DE10230531B4

DE10230531B4 - Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden Mediums

Info

Publication number: DE10230531B4
Application number: DE10230531.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lenzing; Uwe Konzelmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2022-07-06
Also published as: DE10230531A1; US20040074291A1; JP2004053600A; US6973823B2; FR2841980A1; FR2841980B1

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung (3) strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, mit einem zur Einbringung in die Leitung vorgesehenen Teil (6), in dem wenigstens ein Messkanal (30) zur Durchleitung wenigstens eines Teilstroms des in der Leitung strömenden Mediums ausgebildet ist, und mit wenigstens einem in dem Messkanal angeordneten Messelement (9) zur Bestimmung des wenigstens einen Parameters, wobei das Teil (6) mit einer vorbestimmten Ausrichtung in bezug auf das in der Leitung in einer Hauptströmungsrichtung (18) strömende Medium in die Leitung (3) einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Teil (6) eine Kanalstruktur ausgebildet ist, die einen Eingangsbereich (27) für den Eintritt eines Teilstroms des Mediums in die Kanalstruktur sowie wenigstens einen von dem Eingangsbereich abzweigenden Messkanal (30) mit einer sich zum Außenraum des Teils (6) hin öffnenden Austrittsöffnung (34) aufweist, wobei der Eingangsbereich (27) eine Ausscheidungszone (28) aufweist, die eine sich zum Außenraum hin öffnende Ausscheidungsöffnung (33) an einer ersten Seitenwand (17) des Teils aufweist und die an einer der ersten Seitenwand gegenüberliegenden zweiten Seitenwand (20) geschlossen ausgebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
Aus der DE 196 23 334 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse eines in einer Leitung strömenden Mediums bekannt, welche ein in die Leitung eingebrachtes Teil aufweist, in dem eine Kanalstruktur mit einem Messkanal vorgesehen ist, in dem ein Messelement angeordnet ist. In dem Medium vorhandene Flüssigkeits- oder Festkörperpartikel, die in die Kanalstruktur eindringen, strömen am Messelement vorbei und können dieses verschmutzen und beschädigen. Erst nach Passieren des Messelementes strömen die Flüssigkeits- oder Festkörperpartikel durch eine Austrittsöffnung des Messkanals in die Leitung zurück.
Die DE 100 109 149 A1 offenbart eine Vorrichtungen zur Messung zumindest eines Parameters eines in einer Leitung strömenden Mediums mit einem Einlass- und einem Auslasskanal, bei der zwischen Einlass- und Auslasskanal ein Umlenkkanal mit einem Ausscheidungselement vorhanden ist, durch das die Flüssigkeiten ausgeschieden werden und deshalb nicht zum Messelement gelangen.
Aus der DE 198 15 654 A1 ist eine Meßvorrichtung zum Messen der Masse eines in einer Leitung strömenden Mediums bekannt weist, die ein von dem strömenden Medium umströmtes Meßelement aufweist, das in einem in der Leitung vorgesehenen Strömungskanal der Meßvorrichtung angeordnet ist und bei der sich der Strömungskanal zwischen einer mit der Leitung verbundenen Einlaßöffnung und zumindest einer stromabwärts der Einlaßöffnung in die Leitung mündenden Auslaßöffnung entlang einer Hauptströmungsrichtung erstreckt. Der Strömungskanal verzweigt sich an einer zwischen der Einlaßöffnung und dem Meßelement angeordneten Trennstelle in einen Meßkanal und einen ersten Umgehungskanal, der das Meßelement in der Hauptströmungsrichtung umgeht.
Die DE 100 59 421 A1 offenbart eine Meßvorrichtung zum Messen der Masse eines in einer Leitung strömenden Mediums, die einen Bypasskanal mit einer Trennwand aufweist, die ein Messelement abschirmt und verhindert, dass Fremdpartikel zum Messelement strömen können.
Aus der DE 100 42 400 A1 ist eine Vorrichtungen zur Bestimmung zumindest eines Parameters eines strömenden Mediums bekannt, die einen Kanal aufweist, in dem das Messelement angeordnet ist, wobei ein Element in Form einer Erhebung die Fremdpartikel abgelenkt und das Messelement schützt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise vermieden wird, dass Flüssigkeitspartikel und/oder Festkörperpartikel in den Messkanal gelangen und das dort angeordnete Messelement verschmutzen oder beschädigen. Vorteilhaft wird das in die Kanalstruktur einströmende Medium in einem Eingangsbereich der Kanalstruktur in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei in die Kanalstruktur einströmende Flüssigkeits- oder Festkörperpartikel vom Messkanal weggelenkt werden und in eine Ausscheidungszone des Eingansbereichs gelangen. Die Ausscheidungszone weist eine seitliche Ausscheidungsöffnung an einer ersten Seitenwand auf und ist an der gegenüberliegenden zweiten Seitenwand geschlossen ausgebildet, wodurch die freie Strömungsfläche relativ klein wird und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in Richtung der Ausscheidungsöffnung vorteilhaft vergrößert wird.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die der einen Ausscheidungsöffnung zugewandte Innenwand der Ausscheidungszone gekrümmt ausgebildet ist und eine aerodynamische Führung und Umlenkung der Strömung zu der einen Austrittsöffnung hin bewirkt. Vorzugsweise ist die Innenwand in der Ausscheidungszone in Hauptströmungsrichtung gesehen konkav gekrümmt. Wasser- und oder Festkörperpartikel, die in den Eingangsbereich eingetreten sind, werden durch die geführte Umlenkung relativ schnell aus der Ausscheidungszone durch die Ausscheidungsöffnung ausgeschieden.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigt
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Einbaulage an einer Leitung,
2 einen vergrößerten Detailquerschnitt aus 1.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine Leitung 3 in der ein Medium in einer Hauptströmungsrichtung 18 strömt. Die Leitung kann beispielsweise ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine sein. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um die in dem Saugrohr strömende Luft. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist an der Leitung 3 derart angeordnet, dass ein Teil 6 der Vorrichtung in die Leitung 3 eingebracht ist und dem dort strömenden Medium mit einer vorbestimmten Ausrichtung ausgesetzt ist. Die Vorrichtung 1 zur Bestimmung zumindest eines Parameters des Mediums umfasst außer dem als Messgehäuse ausgebildeten Teil 6 noch ein nicht näher dargestelltes Trägerteil mit einem elektrischen Anschluss, in welchem Trägerteil z. B. eine Auswerteelektronik untergebracht ist. Die Vorrichtung 1 kann beispielsweise mit dem Teil 6 durch eine Einstecköffnung 16 einer Wandung 15 der Leitung 3 eingeführt werden, welche Wandung 15 einen Strömungsquerschnitt der Leitung 3 begrenzt. Die Auswerteelektronik kann innerhalb und/oder außerhalb des Strömungsquerschnitts der Leitung 3 angeordnet werden.
Beispielsweise wird in der Vorrichtung 1 ein Messelement 9 auf einem Messelementträger 10 verwendet, welches Messelement beispielsweise als Parameter den Volumenstrom oder Massenstrom des strömenden Mediums bestimmt. Weitere Parameter, die gemessen werden können, sind beispielsweise Druck, Temperatur, Konzentration eines Mediumbestandteils oder Strömungsgeschwindigkeit, die mittels geeigneter Sensorelemente bestimmt werden.
Die Vorrichtung 1 hat beispielsweise eine Längsachse 12 in axialer Richtung, die beispielsweise in Einbaurichtung der Vorrichtung 1 in die Leitung 3 verläuft und die z. B. auch die Mittelachse sein kann. Die Richtung des strömenden Mediums, im folgenden als Hauptströmungsrichtung bezeichnet, ist durch entsprechende Pfeile 18 in 1 gekennzeichnet und verläuft dort von links nach rechts. Durch den Einbau des Teils 6 ist sichergestellt, dass das Teil 6 in bezug auf die Hauptströmungsrichtung des Mediums eine vorbestimmte Ausrichtung aufweist.
Das Teil 6 hat ein Gehäuse mit einer beispielsweise quaderförmigen Struktur mit einer in der Einbauposition der Hauptströmungsrichtung 18 des Mediums zugewandten Stirnwand 13 und einer davon abgewandten Rückwand 14, einer ersten Seitenwand 17 und einer zweiten Seitenwand 18 (2) und einer beispielsweise parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden dritten Seitenwand 19. Weiterhin weist das Teil 6 eine darin angeordnete Kanalstruktur mit einem Eingangsbereich 27 und einem von dem Eingangsbereich 27 abzweigenden Messkanal 30 auf. Durch die Anordnung der Vorrichtung 1 relativ zur Leitung 3 ist gewährleistet, dass das in der Hauptströmungsrichtung 18 strömende Medium in einer vorbestimmten Richtung auf das Teil 6 trifft und ein Teilstrom des Mediums in dieser Richtung durch eine Öffnung 21 in den Eingangsbereich 27 eintritt. Die Öffnung 21 kann beispielsweise senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 18 ausgerichtet sein, aber auch eine andere Orientierung der Öffnung 21 zur Hauptströmungsrichtung 18 ist denkbar. Von dem Eingangsbereich 27 aus gelangt das Medium teilweise in den mit dem Messelement 9 versehenen Messkanal 30 und teilweise strömt es weiter in eine hinter der Abzweigungsstelle 44 für den Messkanal liegende Ausscheidungszone 28, welche über eine in der ersten Seitenwand 17 angeordneten Ausscheidungsöffnung 33 mit der Leitung 3 verbunden ist. Die Hauptströmungsrichtung 18 verläuft bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Ebene, in der auch die Ausscheidungsöffnung 33 angeordnet ist. Die Ebene, in der die Ausscheidungsöffnung 33 angeordnet ist, kann aber auch unter einem von null Grad verschiedenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung 18 angeordnet sein.
Ein erster Teilstrom des in den Eingangsbereich 27 eingetreten Mediums strömt vollständig in den Messkanal 30 und ein zweiter Teilstrom strömt vollständig durch die eine Ausscheidungsöffnung 33. In dem strömenden Medium sind beispielsweise Flüssigkeits- und/oder Festkörperpartikel vorhanden, wie Öl- oder Wasserpartikel, die das Messelement 9 verschmutzen oder beschädigen können. Durch die Ausscheidungsöffnung 33 können die Flüssigkeits- und Festkörperpartikel wieder in die Leitung 3 zurückströmen, wie noch genauer erklärt wird.
Die Öffnung 21 an der Stirnseite 13 des Teils 6 hat in der axialen Richtung 12 eine obere Kante 36, die dem Messelement 9 in axialer Richtung 12 am nächsten ist. Eine obere gedachte Ebene 39 verläuft durch die obere Kante 36 sowie senkrecht zur Zeichnungsebene in 1 und parallel zur Hauptströmungsrichtung 18. Die Ausscheidungsöffnung 33 ist in axialer Richtung 12 unterhalb dieser oberen Ebene 39 angeordnet. Die Kanalstruktur des Teils 6 kann weiterhin einen in den Eingangsbereich 27 eingreifenden Vorsprung 37 aufweisen, der so gestaltet ist, dass das in den Eingangsbereich einströmende Medium von der oberen Ebene 39 weggelenkt wird. Da die Flüssigkeits- und oder Festkörperteilchen größer sind und eine höhere Dichte als das gasförmige strömende Medium aufweisen, bewegen sie sich in axialer Richtung 12 von der oberen Ebene 39 weg. Da die Ausscheidungsöffnung 33 unterhalb der oberen Ebene 39 angeordnet ist, sammeln sich die Flüssigkeits- und Festkörperpartikel in der Ausscheidungszone 28 und werden durch die an der Ausscheidungsöffnung 33 vorbeiströmende Luft in die Leitung 3 hinaus gesaugt. Zusätzlich kann im Eingangsbereich 27 eine Trennwand 31 angeordnet sein, die sich ausgehend von der Öffnung 21 oder auch strömungsabwärts der Öffnung 21 zumindest teilweise in den Eingangsbereich 27 erstreckt. Die beispielsweise plättchenförmig ausgebildete Trennwand 31 bildet mit der Hauptströmungsrichtung 18 einen von null Grad verschiedenen Schnittwinkel. Durch Querstellung der Trennwand 31 zum strömenden Medium wird das in den Eingangsbereich 27 einströmende Medium gezielt von der Abzweigungsstelle 44 des Messkanals 30 weggelenkt und zur Ausscheidungszone 28 hingelenkt. So kann in verstärkter Weise erreicht werden, dass Flüssigkeits- oder Festkörperpartikel nicht in den Messkanal 30 gelangen können.
Ausgehend vom Eingangsbereich 27 erstreckt sich ein erster Abschnitt des Messkanals 30 in axialer Richtung 12 hin zur Einstecköffnung 16. In diesem Abschnitt ist hinter der Verzweigungsstelle 44 eine erste Verjüngung des Messkanals 30 vorhanden, die eine Beschleunigung des strömenden Mediums bewirkt, wodurch die Luft aus dem Eingangsbereich 27 abgesaugt wird. Hinter der ersten Verjüngung wird das strömende Medium im Messkanal 30 umgelenkt und strömt darin beispielsweise in Hauptströmungsrichtung 18 an dem Messelement 9 vorbei. Im Bereich des Messelements 9 kann beispielsweise eine zweite Verjüngung 48 des Messkanals 30 vorhanden sein. Die erste bzw. zweite Verjüngung kann in Form einer allseitigen oder teilweise Verengung der Seitenflächen des Messkanals 30 ausgestaltet sein. Vom Messelement 9 aus strömt das Medium weiter und wird in einen Abschnitt 41 umgelenkt, der sich in axialer Richtung 12 von der Einstecköffnung 16 weg erstreckt. Von diesem Abschnitt aus, wird es in einen weiteren Abschnitt 42 umgelenkt, der beispielsweise entgegen der Hauptströmungsrichtung 18 verläuft und an einer Austrittsöffnung 34, die beispielsweise senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 18 oder unter einem von null Grad verschiedenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung 18 angeordnet ist, in die Leitung 3 mündet. Der Messkanal 30 ist also in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise C-förmig ausgebildet, wobei die Öffnung der C-Form der Hauptströmungsrichtung 18 zugewandt ist.
2 zeigt in einem Schnitt entlang der Linie IV-IV der 1 durch die Ausscheidungszone 28. Wie oben beschrieben, gelangen Flüssigkeits- und/oder Festkörperpartikel, die in den Eingangsbereich 27 eingetreten sind, in die Ausscheidungszone 28. Eine Ausscheidungsöffnung ist in einer ersten Seitenwand 17 ausgebildet. Die von der ersten Seitenwand abgewandte zweite Seitenwand 20 weist keine Öffnung auf. Dadurch, dass die Ausscheidungszone nur eine einzige seitliche Ausscheidungsöffnung an der ersten Seitewand aufweist und an der gegenüberliegenden zweiten Seitenwand geschlossen ausgebildet ist, ist die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in Richtung der Ausscheidungsöffnung 33 bedingt durch die klein gehaltene Strömungsfläche in der Ausscheidungszone relativ groß. Aus diesem Grund sind in der Ausscheidungszone 28 beispielsweise nicht zwei sich gegenüberliegende Ausscheidungsöffnungen vorgesehen.
Die der einen Ausscheidungsöffnung 33 zugewandte Innenwand 29 der Ausscheidungszone 28 ist geschlossen ausgebildet und kann vorteilhaft eine aerodynamische Führung und Umlenkung der Strömung in Richtung des Pfeils 50 in 2 zu der einen Austrittsöffnung hin bewirken. Hierzu ist die der einen Ausscheidungsöffnung 33 zugewandte Innenwand 29 zur Ausscheidungsöffnung 33 hin gekrümmt. Vorzugsweise ist die Innenwand 29 in der Ausscheidungszone 28 in Hauptströmungsrichtung 18 gesehen konkav gekrümmt. Wasser- und oder Festkörperpartikel, die in den Eingangsbereich 27 eingetreten sind, werden auf diese Weise relativ schnell aus der Ausscheidungszone zur Ausscheidungsöffnung abtransportiert und in die Leitung 3 ausgeschieden.
Zusätzlich kann durch die Einstellung eines Sogeffekts erreicht werden, dass Wasser und/oder Festkörperpartikel verstärkt aus der Ausscheidungszone 28 herausgesaugt werden. Dies geschieht unter anderem dadurch, dass an der Außenseite der ersten Seitenwand 17 des Teils 6 strömungsaufwärts der Ausscheidungsöffnung 33 zumindest ein Vorsprung 45 ausgebildet ist. Die äußere Fläche des Vorsprungs 45 kann beispielsweise stromlinienförmig oder gekrümmt ausgebildet sein. Der Vorsprung 45 ist im Bereich der Ausscheidungsöffnung 33 so ausgestaltet, dass ein Unterdruckgebiet (Ablösen) erzeugt wird und damit eine Sogwirkung auf die Strömung in der Ausscheidungszone 28 des Eingangsbereichs 27 vorhanden ist.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung (3) strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, mit einem zur Einbringung in die Leitung vorgesehenen Teil (6), in dem wenigstens ein Messkanal (30) zur Durchleitung wenigstens eines Teilstroms des in der Leitung strömenden Mediums ausgebildet ist, und mit wenigstens einem in dem Messkanal angeordneten Messelement (9) zur Bestimmung des wenigstens einen Parameters, wobei das Teil (6) mit einer vorbestimmten Ausrichtung in bezug auf das in der Leitung in einer Hauptströmungsrichtung (18) strömende Medium in die Leitung (3) einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Teil (6) eine Kanalstruktur ausgebildet ist, die einen Eingangsbereich (27) für den Eintritt eines Teilstroms des Mediums in die Kanalstruktur sowie wenigstens einen von dem Eingangsbereich abzweigenden Messkanal (30) mit einer sich zum Außenraum des Teils (6) hin öffnenden Austrittsöffnung (34) aufweist, wobei der Eingangsbereich (27) eine Ausscheidungszone (28) aufweist, die eine sich zum Außenraum hin öffnende Ausscheidungsöffnung (33) an einer ersten Seitenwand (17) des Teils aufweist und die an einer der ersten Seitenwand gegenüberliegenden zweiten Seitenwand (20) geschlossen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausscheidungszone (28) in der Hauptströmungsrichtung (18) gesehen hinter einer Abzweigungsstelle (44) angeordnet ist, an welcher der Messkanal (30) aus dem Eingangsbereich (27) abzweigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (6) wenigstens eine Stirnwand (13) aufweist, wobei die Stirnwand in einer Position, in der das Teil (6) in die Leitung (3) eingebracht ist, dem in der Leitung in einer Hauptströmungsrichtung (18) strömenden Medium mit einer vorbestimmten Ausrichtung zugewandt ist, und wobei der Eingangsbereich (27) sich ausgehend von der Stirnwand (13) ins Innere des Teils (3) bis zu der Ausscheidungsöffnung (33) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seitenwand (17) im wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung (18) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene der Ausscheidungsöffnung (33) in etwa senkrecht zur Stirnwand (13) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seitenwand (17) wenigstens ein Vorsprung strömungsaufwärts der Ausscheidungsöffnung (33) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausscheidungszone (28) des Eingangsbereichs (27) in Hauptströmungsrichtung (18) gesehen einen zu der in der ersten Seitenwand (17) angeordneten Ausscheidungsöffnung (33) hingekrümmten Verlauf aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ausscheidungsöffnung (33) gegenüberliegende Innenwand (29) in der Ausscheidungszone (28) zur Ausscheidungsöffnung derart hin gekrümmt ist, dass durch die gekrümmte Innenwand (29) in der Ausscheidungszone (28) eine Strömungsumlenkung zu der seitlichen Ausscheidungsöffnung (33) hin bewirkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ausscheidungsöffnung (33) gegenüberliegende Innenwand (29) in der Ausscheidungszone (28) in Hauptströmungsrichtung (18) gesehen konkav gekrümmt ist.