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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftmassenmessvorrichtung zum Erfassen des Luftmassenstroms in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, wobei die Luftmassenmessvorrichtung zumindest ein Strömungsleitelement aufweist.
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Der Begriff Luft wird im Kontext dieser Anmeldung als Beispiel für ein Gas oder Gasgemisch, verwendet, dessen Massenstrom erfasst werden kann. Grundsätzlich kann mit dem erfindungsgemäßen Luftmassenmesser der Massenstrom eines jeden Gases oder Gasgemisches bestimmt werden.
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Derartige Luftmassenmesser sind bekannt und sie werden in großer Zahl zum Beispiel im Automobilbau eingesetzt, um die zu einer Brennkraftmaschine strömende Luftmasse zu erfassen. Abhängig von dem durch den Luftmassenmesser erfassten Luftmassenstrom können sowohl Diagnosen, beispielsweise des Betriebs der Brennkraftmaschine, durchgeführt werden, als auch eine Steuerung der Brennkraftmaschine erfolgen. Zu diesen Zwecken ist ein auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen zuverlässiges und möglichst präzises Erfassen des tatsächlichen Luftmassenstroms wichtig.
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Aus der
EP 0 458 998 A1 ist ein Luftmassenmesser mit einem Gehäuse bekannt, in dem ein Strömungskanal ausgebildet ist und in dem ein Strömungsgleichrichter stromaufwärts eines Sensorelements eingebracht ist. Der Strömungsgleichrichter umfasst einen Wabenkörper und einen Ring, der in Strömungsrichtung über die Waben hinausragt und in dem ein Gitter beabstandet zu den Waben eingebettet ist, das Mikrowirbel erzeugt. Das Gitter hat ferner den Nachteil, dass es bei langer Betriebsdauer des Luftmassenmesser mit hohen Vibrationsbelastungen, wie sie im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik häufig vorkommen, ermüdet und mechanisch ausfallen kann. Darüber hinaus ist das Einbringen des Gitters in den Ring des Wabenkörpers aufwendig und somit teuer.
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Ferner ist aus der
DE 10 2010 015 523 A1 ein Luftmassenmesser bestehend aus einem Rohr und einem in dem Rohr angebrachten Sensormodul zur Messung einer in dem Rohr mit einer Strömungsgeschwindigkeit in einer Hauptströmungsrichtung strömenden Gasmenge bekannt. Das Sensormodul erstreckt sich im Rohr in Hauptströmungsrichtung. Ein Anfang des Sensormoduls definiert eine erste Ebene normal zur Hauptströmungsrichtung. Ein Ende des Sensormoduls definiert eine zweite Ebene normal zur Hauptströmungsrichtung. Das Sensormodul weist einen Strömungskanal auf, der einen Teil der im Rohr strömenden Gasmenge aufnimmt und über Messelemente leitet. Ferner sind im Rohr ausgedehnte Strömungsleitelemente angeordnet, die parallel zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet sind, so dass Stirnflächen der Strömungsleitelemente von der Gasmenge angeströmt werden und an Wandbereichen der Strömungselemente die Gasmenge vorbeiströmt. Die Wandbereiche der Strömungsleitelemente erstrecken sich mindestens teilweise zwischen der ersten und der zweiten Ebene, so dass die Strömungsleitelemente die Strömungsgeschwindigkeit der Gasmenge bei geringer Strömungsgeschwindigkeit im Rohr im Bereich des Sensormoduls relativ zur Strömungsgeschwindigkeit im Rohr erhöhen und bei hoher Strömungsgeschwindigkeit der Gasmenge im Rohr im Bereich des Sensormoduls relativ zur Strömungsgeschwindigkeit weniger stark erhöhen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Luftmassenmessvorrichtung anzugeben, die kostengünstig herstellbar ist und eine möglichst genaue Messung eines Luftmassenstromes in einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit einer Luftmassenmessvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zu Grunde, bei einer Luftmassenmessvorrichtung zumindest ein Strömungsleitelement vorzusehen, dessen stromabwärtiges hinteres Ende im Wesentlichen weiter stromabwärts liegt als das stromabwärtige hintere Endes des Sensormoduls.
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Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich das hintere Ende des zumindest einen Strömungsleitelements im Wesentlichen derart kegelförmig bzw. konisch erstreckt, dass sich die radiale Ausdehnung desselben entlang Hauptströmungsrichtung verjüngt. Dadurch kann der Druckänderungsverlauf an der Ausströmungsöffnung des Sensormoduls zumindest teilweise dahingehend positiv beeinflusst werden, dass dieser geringere Schwankungen aufweist und der Druck an der Ausströmungsöffnung konstanter mit weniger Schwankungen ist. Damit lässt sich die Messgenauigkeit der Luftmassenmessvorrichtung zumindest teilweise erhöhen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Luftmassenmessvorrichtung zum Erfassen des in einem Ansaugtrakt entlang einer Hauptströmungsrichtung einer Brennkraftmaschine strömenden Luftmassenstroms offenbart. Die erfindungsgemäße Luftmassenmessvorrichtung umfasst ein Rohr, das sich entlang einer sich im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Längsachse erstreckt und zumindest einen Abschnitt des Ansaugtrakts bildet, und ein im Rohr angeordnetes Sensormodul mit Sensorelementen zum Erfassen des Luftmassenstroms. Das Sensormodul weist ein in Hauptströmungsrichtung stromabwärts angeordnetes hinteres Ende auf. Die erfindungsgemäße Luftmassenmessvorrichtung weist ferner zumindest ein Strömungsleitelement auf, das im Rohr angeordnet ist und ein in Hauptströmungsrichtung stromabwärts angeordnetes hinteres Ende umfasst, das im Wesentlichen weiter stromabwärts angeordnet ist als das hintere Ende des Sensormoduls. Das zumindest eine Strömungsleitelement umfasst eine sich parallel zur Längsachse erstreckende axiale Ausdehnung und eine sich von der Längsachse radial nach außen erstreckende radiale Ausdehnung, die sich in Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen verringert.
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Durch die sich in Hauptströmungsrichtung verringernde radiale Ausdehnung des Strömungsleitelements kann der Druckänderungsverlauf an einer Ausströmungsöffnung des Sensormoduls positiv beeinflusst werden, d. Druck an der Ausströmungsöffnung konstanter wird und somit der Druckänderungsverlauf an dieser Position geringere Schwankungen aufweist. Insbesondere kann der axiale Verlauf des Strömungsleitelements als im Wesentlichen kegelförmig bzw. konisch bzw. konusförmig bezeichnet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung weist der radial außenliegende Verlauf des zumindest einen Strömungsleitelements in Hauptströmungsrichtung einen zumindest teilweise linearen Abschnitt auf. Zusätzlich oder alternativ weist der radial außenliegende Verlauf des zumindest einen Strömungsleitelements in Hauptströmungsrichtung einen zumindest teilweise gekrümmten Abschnitt auf. Vorzugsweise ist der gekrümmte Abschnitt konvex.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung verläuft der radial außenliegende Verlauf des zumindest einen Strömungsleitelements bezüglich der Längsachse unter einem vorbestimmten Winkel, der zwischen ungefähr 10° und ungefähr 80°, vorzugsweise zwischen ungefähr 30° und ungefähr 70°, am bevorzugtesten bei ungefähr 60°, liegt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung weist das Sensormodul eine am hinteren Ende des Sensormoduls angeordnete axiale Ausströmungsöffnung auf, die bezüglich der Längsachse in Umfangsrichtung unter einem Umfangsabstand zumindest teilweise durch das zumindest eine Strömungsleitelement bedeckt ist. Das heißt, dass die axiale Ausströmungsöffnung des Sensormoduls unter einem Umfangsabstand von der Längsachse beabstandet ist, der gleich oder kleiner ist als die radiale Ausdehnung des zumindest einen Strömungsleitelements an dieser axialen Position.
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Vorzugsweise ist das zumindest eine Strömungsleitelement unter einem vorbestimmten radialen Abstand zur Längsachse angeordnet. Das heißt, dass es bevorzugt ist, wenn das zumindest eine Strömungsleitelement nicht zentrisch im Rohr angeordnet ist und somit die Längsachse das zumindest eine Strömungsleitelement nicht schneidet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung weist das Sensormodul ein in Hauptströmungsrichtung stromaufwärts angeordnetes vorderes Ende auf. Dabei weist ferner das zumindest eine Strömungsleitelement ein in Hauptströmungsrichtung stromaufwärts angeordnetes vorderes Ende auf, das im Wesentlichen weiter stromaufwärts angeordnet ist wie das hintere Ende des Sensormoduls.
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In vorteilhafter Weise umfasst das zumindest eine Strömungsleitelement einen (konzentrisch zur Längsachse betrachtet) im Wesentlichen rohrförmig ausgebildeten Abschnitt. Zusätzlich oder alternativ umfasst das zumindest eine Strömungsleitelement einen im Wesentlichen plattenförmig ausgebildeten Abschnitt. Vorzugsweise weist das zumindest eine Strömungsleitelement sowohl einen rohrförmigen Abschnitt als auch einen plattenförmigen Abschnitt auf.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung verringert das zumindest eine Strömungsleitelement den Rohrquerschnitt um ungefähr 10 % bis ungefähr 50 %.
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Weitere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
- 1 eine Schnittansicht entlang einer Hauptströmungsrichtung durch eine erfindungsgemäße Luftmassenmessvorrichtung zeigt,
- 2 eine perspektive Ansicht der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung der 1 zeigt, und
- 3 eine Draufsicht auf das auslassseitige Ende der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung der 1 und 2 zeigt.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Hauptströmungsrichtung 4 durch eine erfindungsgemäße Luftmassenmessvorrichtung 1. Die erfindungsgemäße Luftmassenmessvorrichtung 1 umfasst ein Rohr 2, das sich entlang einer im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung 5 verlaufende Längsachse 5 erstreckt und einen Teil eines Ansaugtrakts einer Brennkraftmaschine bilden kann. Die erfindungsgemäße Luftmassenmessvorrichtung 1 umfasst ferner ein Sensormodul 3, das bezüglich der Längsachse 5 zumindest teilweise in radialer Richtung in das Rohr 2 hineinragt und sich zumindest teilweise entlang der Hauptströmungsrichtung 5 erstreckt. Das Sensormodul 3 weist ein in Hauptströmungsrichtung 4 stromaufwärts angeordnetes vorderes Ende 6 und ein in Hauptströmungsrichtung 4 stromabwärts angeordnetes hinteres Ende 7 auf. Das Sensormodul 3 ist zum Erfassen der in dem Rohr 2 mit einer Strömungsgeschwindigkeit in Hauptströmungsrichtung 4 strömenden Luftmasse. Das vordere Ende 6 definiert eine erste Ebene normal zur Hauptströmungsrichtung 4 und das hintere Ende 7 definiert eine zweite Ebene normal zur Hauptströmungsrichtung 4.
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Das Sensormodul 3 weist einen Strömungskanal 9 auf, der einen Teil der im Rohr 2 strömenden Luftmasse aufnimmt und über ein Messelement (nicht explizit dargestellt) leitet. Das Messprinzip eines solchen (Luftmassen)Sensormoduls 3 ist aus dem Stand der Technik bekannt. Im Rohr 2 der Luftmassenmessvorrichtung 1 ist zumindest ein Strömungsleitelement 8 angeordnet, das im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung 4 ausgerichtet ist. Eine Stirnfläche 10 des zumindest einen Strömungsleitelements 8 wird von der Luftmasse angeströmt, wonach die Luftmasse an den Wandbereichen 11 des zumindest einen Strömungsleitelements 8 vorbeiströmt. Durch die Stirnflächen 10 des zumindest einen Strömungsleitelements 8 wird der Querschnitt des Rohres 2 verringert. Damit erhöht sich der Druck im Bereich des Sensormoduls 3 und die Strömungsgeschwindigkeit der Luftmasse wird angehoben.
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Demgegenüber stehen die Wandbereiche 11 des zumindest einen Strömungsleitelements 8, an denen die Gasmenge vorbeiströmt. Je nach herrschender Strömungsgeschwindigkeit wird sich an diesen Wandbereichen 11 eine laminare Strömung oder eine turbulente Strömung der Luftmasse ausbilden. Die Wandbereiche 11 des zumindest einen Strömungsleitelements 8 erstrecken sich zumindest teilweise zwischen der ersten und der zweiten Ebene, so dass das zumindest eine Strömungsleitelement 8 die Strömungsgeschwindigkeit der Gasmenge bei geringer Strömungsgeschwindigkeit im Rohr 2 im Bereich des Sensormoduls 3 relativ zur Strömungsgeschwindigkeit im Rohr 2 erhöhen kann. Bei hoher Strömungsgeschwindigkeit der Luftmasse im Rohr 2 wird jedoch im Bereich des Sensormoduls 3 die Strömungsgeschwindigkeit weniger stark erhöht, was auf das Einsetzen der turbulenten Strömung im Wandbereich 11 des zumindest einen Strömungsleitelements 8 bei hoher Strömungsgeschwindigkeit zurückzuführen ist. Bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit erfolgt an den Wandbereichen 11 des zumindest einen Strömungsleitelements 8 eine laminare Strömung der Luftmasse, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der Luftmasse bei geringer Strömungsgeschwindigkeit im Rohr 2 im Bereich des Sensormoduls 3 relativ zur Strömungsgeschwindigkeit im Rohr 2 erhöht werden kann.
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Aus der 1 geht ferner hervor, dass das zumindest eine Strömungsleitelement 8 eine sich parallel zur Längsachse 5 erstreckende axiale Ausdehnung 12 und eine sich von der Längsachse 5 radial nach außen erstreckende radiale Ausdehnung 13 aufweist. Die axiale Ausdehnung 12 ist derart bemessen, dass ein stromabwärts angeordnetes hinteres Ende 15 des zumindest einen Strömungsleitelements 8 weiter stromabwärts angeordnet ist als das hintere Ende 7 des Sensormoduls 3.
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Erfindungsgemäß verringert sich die radiale Ausdehnung 13 des zumindest einen Strömungsleitelements 8 in Hauptströmungsrichtung 4. Genauer gesagt umfasst der radial außenliegende Verlauf des zumindest einen Strömungsleitelements 8 in Hauptströmungsrichtung 4 einen zumindest teilweise linearen Abschnitt 14, der bezüglich der Längsachse 5 unter einen vorbestimmten Winkel α verläuft, der in einem Bereich zwischen ungefähr 10° und ungefähr 80°, vorzugsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 30° und ungefähr 70°, am bevorzugtesten bei ungefähr 60°, liegt. Insbesondere weist das zumindest eine Strömungsleitelement 8 einen in Hauptströmungsrichtung 5 betrachtet kegelförmigen bzw. konischen bzw. konusförmigen Verlauf auf.
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Der Strömungskanal 9 des Sensormoduls 3 umfasst eine stromabwärts angeordnete axiale Ausströmungsöffnung 17, die bezüglich der Längsachse 5 in Umfangsrichtung zumindest teilweise durch das zumindest eine Strömungsleitelement 8 bedeckt ist (siehe auch 3). Dadurch kann mittels des zumindest einen Strömungsleitelements 8 der Druckänderungsverlauf der durch den Strömungskanal 9 strömenden und an der Ausströmungsöffnung 17 austretenden Luftmassenstroms derart positiv beeinflusst werden, dass dieser geringere Schwankungen aufweist. Insbesondere kann dadurch der Druck an der Ausströmungsöffnung 17 konstanter mit geringeren Änderungen gehalten werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann der radial außenliegende Verlauf des zumindest einen Strömungsleitelements 8 in Hauptströmungsrichtung 4 einen zumindest teilweise gekrümmten Abschnitt aufweisen. Vorzugsweise ist der gekrümmte Abschnitt konvex.
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Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht auf das auslassseitige Ende der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung 1 der 1. Aus der 2 wird der sich in radialer Richtung verjüngende Verlauf des zumindest einen Strömungsleitelements 8 ersichtlich. Außerdem geht aus der 2 nochmals hervor, dass die Ausströmungsöffnung 17 des Sensormoduls 3 im Wesentlichen zentrisch im Rohr 2 angeordnet ist und das zumindest eine Strömungsleitelement 8 im Wesentlich radial um diese Ausströmungsöffnung 17 angeordnet ist. Insbesondere ist das zumindest eine Strömungsleitelement 8 bezüglich der Längsachse 5 in Umfangsrichtung um die Ausströmungsöffnung 17 verteilt.
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Die 3 zeigt eine Draufsicht auf das auslassseitige Ende der erfindungsgemäßen Luftmassenmessvorrichtung 1 der 1 und 2. Aus der 3 geht hervor, dass drei symmetrisch um die Ausströmungsöffnung 17 des Sensormoduls 3 angeordnete Strömungsleitelemente 8 vorgesehen sein können, die jeweils mit dem sich in radialer Richtung verjüngenden bzw. kegelförmigen Verlauf ausgebildet sind. Es ist selbstredend, dass die Anzahl an Strömungsleitelementen 8 nicht auf drei beschränkt ist. Vielmehr können weniger oder mehr als drei Strömungsleitelemente 8 vorgesehen sein, die jeweils mit dem erfindungsgemäßen sich in radialer Richtung verjüngenden bzw. kegelförmigen bzw. konischen Verlauf aufweisen.
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Die Strömungsleitelemente 8 weisen im Wesentlichen rohrförmige Abschnitte 18, 19, 20 und im Wesentlichen plattenförmige Abschnitte 21 auf, die die rohrförmigen Abschnitte 18, 19, 20 miteinander verbinden. Somit kann eine gitterartige Struktur der Strömungsleitelemente 8 erhalten werden. Die rohrförmigen Abschnitte 18, 19, 20 sind dabei im Wesentlich koaxial zueinander angeordnet und weisen unterschiedliche Durchmesser auf. Die rohrförmigen Abschnitte 18, 19, 20 sind im Wesentlichen rohrsegmentförmige Abschnitte, wobei der radial außenliegende rohrförmige Abschnitt 20 von der Innenfläche des Rohrs 2 gebildet werden kann.
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In der 3 ist ferner der Umfangsabstand 22 zwischen der Ausströmungsöffnung 17 des Sensormoduls und einem plattenförmigen Abschnitt 21 des Strömungsleitelements 8 schematisch eingezeichnet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der plattenförmige Abschnitt 21 an der axialen Position der Ausströmungsöffnung 17 des Sensormoduls 3 derart ausgebildet ist, dass dieser die Auslassöffnung (in Umfangsrichtung betrachtet) zumindest teilweise bedeckt.
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Bei dem gezeigten erfindungsgemäßen Luftmassenmessers 1 kann es bevorzugt sein, dass die Strömungsleitelemente 8 mit dem Rohr 2 als einstückiges Bauteil, beispielsweise im Spritzgussverfahren, hergestellt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0458998 A1 [0004]
- DE 102010015523 A1 [0005]
