DE10253970A1 - Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden Mediums - Google Patents
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Abstract
Der Vorschlag bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung 3 in einer Hauptströmungsrichtung 18 strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung umfasst ein Teil 6, das mit einer vorbestimmten Ausrichtung in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung 18 in die Leitung 3 derart einbringbar ist, dass ein Teilstrom des in der Leitung strömenden Mediums wenigstens einen in dem Teil vorgesehenen Messkanal 40, in dem ein Messelement 9 angeordnet ist, durchströmt. Der Messkanal weist zwischen einem Einlass 41 und dem Messelement 9 einen gekrümmten Abschnitt 42 zur Umlenkung des durch den Einlass 41 in den Messkanal eingetretenen Teilstroms des Mediums auf, welcher gekrümmte Abschnitt in einen weiteren Abschnitt 44 des Messkanals mit dem Messelement übergeht, in dem das Messelement angeordnet ist. Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse wird vorgeschlagen, dass, in der Messkanalströmungsrichtung a gesehen, hinter dem Einlass 41 und vor dem Messelement 9 in den Messkanal hineinragende Mittel 50 angeordnet sind, welche die Strömung leiten und einer Ablösung der Strömung des Medienteilstroms von den Kanalwänden des Messkanals entgegenwirken.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden Mediums mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
- Aus der
DE 101 35 142 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse eines in einer Leitung strömenden Mediums bekannt, welche ein in die Leitung einbringbares Teil aufweist, in dem ein Messkanal mit einem Messelement angeordnet ist. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise als Luftmassenmesser im Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzt. In den Luftansaugtrakt können Spritzwasser, Staub und Öldampf eintreten, welche von dem Medium zu dem in die Leitung eingesetzten Teil der Vorrichtung transportiert werden. Damit diese Verunreinigungen möglichst nicht in den Messkanal eintreten, weist die bekannte Vorrichtung einen Eingangsbereich auf, der in eine Ausscheidungszone einmündet, und einen Messkanal, der von dem Eingangsbereich abzweigt, so dass der in den Eingangsbereich eingetretene Medienstrom sich aufteilt, und ein Teilstrom in den Einlass des Messkanals gelangt. Dadurch wird erreicht, dass Verunreinigungen möglichst nicht in den Einlass des Messkanals gelangen. Der Messkanal weist hinter seinem Einlass einen gekrümmten Abschnitt auf, in dem der in den Messkanal eingetretene Teilstrom des Mediums eine Umlenkung erfährt. Nachteilig dabei ist, dass sich die Strömung im Bereich der Krümmung ablösen kann und Zonen geringer Strömungsgeschwindigkeit oder gar Rückströmung erzeugt. In dem Bereich mit nicht anliegender Strömung entstehen Wirbel und eine unregelmäßig pulsierende Strömung. Da der gekrümmte Abschnitt in einen mit dem Messelement versehenen weiteren Abschnitt übergeht, wirkt sich die Ablösung der Strömung vor dem Sensorelement ungünstig auf die Strömungsverhältnisse am Sensorelement aus, was ein verstärktes Signalrauschen des Sensorsignals zur Folge haben kann. Die daraus resultierende Veränderung des Sensorsignals führt zu einer nachteiligen Abweichung der Messergebnisse von den tatsächlich vorliegenden Werten. - Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Zeitung strömenden Mediums mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Ablösung der Strömung im Bereich des gekrümmten Abschnitts des Messkanals vermieden wird. Dies wird durch in den Messkanal hineinragende Mittel erreicht, die in der Messkanalströmungsrichtung gesehen hinter dem Einlass und vor dem Messelement angeordnet sind, welche die Strömung leiten und einer Ablösung der Strömung des Medienteilstroms von den Kanalwänden des Messkanals entgegenwirken. Die Strömung kann durch die Mittel ablösefrei oder zumindest ablösearm um die Krümmung geführt werden, wodurch die Strömungsqualität am Sensorelement verbessert wird und das Signalrauschen vermindert wird.
- Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
- Die Mittel können vorteilhaft wenigstens eine einteilige, durchgehende oder eine unterbrochene, zweiteilige Trennwand umfassen, die sich quer zur Messkanalströmungsrichtung in dem Messkanal erstreckt. Natürlich können auch mehrere Trennwände hintereinander oder übereinander in dem Messkanal angeordnet werden. Die wenigstens eine Trennwand ist ohne größeren Herstellungsaufwand in den Messkanal einbringbar. Wird eine zweiteilige Trennwand verwandt, deren beide Teilwandstücke von einander gegenüberliegenden Innenwandabschnitten des Messkanals zueinander hin abstehen und durch einen Spalt beabstandet sind, entstehen vorteilhaft Längswirbel an den einander zugewandten Enden der Teilwandstücke, wobei die Achse dieser Längswirbel in der Messkanalströmungsrichtung verläuft und die Strömung stabilisiert wird.
- Um zu vermeiden, dass ein Wasserwandfilm, der auf in den Messkanal eingetretene Wassertröpfchen zurückzuführen ist, an der Trennwand abreißt und dadurch Wassertröpfchen unmittelbar auf das Sensorelement gelangen, ist es besonders vorteilhaft, die von der Messkanalströmung abgewandte Rückseite der Trennwand oder der Teilwandstücke der Trennwand relativ zur Messkanalströmungsrichtung in einem Winkel anzuordnen, der kleiner neunzig Grad und größer Null Grad ist. Durch die Schrägstellung der Rückwand entsteht über den parallel zur Messkanalströmung verlaufenen Strömungsleitflächen der Trennwand eine Querströmung, welche Wasser über die Leitflächen quer zur Messkanalströmungsrichtung bis zu den Innenwänden des Messkanals transportiert, wo sich das Wasser ansammeln kann, ohne das Sensorelement zu erreichen.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
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1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des mit dem Messkanal versehenen Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer in die Leitung eingesetzten Position, -
2 eine vergrößerte Detailansicht, welche einen Querschnitt senkrecht zur Ebene der Zeichnung in1 durch den Messkanal im Bereich der Trennwand für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Leitung3 , in der ein Medium in einer Hauptströmungsrichtung18 strömt. Die Leitung kann beispielsweise ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine sein. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um die in dem Saugrohr zur Brennkraftmaschine hinströmende Luft. Eine Vorrichtung1 zur Bestimmung eines Parameters des in der Leitung3 strömenden Mediums ist an der Leitung3 derart angeordnet, dass ein Teil6 dieser Vorrichtung in die Leitung3 hineinragt und dem dort strömenden Medium mit einer vorbestimmten Ausrichtung ausgesetzt ist. Die Vorrichtung1 zur Bestimmung zumindest eines Parameters des Mediums umfasst außer dem in die Leitung eingebrachten Teil6 noch ein nicht näher dargestelltes Trägerteil mit einem elektrischen Anschluss, in welchem Trägerteil z.B. eine Auswerteelektronik untergebracht ist. Die Vorrichtung1 kann beispielsweise mit dem Teil6 durch eine Einstecköffnung16 einer Wandung15 der Leitung3 eingeführt werden, welche Wandung15 einen Strömungsquerschnitt der Leitung3 begrenzt. Die Auswerteelektronik kann innerhalb und/oder außerhalb des Strömungsquerschnitts der Leitung3 angeordnet werden. - Beispielsweise wird in der Vorrichtung
1 ein Messelement9 auf einem Messelementträger10 verwendet, der elektrisch mit der Auswerteelektronik verbunden ist. Mittels des Messelementes9 wird beispielsweise als Parameter der Volumenstrom oder der Massenstrom des strömenden Mediums bestimmt. Weitere Pa rameter, die gemessen werden können, sind beispielsweise Druck, Temperatur, Konzentration eines Mediumbestandteils oder Strömungsgeschwindigkeit, die mittels geeigneter Sensorelemente bestimmbar sind. - Die Vorrichtung
1 hat beispielsweise eine Längsachse12 in axialer Richtung, die beispielsweise in Einbaurichtung der Vorrichtung1 in die Leitung3 verläuft und die z.B. auch die Mittelachse sein kann. Die Richtung des in Längsrichtung der Leitung3 strömenden Mediums, im folgenden als Hauptströmungsrichtung18 bezeichnet, ist durch entsprechende Pfeile18 in1 gekennzeichnet und verläuft dort von rechts nach links. Beim Einbau des Teils6 in die Leitung3 ist sichergestellt, dass das Teil6 in bezug auf die Hauptströmungsrichtung18 des Mediums eine vorbestimmte Ausrichtung aufweist. - Das Teil
6 hat ein Gehäuse mit einer beispielsweise quaderförmigen Struktur mit einer in der Einbauposition der Hauptströmungsrichtung18 des Mediums zugewandten Stirnwand13 und einer davon abgewandten Rückwand14 , einer ersten Seitenwand und einer zweiten Seitenwand und einer beispielsweise parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden dritten Wand19 . Weiterhin weist das Teil6 eine darin angeordnete Kanalstruktur mit einem Eingangsbereich27 und einem von dem Eingangsbereich27 abzweigenden Messkanal40 auf. Durch die Anordnung der Vorrichtung1 relativ zur Leitung3 ist gewährleistet, dass das in der Hauptströmungsrichtung18 strömende Medium in einer vorbestimmten Richtung auf das Teil6 trifft und ein Teilstrom des Mediums in dieser Richtung durch eine Öffnung21 an der Stirnseite13 in den Eingangsbereich27 gelangt. Die Öffnung21 kann beispielsweise senkrecht zur Hauptströmungsrichtung18 ausgerichtet sein, aber auch eine andere Orientierung der Öffnung21 zur Hauptströmungsrichtung18 ist denkbar. Von dem Eingangsbereich27 aus gelangt ein Teilstrom des in den Eingangsbereich eingetretenen Mediums durch einen Einlass41 in den mit dem Messelement9 versehenen von dem Eingangsbereich abzweigenden Messkanal40 . Teilweise strömt das Medium in dem Eingangsbereich auch weiter in eine hinter dem Einlass des Messkanals liegende Ausscheidungszone, welche über wenigstens eine in der ersten Seitenwand und/oder der zweiten Seitenwand und/oder der Wand19 angeordneten Ausscheidungsöffnung33 mit der Leitung3 verbunden ist. - Die Öffnung
21 an der Stirnseite13 des Teils6 hat in der axialen Richtung12 eine obere Kante36 , die dem Messelement9 in axialer Richtung12 am nächsten ist. Eine obere gedachte Ebene39 verläuft durch die obere Kante36 sowie senkrecht zur Zeichnungsebene in1 und parallel zur Hauptströmungsrichtung18 . Die Ausscheidungsöffnung33 ist in axialer Richtung12 unterhalb dieser oberen Ebene39 angeordnet. Der Eingangsbereich27 ist im Bereich der Öffnung21 mit schrägen oder gekrümmten Flächen versehen, die so gestaltet sind, dass das in den Eingangsbereich einströmende Medium von der oberen Ebene39 weggelenkt wird. In dem eintretenden Teilstrom des Mediums enthaltene Flüssigkeits- und oder Festkörperteilchen, die größer sind und eine höhere Dichte als das gasförmige strömende Medium aufweisen, bewegen sich in axialer Richtung12 von der oberen Ebene39 weg. Da die Ausscheidungsöffnung33 unterhalb der oberen Ebene39 angeordnet ist, sammeln sich die Flüssigkeits- und Festkörperpartikel in der Ausscheidungszone28 und werden durch die an der Ausscheidungsöffnung33 vorbeiströmende Luft in die Leitung3 hinaus gesaugt. - Ausgehend vom Eingangsbereich
27 gelangt ein Teilstrom des Mediums durch den Einlass41 des Messkanals40 in einen ersten, gekrümmten Abschnitt42 des Messkanals. Der in den Messkanal eingetretene Teilstrom des Mediums durchströmt den Messkanal in der Messkanalströmungsrichtung a vom Einlass41 bis zum Auslass49 des Messkanals. Zur Klarstellung sei erwähnt, dass unter „Messkanalströmungsrichtung" im Kontext der Anmeldung die Richtung der Strömung vom Einlass zum Auslass des Messkanal verstanden wird und nicht die Geschwindigkeits verkoren der einzelnen strömenden Partikel. Die Messkanalströmungsrichtung verläuft also entlang des Messkanals und dessen Biegungen bis zum Auslass. Der durch den Einlass41 in den Messkanal40 gelangte Teilstrom wird in dem ersten, gekrümmten Abschnitt42 umgelenkt und gelangt am Ende des Abschnitts42 in einen weiteren Abschnitt44 der in etwa geradlinig verläuft und in dem das Messelement9 angeordnet ist. Am Innenradius des gekrümmten Abschnitts42 kann sich die Strömung ohne Gegenmaßnahmen von der Innenwand43 des Messkanals ablösen. In1 ist die abgelöste Strömung durch die gestrichelte Linie60 dargestellt. In der abgelösten Strömung entstehen Wirbel und unregelmäßige Pulsationen, die sich auf die Strömung im anschließenden weiteren Abschnitt44 mit dem Messelement9 nachteilig auswirken. - Zur Vermeindung einer Ablösung der Strömung in dem gekrümmten Abschnitt
42 weist der Messkanal40 daher in den Messkanal hineinragende Mittel50 auf, welche die Strömung leiten und einer Ablösung der Strömung von der Innenwand43 des Messkanals entgegenwirken und diese im günstigsten Fall völlig verhindern. Der Teilstrom des Mediums strömt dann ohne Ablösung in den weiteren Abschnitt44 des Messkanals. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfassen die Mittel wenigstens eine einteilige, durchgehende Trennwand50 , die quer zur Messkanalströmungsrichtung a im Übergangsbereich des gekrümmten Abschnitts42 in den weiteren Abschnitt44 angeordnet ist. Die Trennwand50 ist mit zwei voneinander abgewandten Endabschnitten, die in1 nicht dargestellt sind, an sich gegenüberliegenden Wandabschnitten der Innenwandung des Messkanals derart befestigt, dass eine Verbindungslinie der beiden Endabschnitte der Trennwand in etwa senkrecht zur Messkanalströmungsrichtung a verläuft und daher in1 auch senkrecht zur Zeichnungsebene. Die Trennwand weist eine der Messkanalströmungsrichtung a zugewandte schmale Stirnseite53 , eine davon abgewandte Rückseite54 und zwei im wesentlichen parallel zur Messkanalströmungsrichtung verlaufende Strömungsleitflächen51 und52 auf. Die Trennwand kann an der Stirnseite53 abgerundet sein und eine Leitflügelgeometrie oder Leitschaufelgeometrie aufweisen. - Wie in
2 dargestellt ist, kann die Trennwand50 in einem anderen Ausführungsbeispiel auch zweiteilig ausgebildet sein und zwei Teilwandstücke50a und50b umfassen, die mit Endabschnitten55a und55b an einander gegenüberliegenden Innenwandabschnitten45a ,45b des Messkanals40 festgelegt sind und zueinander hin abstehen und vorzugsweise durch einen Spalt59 voneinander beabstandet sind. Die Stirnseiten53a und53b der Teilwandstücke sind vorzugsweise senkrecht zur Messkanalströmungsrichtung a ausgerichtet. Besonders vorteilhaft ist, es wenn die Rückseiten54a und54b der Teilwandstücke50a ,50b vorzugsweise eben sind und im Querschnitt der2 gesehen mit der Messkanalströmungsrichtung a einen Winkel α bilden, der kleiner als neunzig Grad und größer als Null Grad ist und vorzugsweise kleiner als 70 Grad und größer als dreißig Grad ist. Ist die Trennwand50 wie bei dem Ausführungsbeispiel aus1 einteilig ausgebildet, kann die dann einzelne Rückwand in einem Winkel kleiner als neunzig Grad und größer als Null Grad zur Messkanalströmungsrichtung ausgerichtet sein. Durch die Querstellung der Rückseiten54a ,54b in2 entsteht über den parallel zur Messkanalströmungsrichtung a verlaufenen Strömungsleitflächen51 und52 eine Querströmung in Richtung der Pfeile b, welche in der Strömung enthaltenes Wasser über die Strömungsleitflächen quer zur Messkanalströmungsrichtung a bis zu den Innenwänden45a und45b des Messkanals transportiert, wo sich das Wasser61 ansammeln kann, ohne das Sensorelement9 zu erreichen. - Hinter der Trennwand
50 in1 oder den Teilwandstücken50a und50b in2 strömt das Medium in den weiteren Abschnitt44 zum Messelement9 hin. Der Querschnitt des weiteren Abschnitts44 verjüngt sich in Messkanalströmungsrichtung a, was durch zwei einander zugewandte Beschleunigungsrampen erreicht wird, wobei der Betrachter in der Darstellung von1 senkrecht auf eine erste Rampe blickt. Durch die Verjüngung des Querschnitts bzw. durch die Beschleunigungsrampen in Form einer allseitigen oder teilweisen Verengung der Seitenflächen des Messkanals40 wird das Medium rasch in der Messkanalströmungsrichtung a durch den Messkanal transportiert und dadurch nachkommende Luft aus dem Eingangsbereich27 abgesaugt. Von dem weiteren Abschnitt44 aus wird das Medium hinter dem Messelement9 in einen Kanalabschnitt47 umgelenkt, der sich in etwa in axialer Richtung12 von der Einstecköffnung16 weg erstreckt. Von diesem Kanalabschnitt aus, wird es in einen letzten Kanalabschnitt48 umgelenkt, der beispielsweise entgegen der Hauptströmungsrichtung18 verläuft, und gelangt durch den Auslass49 des Messkanals40 , der beispielsweise senkrecht zur Hauptströmungsrichtung18 oder unter einem von null Grad verschiedenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung18 angeordnet ist, in die Leitung3 zurück.
Claims (11)
- Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung (
3 ) in einer Hauptströmungsrichtung (18 ) strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, mit einem Teil (6 ), das mit einer vorbestimmten Ausrichtung in bezug auf die Hauptströmungsrichtung (18 ) in die Leitung (3 ) derart einbringbar ist, dass ein Teilstrom des in der Leitung (3 ) strömenden Mediums wenigstens einen in dem Teil (6 ) vorgesehen Messkanal (40 ) in einer Messkanalströmungsrichtung (a) von einem Einlass (41 ) des Messkanals bis zu einem Auslass (49 ) des Messkanals durchströmt, und mit wenigstens einem in dem Messkanal (40 ) angeordneten Messelement (9 ) zur Bestimmung des wenigstens einen Parameters, wobei der Messkanal (40 ) zwischen dem Einlass (41 ) und dem Messelement (9 ) einen gekrümmten Abschnitt (42 ) zur Umlenkung des durch den Einlass (41 ) in den Messkanal eingetretenen Teilstroms aufweist, welcher gekrümmte Abschnitt in einen weiteren Abschnitt (44 ) des Messkanals (40 ) übergeht, in dem das Messelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messkanalströmungsrichtung (a) gesehen hinter dem Einlass (41 ) und vor dem Messelement (9 ) in den Messkanal hineinragende Mittel (50 ) angeordnet sind, welche die Strömung leiten und einer Ablösung der Strömung des Medienteilstroms von den Kanalwänden (43 ) des Messkanals entgegenwirken. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens eine einteilige, durchgehende oder eine unterbrochene, zweiteilige Trennwand (
50 ) umfassen, die quer zur Messkanalströmungsrichtung (a) in dem Messkanal (40 ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (
50 ) in der Messkanalströmungsrichtung (a) gesehen im Übergangsbereich des gekrümmten Abschnitts (42 ) in den weiteren Abschnitt (44 ) angeordnet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine einteilige, durchgehende oder unterbrochene, zweiteilige Trennwand (
50 ) mit zwei voneinander abgewandten Endabschnitten (55a ,55b ) an sich gegenüberliegenden Wandabschnitten (45a ,45b ) der Innenwandung des Messkanals derart befestigt ist, dass eine Verbindungslinie der beiden Endabschnitte (55a ,55b ) der Trennwand in etwa senkrecht zur Messkanalströmungsrichtung (a) verläuft. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Trennwand (
50 ) die Endabschnitte (55a ,55b ) und weiterhin eine der Messkanalströmungsrichtung (a) zugewandte Stirnseite (53 ), eine davon abgewandte Rückseite (54 ) und zwei im wesentlichen parallel zur Messkanalströmungsrichtung verlaufende Strömungsleitflächen (51 ,52 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Strömung ausgesetzten Flächen der Trennwand (
50 ) eine Leitflügelgeometrie oder Leitschaufelgeometrie aufweisen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Trennwand (
50 ) zwei Teilwandstücke (50a ,50b ) umfasst, die von einander gegenü berliegenden Innenwandabschnitten (45a ,45b ) des Messkanals (40 ) zueinander hin abstehen. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilwandstücke (
50a ,50b ) durch einen Spalt (59 ) beabstandet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (
53 ) der Trennwand (50 ) senkrecht zur Messkanalströmungsrichtung (a) ausgerichtet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (
54 ) der Trennwand (50 ) relativ zur Messkanalströmungsrichtung (a) in einem Winkel verläuft, der kleiner neunzig Grad und größer Null Grad ist. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseiten (
54a ,54b ) der Teilwandstücke (50a ,50b ) im Querschnitt gesehen mit der Messkanalströmungsrichtung (a) einen Winkel (α) bilden, der kleiner als neunzig Grad und größer als Null Grad ist und vorzugsweise kleiner als 70 Grad und größer als dreißig Grad ist. (2 )
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