführung ungeradlinig verläuft.

2: Luftmassensensor
3: Hauptkanal
4: Gehäusekörper
5: Oberfläche des Gehäusekörpers
6: Strömungskanal
8: Einlass
10: Auslass
12: Bypass
13: Abzweig
14: Sensorelement
16: Kavität
18: erstes axiales Ende der Kavität
20: zweites axiales Ende der Kavität
22: Wandung des Bypasses
d: Durchmesser des Bypasses
y: Abstand der Kavität zu dem Abzweig
S: abgeschatteter Bereich
L: Kanalzentrumslinie
M: Mittelpunkt des zweiten axialen Endes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004035893 A1 [0003]

Claims

Luftmassensensor (2), mit – einem Gehäusekörper (4), der einen in dem Gehäusekörper (4) ausgebildeten Strömungskanal (6) aufweist, – einem in dem Gehäusekörper (4) ausgebildeten Bypass (12), der an einem Abzweig (13) von dem Strömungskanal (6) abzweigt, – zumindest einem zur Bestimmung einer vorbeiströmenden Luftmasse ausgebildeten Sensorelement (14), das in dem Bypass (12) angeordnet ist und – zumindest einer in dem Gehäusekörper (4) angeordneten Kavität (16) mit einem ersten axialen Ende (18), das an einer Oberfläche (5) des Gehäusekörpers (4) angeordnet ist und bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung des Luftmassensensors (2) insbesondere in einem Hauptkanal (3) mündet, sowie einem zweiten axialen Ende (20), das angeordnet ist an einer Wandung des Bypasses (22) stromabwärts von einer ungeradlinigen Strömungsführung in einem von der vorbeiströmenden Luftmasse abgeschatteten Bereich und stromaufwärts bezüglich des zumindest einen Sensorelements (14).
Luftmassensensor (2) nach Anspruch 1, bei dem das zweite axiale Ende (20) der zumindest einen Kavität (16) angeordnet ist in einem von der vorbeiströmenden Luftmasse abgeschatteten Bereich (S) des Abzweigs (13).
Luftmassensensor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das zweite axiale Ende (20) der zumindest einen Kavität (16) an der Wandung des Bypasses (22) angeordnet ist in einem Abstand (y) zu dem Abzweig (13) von dem Strömungskanal (6) derart, dass der Abstand (y) zwischen der Hälfte und dem doppelten eines Durchmessers (d) des Bypasses (12) an dem Abzweig (13) beträgt.
Luftmassensensor (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zwei Kavitäten (16) in dem Gehäusekörper (4) angeordnet sind.
Luftmassensensor (2) nach Anspruch 4, bei dem die beiden Kavitäten (16) in dem Gehäusekörper (4) derart angeordnet sind, dass das jeweilige zweite axiale Ende (20) dem jeweils anderen zweiten axialen Ende (20) gegenüberliegend angeordnet ist, insbesondere gegenüberliegend bezüglich einer Kanalzentrumslinie (L).