DE19820991A1 - Durchfluß-Meßvorrichtung - Google Patents
Durchfluß-MeßvorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mengenfluß-Meßvorrichtung zur genauen
Messung eines Gasstroms zu einem Verbrennungsmotor. Insbesondere betrifft die
vorliegende Erfindung eine eine Baueinheit bildende Vorrichtung zum Messen des
Mengenflusses von Luft und verdichtetem Erdgas zur Abgabe an einen Verbren
nungsmotor und zum Vermischen der Luft mit dem Gas vor der Abgabe an den Ver
brennungsmotor.
Gegenwärtig sind viele Arten von Luft- und Gas-Massendurchfluß-Meßfühlern zur
Verwendung in Verbindung mit Verbrennungsmotoren bekannt. In den meisten Fäl
len besteht der Luftansaugkanal aus zwei Strömungskanälen, einem Hauptströ
mungskanal und einem Zusatzströmungskanal. Häufig ist ein Hitzdrahtmeßfühler in
dem Zusatzströmungskanal zum Erfassen des durch den Kanal hindurchgehenden
Luftstroms angeordnet. Eine Art von Mengenmesser mit einem Zusatzkanalbereich,
der parallel zu dem Hauptkanal angeordnet ist, ist als Meßfühler vom Bypass-Typ be
kannt. Ein allgemein bekannter Luftmengenmesser vom Bypass-Typ ist in der
US-A-4,723,443 offenbart, wobei der Zusatzkanal einen ersten und zweiten Strömungs
kanal aufweist, die quer miteinander verbunden sind. Der erste Strömungskanal ist
parallel zu dem Hauptkanal ausgebildet, der den Hitzedrahtmeßfühler enthält, welcher
in dem ersten Strömungskanal angeordnet ist, wobei der zweite Strömungskanal
senkrecht zu dem Hauptströmungskanal angeordnet ist, wodurch der Luftstrom zu
dem Hauptkanal zurückgeführt wird. In einer solchen Luftströmungsvorrichtung ist
deren Drosselteil zur Bildung des zweiten Strömungskanals des Zusatzkanals geteilt,
und ein Trennglied ist zwischen den getrennten Teilen eingesetzt. Der zweite Strö
mungskanal des Zusatzkanals weist einen Schulterabschnitt an einer Stelle auf, wo
der zweite Strömungskanal mit dem ersten Strömungskanal in Verbindung steht. Die
ser Schulterabschnitt weist eine vergrößerte Breite auf, wodurch ein Totvolumen des
Luftstroms in dem Zusatzkanal entsteht, das häufig zu ungenauen Mengenflußmes
sungen führt.
Eine weitere bekannte Luftstrom-Meßvorrichtung vom Bypass-Typ ist in der
US-A-4,501,249 dargestellt die einen zweiten Strömungskanal eines Zusatzkanals auf
weist, der strahlenförmig in bezug auf den Hauptströmungskanal angeordnet ist. Eine
solche Vorrichtung ergäbe ungenaue Mengenflußanzeigen, da der Luftstrom nicht
leicht aufbereitet oder konditioniert werden kann, um den Mengenfluß durch den
Hauptkanal zu simulieren.
In dem Bemühen, die obengenannten Nachteile zu beseitigen, offenbart die
US-A-4,790,178 eine Ansaugkonstruktion für einen Verbrennungsmotor mit einem Bypass-An
saugkanal zum Messen des Luftstroms zu dem Verbrennungsmotor. Hierbei um
faßt die Ansaugkonstruktion einen Drosselkörper und einen Ansaugkörper, der mit
dem stromaufwärts liegenden Ende des Drosselkörpers verbunden ist, der mit einem
Luftbypasskanal zur Befestigung eines Luftmengenmessers in diesem versehen ist.
Der Bypassströmungskanalabschnitt, der den Mengenmesser umfaßt, erstreckt sich im
wesentlichen parallel zu dem Luftansaugkanal, wobei jedoch nur ein einziger be
grenzter Einlaß neben dem Luftansaugkanal vorgesehen ist, was leicht zu einem un
gleichmäßigen und nicht repräsentativen Luftstrom durch den Bypasskanal und so
mit zu einer ungenauen Luftstromanzeige führen kann. Ebenso wie in der
US-A-4,723,443 erstreckt sich der Rückleitungskanal im wesentlichen senkrecht zu dem
Bypasskanal, was auch hier zu ungenauen Mengenflußanzeigen führen kann.
In einem weiteren Bemühen, die obengenannten Nachteile zu beseitigen, umfaßt der
Luftmengenmesser, der in der US-A-5,119,672 beschrieben ist, einen verlängerten
Bypasskanal mit der Absicht, eine genauere Mengenstrommessung zu entwickeln.
Während der verlängerte Bypasskanal in die Strömungsrichtung stromaufwärts der
Ablenkung des Luftstroms in einen Bereich mit einem Quasi-Laminarstrom verscho
ben ist, kann wie bei den früheren Vorrichtungen die Verwendung eines begrenzten
Einlasses für den Bypassströmungskanal zu einer ungenauen Strömungsmessung aus
den voranstehend besprochenen Gründen führen.
In einem weiteren Bemühen, für eine genaue Luftmengenflußmessung zu sorgen, of
fenbart die US-A-5.186.044 eine Luftmengenstrom-Meßvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, die einen Nebenluftkanal umfaßt, der in einem Teil des Luftan
saugkanals angeordnet ist, um den Luftmengenfluß des Ansaugkanals zu messen.
Auch hier blockiert jedoch eine derartige Vorrichtung einen Teil des Ansaugluftströ
mungskanals und stellt für den Nebenkanal nur einen Einlaß in einem begrenzten Be
reich des Luftansaugkanals bereit, der, wie zuvor besprochen, ungenaue Mengen
flußmessungen ergeben kann.
Es besteht eindeutig ein Bedarf an einer Mengenfluß-Meßvorrichtung zur Messung
eines Luftmengenflusses und eines Gasmengenflusses zu einem Verbrennungsmotor.
Insbesondere besteht ein Bedarf an einer Vorrichtung, die Messungen großer und
kleiner Strömungen mit demselben Grundmeßfühler zur Verwendung bei verschie
denen Motorkapazitäten vornehmen kann, die gegenüber stromaufwärtigen Strö
mungsbedingungen und der besonderen Kanalgeometrie unempfindlich ist und von
Meßfühler zu Meßfühler und von Motor zu Motor reproduzierbare Ergebnisse liefert
so daß eine Austauschbarkeit in dem Bereich möglich ist. Ferner besteht ein Bedarf
an einer eine Baueinheit bildende Sensor- bzw. Meßfühlvorrichtung, die sowohl den
Luftstrom zu dem Verbrennungsmotor als auch den Kraftstoffstrom zu dem Verbren
nungsmotor erfaßt und die für ein Vermischen des Kraftstoffs mit der Luft sorgt, die
zu dem Verbrennungsmotor geleitet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obengenannten Nachteile, die mit den
Meßvorrichtungen nach dem Stand der Technik verbunden sind, zu vermeiden, eine
Mengen- bzw. Massendurchflußmeßvorrichtung, die imstande ist, sowohl große als
auch kleine Ströme mit demselben Basismeßfühler zu messen, zu schaffen und/oder
einen Durchflußmesser bzw. -meßfühler bereitzustellen, der einen Durchschnittswert
des statischen Drucks in dem Hauptströmungskanal an einen Bypass- bzw. Neben
strömungskanal liefert, so daß der Mengenfluß durch den Hauptströmungskanal ge
nau erfaßt werden kann, wobei der Gasstrom insbesondere gleichmäßig in symmetri
scher Weise verteilt und/oder beständig, gleichförmig und gleichmäßig verteilt ist
wenn er an dem Meßfühler vorbeiströmt.
Die obige Aufgabe wird durch einen Durchflußmeßfühler gemäß Anspruch 1 eine
Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12 bzw. durch einen Verbrennungsmotor ge
mäß Anspruch 30 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteran
sprüche.
Diese wie auch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden insbesondere
durch Bereitstellung eines Gasdurchfluß-Meßfühlers zum Erfassen eines Gasstroms zu
einem Verbrennungsmotor gelöst, enthaltend einen Hauptströmungskanal mit einem
Einlaß und einem Auslaß zum Leiten eines Gasstroms zu dem Verbrennungsmotor,
wobei der Einlaß mit einer Quelle des Gases in Verbindung steht und ein Auslaß mit
dem Verbrennungsmotor in Verbindung steht. Ein Nebenströmungskanal zum Ab
trennen eines Teils des Gasstroms von dem Hauptströmungskanal ist vorgesehen,
wobei der Nebenströmungskanal einen Einlaß, der den Hauptströmungskanal umgibt,
sowie einen Durchflußerfassungsabschnitt enthält. In dem Durchflußerfassungsab
schnitt des Nebenströmungskanals ist ein Gasmengenfluß-Meßfühler angeordnet, um
den Mengenfluß oder Massenstrom des Gases durch den Strömungskanal zu erfas
sen, der den Mengenfluß durch den Hauptströmungskanal anzeigt. In dem Haupt
strömungskanal ist eine Düse angeordnet, wobei die Düse einen Düseneinlaß und
Düsenauslaß enthält, wobei der Außendurchmesser des Düseneinlasses kleiner als der
Innendurchmesser des Hauptströmungskanals ist, wobei der Einlaß des Nebenströ
mungskanals die Form eines Ringraumes zwischen dem Düseneinlaß und dem Haupt
strömungskanal aufweist. Zusätzlich ist ein Ringraum um einen Einlaß des Durch
flußerfassungsabschnitts des Nebenströmungskanals angeordnet, um für einen sym
metrischen Gasstrom durch den Durchflußerfassungsabschnitt zu sorgen. Dieser
symmetrische Gasstrom wird durch Bereitstellung einer Kalibrieröffnung unterstützt,
die stromabwärts des Mengenfluß-Meßfühlers vorgesehen ist. Insbesondere werden
die Strömungseigenschaften der Kalibrieröffnung und Düse im wesentlichen gleich
gehalten, so daß garantiert ist, daß der Gasstrom durch den Erfassungsabschnitt des
Nebenströmungskanals den Gasmengenfluß durch den Hauptströmungskanal an
zeigt.
In Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung wurde das obengenannte Gas
mengenfluß-Meßfühlerkonzept zu einem eine Baueinheit bildende Mengenflußerfas
sungs- und Mischmodul zum Erfassen sowohl eines Luft- als auch Kraftstoffstroms
wie auch zum Vermischen der Luft und des Kraftstoffs zur Abgabe an einen Verbren
nungsmotor entwickelt. In dieser Hinsicht enthält der Luftmengenfluß-Meßfühlerteil
des Moduls einen Hauptströmungskanal mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Lei
ten eines Luftstroms zu dem Verbrennungsmotor, wobei der Einlaß mit einer Quelle
der Ansaugluft in Verbindung steht und der Auslaß mit dem Verbrennungsmotor in
Verbindung steht. Ein Nebenströmungskanal zum Abtrennen eines Teils des Luft
stroms von dem Hauptströmungskanal ist vorgesehen, wobei der Nebenströmungs
kanal einen Einlaß, der den Hauptströmungskanal umgibt, wie auch einen Durch
flußerfassungsabschnitt enthält. In dem Durchflußerfassungsabschnitt des Neben
strömungskanals ist ein Luftmengenfluß-Meßfühler angeordnet, um den Mengenfluß
der Luft durch den Nebenströmungskanal zu erfassen, der den Mengenfluß durch
den Hauptströmungskanal anzeigt. Um einen Teil des Luftmengenflusses von dem
Hauptströmungskanal zu dem Nebenströmungskanal zu leiten, ist eine Düse in dem
Hauptströmungskanal vorgesehen, wobei die Düse einen Düseneinlaß und einen Dü
senauslaß enthält, wobei der Außendurchmesser des Düseneinlasses kleiner als ein
Innendurchmesser des Hauptströmungskanals ist, wodurch ein Einlaß des Neben
strömungskanals gebildet wird, der sich über 360° um den Umfang des Hauptströ
mungskanals erstreckt. Der Einlaß leitet einen durchschnittlichen Luftmengenfluß zu
einem Ringraum, der an einem Einlaß des Durchflußerfassungsabschnitts des Neben
strömungskanals vorgesehen ist, um einen symmetrischen Luftstrom durch den
Durchflußerfassungsabschnitt zu erhalten. Dieser symmetrische Luftstrom wird durch
die Bereitstellung einer Kalibrieröffnung unterstützt, die stromabwärts des Mengen
fluß-Meßfühlers angeordnet ist.
In dem eine Baueinheit bildenden Mengenfluß-Meßfühlmodul ist ein Kraftstoffmen
genfluß-Meßfühler zum Erfassen des Mengenflusses von verdichtetem Erdgas vorge
sehen, der mit dem Luftmengenfluß vermischt und anschließend zu dem Verbren
nungsmotor geleitet wird. Wie der Luftmengenfluß-Meßfühler enthält der Kraftstoff
mengenfluß-Meßfühler einen Einlaß und einen Auslaß, um den Kraftstoffstrom zu dem
Verbrennungsmotor zu leiten, wobei der Einlaß mit einer Quelle von verdichtetem
Erdgas in Verbindung steht und der Auslaß mit dem Hauptströmungskanal des Luft
mengenfluß-Meßfühlers in Verbindung steht. Ebenso ist ein Nebenströmungskanal
zur Abtrennung eines Teils des Kraftstoffmengenflusses von dem Hauptströmungs
kanal vorgesehen, wobei der Nebenströmungskanal einen Einlaß, der den Hauptströ
mungskanal umgibt, wie auch einen Durchflußerfassungsabschnitt enthält. In dein
Durchflußerfassungsabschnitt des Nebenströmungskanals ist ein Kraftstoffmengen
fluß-Meßfühler zum Erfassen des Kraftstoffmengenflusses durch den Nebenströ
mungskanal angeordnet, der den Mengenfluß durch den Hauptströmungskanal an
zeigt. Um eine Probe des Kraftstoffmengenflusses zu erhalten, die den Kraftstoffmen
genfluß durch den Hauptströmungskanal anzeigt, ist eine Düse in dem Hauptströ
mungskanal angeordnet. Diese Düse enthält einen Düseneinlaß und einen Düsenaus
laß, wobei der Außendurchmesser des Düseneinlasses kleiner als der Innendurchmes
ser des Hauptströmungskanals ist, wobei der Einlaß des Nebenströmungskanals die
Form eines Ringraumes zwischen dem Düseneinlaß und dem Hauptströmungskanal
aufweist. Ferner ist ein Ringraum um einen Einlaß des Kraftstoff-Durchflußerfas
sungsabschnitts des Nebenströmungskanals vorgesehen, um für einen symmetrischen
Kraftstoffstrom durch den Durchflußerfassungsabschnitt zu sorgen. Dieser symmetri
sche Kraftstoffstrom wird durch die Bereitstellung einer Kalibrieröffnung unterstützt,
die stromabwärts des Mengenfluß-Meßfühlers angeordnet ist. In diesem Zusammen
hang werden die Strömungseigenschaften der Kalibrieröffnung und der Düse im we
sentlichen gleich gehalten, so daß garantiert ist, daß der Kraftstoffstrom durch den Er
fassungsabschnitt des Nebenströmungskanals den Kraftstoffmengenfluß durch den
Hauptströmungskanal des Kraftstoffmengenfluß-Meßfühlers anzeigt. Zur richtigen
Vermischung des Kraftstoffs mit dem Luftstrom in dem Luft-Hauptströmungskanal
wird eine Sammelkammer um die Düse gebildet, die in dem Hauptströmungskanal an
geordnet ist, und eine Mehrzahl von Auslässen wird in der Düse ausgebildet, so daß
der Kraftstoff um den gesamten Umfang der Düse ausgegeben werden kann, wo
durch das Vermischen des Kraftstoffs mit Luft unterstützt wird, die durch den
Luft-Hauptströmungskanal fließt und anschließend zu dem Verbrennungsmotor geleitet
wird.
Diese wie auch weitere Vorteile und Aspekte der vorliegenden Erfindung gehen aus
der folgenden ausführlichen Beschreibung und der Zeichnung hervor. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Motors mit dem Mengenfluß-Meßfühler
für verdichtetes Erdgas und dem Mengenfluß-Meßfühler für Luft gemäß
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Mengenfluß-Meßfühlermoduls, das an ei
nem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet
ist;
Fig. 2A eine perspektivische Ansicht des Mengenfluß-Meßfühlermoduls gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht des Mengenfluß-Meßfühlermoduls von Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht des Mengenfluß-Meßfühlers entlang der Linie IV-IV
von Fig. 3;
Fig. 5 eine Schnittansicht des in Fig. 2 dargestellten Mengenfluß-Meßfühlers;
Fig. 6 eine Schnittansicht des Durchflußmeßfühlerabschnitts für das verdichtete
Erdgas des Mengenfluß-Meßfühlermoduls entlang der Linie VI-VI von Fig.
5;
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 3 dargestellten Luft-Mengen
fluß-Meßfühlers; und
Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 6 dargestellten Mengenfluß-Meßfüh
lers für verdichtetes Erdgas.
Zunächst zeigen Fig. 1 und 2 das Gesamtsystem, an das die vorliegende Erfindung
einfach angepaßt wird. Insbesondere stellt die in Fig. 1 gezeigte schematische Dar
stellung die verschiedenen Strömungskanäle bzw. -wege oder -öffnungen und Kom
ponenten in ihrem Verhältnis zueinander dar, wobei jedoch der besondere Einbau der
Elemente in ein bestimmtes System unterschiedlich sein kann.
Wie in Fig. 1 dargestellt, sind der Einlaß- oder Ansaugluftkreis und der Erdgaskreis
als unabhängige Strömungskreise dargestellt, wobei jedoch, wie in der Folge ausführ
licher besprochen wird, viele der Komponenten der Strömungskreise vorzugsweise in
einem einzigen, eine Baueinheit bildenden Modul vorgesehen sind. Zunächst ist das
System, wie in Fig. 1 dargestellt, zum Leiten eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zu ei
nem Verbrennungsmotor 10 vorgesehen. Der Verbrennungsmotor 10 umfaßt einen
Kopf 12 und ein Kurbelgehäuse 14, wobei das Ansaugluft-Kraftstoff-Gemisch durch
einen Kanal 16 zu dem Kopf 12 des Verbrennungsmotors 10 geleitet wird. In bekann
ter Weise sind eine Spule und eine Zündkerze 18 in dem Kopf 12 des Verbrennungs
motors 10 vorgesehen. Der Verbrennungsmotor 10 kann auch einen Temperaturmeß
fühler 19 aufweisen. Vom Verbrennungsmotor geht ein Auslaßkanal 20 zu einem an
geschlossenen Turbolader 22 in bekannter Weise, wobei das Abgas anschließend in
bekannter Weise durch einen Kanal 24 (Auspuff) abgegeben und behandelt wird.
Zusätzlich ist in herkömmlicher Weise ein Luftansaugkanal 26 vorgesehen, der fri
sche Ansaugluft zu der Einlaßseite des Turboladers 22 eines Luftströmungskreises 27
liefert, die verdichtet und durch einen Kanal 30 zu einem Nachkühler 28 geleitet
wird. Zwischen dem Einlaßluftkanal 30 und dem Auslaßkanal 20 sind ein Nebenaus
laß- bzw. Abgas-Bypassventil 32 und eine Abgas-Bypassventil-Steuereinheit 34 an
geordnet. Ein derartiges Nebenauslaß- bzw. Abgas-Bypassventil-System ist in der
Technik bekannt.
In dem Kanal 30 ist ein Luftmassen- bzw. Luftmengenmeßfühler 36 angeordnet, des
sen Aufbau in der Folge ausführlicher besprochen wird. Stromaufwärts des Meßfüh
lers 36 befindet sich ein Druckmeßfühler 38 zum Erfassen des Drucks der Luft, die
durch den Kanal 30 strömt. An einer Verbindungsstelle zwischen dem Luftströ
mungskreis 27 und einem Kraftstoffströmungskreis 40 ist ein Mischer 42 vorgesehen.
Vorzugsweise ist der Luft-Kraftstoff-Mischer von jener Art, wie in der US-Patentan
meldung 581,961, vom 2. Januar 1996 offenbart. Auch hier werden weitere Einzelhei
ten des Luft-Gas-Mischers in der Folge besprochen.
Der hier zur Zuführung von Gas als Kraftstoff ausgebildete Kraftstoffströmungskreis
40 umfaßt einen Tank 44 zur Aufnahme von verdichtetem Erdgas, das als Kraftstoff
quelle für den Verbrennungsmotor 10 verwendet wird. Viele der Komponenten, die in
bezug auf den Kraftstoffströmungskreis 40 besprochen werden, sind bekannt und
werden hierin nur kurz erwähnt. Zunächst enthält der Kraftstoffströmungskreis 40
sowohl ein manuelles Absperrventil 46 als auch ein elektronisches Absperrventil 48
zur Unterbrechung des Kraftstoffstroms durch den Kraftstoffströmungskreis 40.
Ebenso sind Druckregler 50 und 52 vorgesehen, die sowohl stromaufwärts als auch
stromabwärts eines Filters 54 angeordnet sind. Stromabwärts des Filters 54 sind wei
ter ein Kraftstoff-Temperaturmeßfühler 56 und ein zweites elektronisches Absperr
ventil 58 vorgesehen. Der kritische Teil des Kraftstoffströmungskreises 40 ist gemäß
der vorliegenden Erfindung der Gasmassen- bzw. -mengendurchfluß-Meßfühler 60.
dessen Einzelheiten in der Folge ausführlicher erklärt werden. Ebenso ist in dem
Kraftstoffströmungskreis 40 ein Konstantvolumenstromsteuerventil 62 vorgesehen.
Wie zuvor besprochen, wird der Kraftstoff vom Kraftstoff-Strömungskreis 40 mit
komprimierter Luft vom Luft-Strömungskreis 27 in dem Mischer 42 vermischt. Ein
Drosselventil 64, das ein Stellglied 66 und einen Positionssensor 68 umfaßt, reguliert
den Luftstrom durch den Mischer 42. Zusätzlich werden der Druck und die Tempera
tur des Luft-Kraftstoff-Gemisches von einem Drucksensor 70 und einem Temperatur
sensor 72 vor der Abgabe an den Vebrennungsmotor 10 erfaßt. Alle zuvor beschrie
benen Komponenten werden einfach durch ein elektronisches Steuermodul (nicht
dargestellt) in bekannter Weise gesteuert. Mit einem solchen System wird auf einfa
che Weise eine verläßliche Messung des Gasmengenflusses bzw. Gasmassenstroms
durch den Kraftstoff-Strömungskreis 40 und des Luftmengenflusses bzw. Luftmas
senstroms durch den Luft-Strömungskreis 27 erhalten, so daß ein genaues Luft-Kraft
stoff-Mischungsverhältnis dem Verbrennungsmotor 10 bereitgestellt wird.
Mit Bezugnahme auf Fig. 2 ist eine genauere perspektivische Ansicht eines Ver
brennungsmotors 100 mit einem Luftmassendurchfluß-Meßfühler- und Gasmassen
durchfluß-Meßfühler-Modul 102 dargestellt. Die einzelnen Komponenten des Ver
brennungsmotors werden nicht im Detail besprochen, aber es muß festgehalten wer
den, daß das Luftmassendurchfluß- und Gasmassendurchfluß-Meßfühler-Modul 102
einfach neben oder benachbart zu dem Verbrennungsmotor angeordnet ist, um ein
genaues Luft-Kraftstoff-Gemisch zu dem Verbrennungsmotor zu leiten. Das Luftmas
sendurchfluß- und Gasmassendurchfluß-Modul 102 ist in Fig. 2A genauer darge
stellt.
Wie aus Fig. 2A ersichtlich ist, enthält das Luftmassendurchfluß- und Gasmassen
durchfluß-Modul 102 einen Lufteinlaßkanal 104 und einen Gas- oder Kraftstoffein
laßkanal 106, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus einem Auslaß 108 austritt. Ne
ben dem Luft-Strömungskanal ist ein Luftmassendurchfluß- bzw. Luftmengen-Meß
fühler 110 vorgesehen, während neben dem Kraftstoff-Strömungskanal ein Kraft
stoffmassendurchfluß- bzw. Kraftstoffmengen-Meßfühler 112 vorgesehen ist. Die ein
zelnen Komponenten und der Aufbau des Luftmassendurchfluß-Meßfühlers und des
Kraftstoffmassendurchfluß-Meßfühlers werden in der Folge ausführlicher bespro
chen. Ferner ist offensichtlich, daß das hierin offenbarte Luftmassendurchfluß- und
Gasmassendurchfluß-Modul große und kleine Strömungen mit demselben Basismeß
fühler messen kann und bei verschiedenen Motorkapazitäten verwendet werden
kann, wie auch gegenüber stromaufwärtigen Strömungsbedingungen und der be
sonderen Kanalgeometrie unempfindlich ist und von Meßfühler zu Meßfühler und
von Motor zu Motor wiederholgenau ist bzw. reproduzierbare Ergebnisse liefert, so
daß eine Austauschbarkeit in dem Bereich möglich ist.
Mit Bezugnahme nun auf die Fig. 3 bis 8 werden die Einzelheiten des Luft-Kraft
stoffmassendurchfluß-Meßfühlermoduls 102 ausführlich besprochen. Insbesondere
zeigen Fig. 3 und 4 den Luftmassendurchfluß-Meßfühler am besten, während in Fig.
5 und 6 der Kraftstoffmassendurchfluß-Meßfühler am besten dargestellt ist. Fig.
7 und 8 sind vergrößerte Ansichten jedes Durchflußmeßfühlers.
Wie zuvor besprochen, enthält das Luft-Kraftstoffmengendurchfluß-Meßfühlermodul
102 einen Einlaßluft-Strömungskanal 104, der an einem Knie 114 in einem Winkel
von etwa 90° schwenkt. Sobald der Luftstrom das Knie 114 passiert hat, wird er in
den Luftmassendurchfluß-Erfassungsabschnitt des Moduls gelenkt. In dem
Luft-Strömungskanal 104 ist eine Düse 116 angeordnet, die eine Druckverminderung er
zeugt, so daß der Druck in dem Durchgang 118 der Düse 116 geringer als der Druck
im Kanal 104 ist. Der Druckunterschied zwischen Kanal 104 und dem Durchgang 118
bzw. zwischen dem Eintrittsende der Düse 116 und dem später noch erläuterten
Auslaß 138 des Bypass bzw. Nebenweges bewirkt, daß ein kleiner Prozentsatz des
Gesamtstroms durch den Kanal 104 die Düse 116 umgeht und in einen Ringraum 120
gelangt. Dieser Ringraum 120 erstreckt sich über 360° um die gesamte Innenfläche
des Strömungskanals 104 und enthält einen Einlaß 121, der sich ebenso über 360° um
die gesamte Innenfläche des Strömungskanals 104 erstreckt. Daher stellt die Luft, die
in den Einlaß 121 eintritt, einen Durchschnittswert des statischen Drucks im Kanal
104 dar, was dazu führt, daß der Luftstrom, der zu dem Luftmengenmesser fließt, ein
durchschnittlicher Prozentsatz des Gesamtstroms durch den Kanal 104 ist. In der
Luftmassendurchfluß-Erfassungsvorrichtung 110 ist ein Verbindungskanal 122 vor
gesehen, der den Luftstrom von dem Ringraum 120 zu einem Durchflußerfassungs
kanal 124 leitet. In dem Durchflußerfassungskanal 124 ist ein Durchflußmeßfühler 126
angeordnet, der von jeder bekannten Art sein kann. Insbesondere ist der Mengen
messer, der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, einer, der nach dem
Prinzip der Wärmeübertragung aufgrund des Fluidmengenflusses über die Oberfläche
eines Fühlerelements 128 arbeitet.
An einem stromaufwärts liegenden bzw. Eintritts-Ende des Durchflußerfassungska
nals 124 befindet sich ein Ringraum 130, der eine Kammer bildet und dessen Auslaß
sich über 360° um den Eingang zu dem Durchflußerfassungskanal 124 erstreckt. Der
Strom, der durch den Verbindungskanal 122 fließt, wird durch den Ringraum 130
gleichmäßig verteilt, so daß eine Verteilung des Stroms erreicht wird, wenn dieser in
den Durchflußerfassungskanal 124 eintritt. Ferner wird dadurch auch eine größere
Länge zum Erfassen des Mengenflusses durch den Durchflußerfassungskanal 124 in
dem begrenzt verfügbaren Raum bereitgestellt. Daher ist der Luftstrom, der durch den
Durchflußerfassungskanal 124 geht, beständig, gleichförmig und gleichmäßig verteilt,
wenn er an dem Fühlerelement 128 vorbeiströmt, wodurch ein verläßlicher Durch
flußmeßwert von dem Durchflußmeßfühler 126 erhalten wird.
Stromabwärts des Fühlerelements 128 befindet sich eine Kalibrieröffnung 132 zur
Steuerung des Ausgangs des Luftmengenflusses durch den Durchflußerfassungska
nal 124. Der Durchflußmeßfühlerausgang wird durch Ändern der Größe der Kalibrier
öffnung 132 kalibriert. Daher kann der Gesamtstrom von Luft durch den Durchflußer
fassungskanal 124 sofort durch Multiplizieren des Ausgangswerts von dem Durch
flußmeßfühler 126 mit einem richtigen numerischen Wert bestimmt werden, der in Ver
suchen durch bekannte kalibrierte Öffnungen bestimmt wird. In diesem Zusammen
hang kann der vordere Rand der Kalibrieröffnung 132 einfach verändert werden, um
die Strömungseigenschaften durch den Durchflußerfassungskanal 124 zu beeinflus
sen. Ferner ist es wünschenswert, daß die Kalibrieröffnung 132 Strömungseigenschaf
ten aufweist, die im wesentlichen mit jenen der Düse 116 identisch sind, die in dem
Strömungskanal 104 vorgesehen ist, so daß garantiert ist, daß das gesamte System ge
genüber Temperaturschwankungen unempfindlich ist. Der Luftstrom geht dann
durch die Öffnung 132 in eine Kammer 134, von wo er anschließend zu einer Sam
melkammer 136 und durch einen Auslaß 138 in den Hauptströmungskanal gelangt.
Wie am besten in Fig. 4 dargestellt, befindet sich stromabwärts der Düse 116 ein
Steuerventil 140, das den Luftstrom durch den Hauptströmungskanal 104 steuert und
anschließend den Strom eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zu dem Verbrennungsmotor.
Wie in Fig. 3 dargestellt, umfaßt das Ventil 140 einen Aktuator und Positionssensor
142 zur genauen Positionierung eines Schiebers 144 des Ventils 140 in dem Strö
mungskanal 104. Zusätzlich ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich, ein primärer Aspekt der
vorliegenden Erfindung, daß der Einlaß 121 und der Ringraum 120, welcher den Ka
nal 104 mit dem Kanal 122 verbindet, sich über 360° um den Umfang des Durch
gangs 118 erstrecken. In diesem Zusammenhang ist der Strom, der in den Ringraum
120 gelangt, ein Durchschnittswert des statischen Drucks im Kanal 104, wodurch der
Strom durch den Durchflußerfassungskanal 124 einen Durchschnitt des Gesamt
stroms im Kanal 104 repräsentiert. Daher wirkt sich der Strom um das Knie 114 oder
jede andere Strömungsstörung, die stromaufwärts des Luftmengen-Meßfühlers auf
tritt, allenfalls geringfügig auf die Zuverlässigkeit des Mengenflusses aus, der von
dem Luftmengenfluß-Meßfühler erfaßt wird. Daher ist der Strom, der durch den
Durchflußerfassungskanal 124 geht, konstant, gleichförmig und gleichmäßig verteilt,
wenn er an dem Fühlerelement 128 vorbeiströmt, wodurch ein verläßlicher Durch
flußmeßwert von dem Massendurchfluß- bzw. Mengenfluß-Meßfühler 126 erhalten
wird.
Wie aus jeder der Fig. 3, 4 und 5 ersichtlich ist, ist die Düse 116 mit einer Mehr
zahl von Öffnungen 146 an oder um ihren Umfang versehen, die mit einer Sammel
kammer 148 in Verbindung stehen, die zwischen der Düse 116 und dem Hauptströ
mungskanal 104 ausgebildet ist. Die Öffnungen 146 und die Sammelkammer 148
werden zur Verteilung des verdichteten Erdgases in den Luft-Hauptströmungskanal
104 verwendet, das mit der Luft vermischt und anschließend an den Verbrennungs
motor abgegeben wird.
Mit Bezugnahme auf Fig. 5 wird der besondere Aufbau des Kraftstoffmengen
durchfluß-Meßfühlers in der Folge ausführlicher beschrieben, der, wie aus Fig. 5 her
vorgeht, neben bzw. benachbart zu dem Hauptströmungskanal 104 des Luftmassen
durchfluß-Meßfühlers in dem Durchflußmeßfühlermodul 102 angeordnet ist. Verdich
tetes Erdgas, das durch den Kraftstoff-Strömungskreis 40 strömt, wird zu einem Ein
laß 150 des Kraftstoffmassendurchfluß-Meßfühlers geleitet. Dieser Kraftstoff wird
dann zu einem Hauptströmungskanal 152 geleitet, wo der Kraftstoff durch eine Düse
154 geführt wird, die in dem Hauptströmungskanal 152 in ähnlicher Weise angeord
net ist, wie zuvor mit Bezugnahme auf den Luftmassendurchfluß-Meßfühler bespro
chen. Wie bei der Düse 116 erzeugt die Düse 154 eine Druckverminderung, so daß
der Druck in dem Kanal 156 der Düse 154 geringer als der Druck in dem Kanal 152
bzw. an der Eintrittsöffnung der Düse 154 ist. Dieser Druckunterschied bewirkt, daß
ein kleiner Prozentsatz des Gesamtstroms durch den Kanal 152 um die Düse 154
herum in einen Ringraum 158 strömt, der um die Düse 154 ausgebildet ist. Der Ring
raum 158 erstreckt sich über 360° um die gesamte Innenfläche des Strömungskanals
152 und weist einen Einlaß 160 auf, der sich ebenso über 360° um die gesamte In
nenfläche des Strömungskanals 152 erstreckt. Wie bei dem Luftmassendurchfluß-Meß
fühler stellt der Kraftstoff, der in den Einlaß 160 gelangt, den Durchschnittswert
des statischen Drucks in dem Kanal 152 dar, was dazu führt, daß der Kraftstoffstrom,
der zu dem Kraftstoffmassendurchfluß-Meßfühler 162 gelangt ein durchschnittlicher
Prozentsatz des Gesamtstroms durch den Kanal 152 ist.
Ein Durchflußerfassungskanal 164 erstreckt sich im wesentlichen parallel zu dem
Hauptströmungskanal 152, wobei ein Verbindungskanal 166 vorgesehen ist, um den
Kraftstoffstrom von dem Ringraum 158 zu dem Durchflußerfassungskanal 164 zu
lenken. In den Durchflußerfassungskanal 164 erstreckt sich ein Fühlerelement 168
des Massendurchfluß- bzw. Mengenfluß-Meßfühlers 162, der wie bei dem Luft-Men
gen-Meßfühler ein solcher ist, der nach dem Prinzip der Wärmeübertragung aufgrund
des Fluidmengenflusses über die Oberfläche des Fühlerelements arbeitet, und jede
bekannte Form aufweisen kann.
Wie bei dem Durchflußerfassungskanal 124 enthält der Durchflußerfassungskanal
164 einen Ringraum 170, der stromaufwärts des Durchflußerfassungskanals 164 an
geordnet ist, der eine Kammer bildet, die bzw. deren Auslaß sich über 360° um den
Eingang des Durchflußerfassungskanals 164 erstreckt. Der Strom, der durch den
Verbindungskanal 166 strömt, wird durch den Ringraum 170 gleichmäßig verteilt, so
daß eine Verteilung des Stroms erreicht wird, wenn er in den Durchflußerfassungska
nal 164 eintritt. Dabei ist der Kraftstoffstrom, der durch den Durchflußerfassungskanal
64 strömt, konstant, gleichförmig und gleichmäßig verteilt, während er an dem Füh
lerelement 168 vorbeiströmt, was zu einem verläßlichen Durchflußmeßwert von dem
Durchflußmeßfühler 162 führt. Ebenso befindet sich stromabwärts des Fühlers 168
eine Kalibrieröffnung 172 zur Steuerung des Ausgangs des Kraftstoffmengenflusses
bzw. -stroms durch den Durchflußerfassungskanal 164. Der Durchflußmeßfühleraus
gang wird kalibriert, indem die Größe der Kalibrieröffnung 172 verändert wird. In die
sem Zusammenhang kann der Gesamtstrom von Kraftstoff durch den Durchflußerfas
sungskanal 164 einfach durch Multiplizieren des Ausgangswerts von dem Durch
flußmeßfühler 162 mit einem richtigen numerischen Wert bestimmt werden, der in Ver
suchen durch bekannte kalibrierte Öffnungen bestimmt wird. Daher kann der vordere
Rand der Kalibrieröffnung 172 einfach verändert werden, um die Strömungseigen
schaften durch den Durchflußerfassungskanal 164 zu beeinflussen. Ferner ist es wie
bei dem Luftmengen-Meßfühler wünschenswert, daß die Kalibrieröffnung 172 Strö
mungseigenschaften aufweist, die im wesentlichen mit jenen der Düse 154 identisch
sind, die in dem Strömungskanal 152 vorgesehen ist, so daß garantiert ist, daß das ge
samte System gegenüber Temperaturschwankungen unempfindlich ist.
Nachdem der Kraftstoff durch die Kalibrieröffnung 172 geströmt ist, wird er durch
einen Rückleitungskanal 176 zu einer Sammelkammer 174 geleitet, die zwischen der
Düse 154 und dem Hauptströmungskanal 152 ausgebildet ist. Aus der Sammelkammer
174 wird der Kraftstoff durch Auslässe 178 zurück in den Kraftstoffkanal 156 gelei
tet. Der Kraftstoff wird dann zu der Sammelkammer 148 geleitet. Wenn sich der Kraft
stoff in der Sammelkammer 148 befindet, umgibt er die Düse 116 und gelangt durch
die Auslässe 146 in den Hauptströmungskanal 104. Wie zuvor hierin besprochen
wurde, ist diese Möglichkeit der Luft-Kraftstoff-Mischung ähnlich jener, die in der
US-Patentanmeldung 581,961 offenbart ist. Darin wird das verdichtete Erdgas
gleichmäßig um einen Umfang der Düse 116 verteilt und geht sofort durch Auslässe
146 und wird mit der Luft vermischt, die durch den Hauptströmungskanal 104 strömt.
Dieses Gemisch wird dann in bekannter Weise zu dem Verbrennungsmotor geleitet.
In Fig. 7 und 8 sind die Luft- und Kraftstoffmengenfluß-Meßfühlerabschnitte des
Massendurchflußmeßmoduls vergrößert dargestellt. Fig. 7 zeigt den Luftmassen
durchfluß-Meßfühler, wobei ein Teil der Luft, der durch den Luft-Hauptströmungska
nal 104 geht, aufgrund des Druckunterschieds zwischen Kanal 104 und Kanal 118
durch den Einlaß 121 zu dem Ringraum 120 geleitet wird. Der Ringraum 120 erstreckt
sich über 360° um die gesamte Innenfläche des Strömungskanals 104, wobei sich der
Einlaß 121 ebenso über 360° um die gesamte Innenfläche des Strömungskanals 104
erstreckt. Daher stellt die Luft, die in den Einlaß 121 eintritt, den Durchschnittswert
des statischen Drucks im Kanal 104 dar, wodurch der Luftstrom, der zu dem Luftmas
sendurchmesser gelangt ein durchschnittlicher Prozentsatz des Gesamtstroms durch
den Kanal 104 ist. Luft, die durch die Luftmassendurchfluß-Erfassungsvorrichtung
110 geht, wird zu dem Verbindungskanal 122 in Richtung von Pfeil A geleitet, der die
Luft von dem Ringraum 120 zu dem Durchflußerfassungskanal 124 in Richtung von
Pfeil B weiterleitet. An dem stromaufwärts liegenden Ende des Durchflußerfassungs
kanals 124 befindet sich der Ringraum 130, der einen Auslaß umfaßt, welcher sich
über 360° um den Eingang des Durchflußerfassungskanals 124 erstreckt. Der Strom,
der durch den Verbindungskanal 122 geht, wird durch den Ringraum 130 gleichmä
ßig verteilt, wie durch Pfeile C dargestellt, so daß eine gleichmäßige Verteilung des
Stroms erhalten wird, wenn dieser in den Durchflußerfassungskanal 124 eintritt. Der
Luftstrom bewegt sich weiter durch den Durchflußerfassungskanal 124 in Richtung
von Pfeil D, wobei dieser Strom beständig, gleichförmig und gleichmäßig verteilt ist,
wenn er an dem Fühlerelement 128 vorbeiströmt, wodurch ein verläßlicher Durchfluß
meßwert von dem Durchflußmeßfühler 126 erhalten wird.
Stromabwärts des Fühlerelements 128 befindet sich die Kalibrieröffnung 132 zur
Steuerung des Ausgangs des Luftmengenflusses durch den Durchflußerfassungska
nal 124. Wie zuvor festgestellt, wird der Durchflußmeßfühlerausgang durch Ändern
der Größe der Kalibrieröffnung 132 kalibriert. Der Luftstrom geht dann durch die
Öffnung 132 und in die Kammer 134 in Richtung von Pfeil E, wo er anschließend zu
der Sammelkammer 136 und durch den Auslaß 138 in eine Richtung gemäß Pfeil F in
den Haupströmungskanal geleitet wird.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist die Düse 116 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 146
um ihren Umfang versehen, die mit der Sammelkammer 148 in Verbindung stehen, die
zwischen der Düse 116 und dem Hauptströmungskanal 104 ausgebildet ist. Die Öff
nungen 146 und die Sammelkammer 148 werden zur Verteilung des verdichteten
Erdgases in den Luft-Hauptströmungskanal 104 zum Vermischen mit der Luft und zur
anschließenden Abgabe an den Verbrennungsmotor verwendet.
Mit Bezugnahme auf Fig. 8 wird nun der Strom des Kraftstoffs durch den Kraft
stoffmassendurchfluß-Meßfühler ausführlich beschrieben. Verdichtetes Erdgas, das
durch den Kraftstoff-Strömungskreis 40 strömt, wird zu dem Einlaß 150 (in Fig. 5
dargestellt) des Kraftstoffmassenfluß-Meßfühlers geleitet. Dieser Kraftstoff wird dann
zu einem Hauptströmungskanal 152 in Richtung der Pfeile G geleitet, wo der Kraft
stoff in Richtung der Pfeile H durch die Düse 154 strömt, die in dem Hauptströ
mungskanal 152 angeordnet ist. Wie die Düse 116 erzeugt die Düse 154 eine Druck
verminderung, so daß der Druck in dem Kanal 156 der Düse 154 geringer als der
Druck in dem Kanal 152 ist. Dieser Druckunterschied bewirkt, daß ein kleiner
Prozentsatz des Gesamtstroms durch den Kanal 152 um die Düse 154 herum in einen
Ringraum 158 geleitet wird, der um die Düse 154 ausgebildet ist, wie durch Pfeile I
dargestellt. Der Ringraum 158 erstreckt sich wie der Einlaß 160 über 360° um die ge
samte Innenfläche des Hauptströmungskanals 152. Wie bei dem Luftmassendurch
fluß-Meßfühler stellt der Kraftstoff, der in den Einlaß 160 eintritt, den Durchschnitts
wert des statischen Drucks in dem Kanal 152 dar, wodurch der Kraftstoffstrom, der zu
dem Kraftstoffmassendurchfluß-Meßfühler 162 strömt, ein durchschnittlicher Prozent
satz des Gesamtstroms durch den Kanal 152 ist. Der Hauptströmungskanal 152 kann
auch eine Stauscheibe 163 enthalten, welche die Verteilung des Kraftstoffs beim Ein
tritt in den Hauptströmungskanal 152 unterstützt.
Wie zuvor festgestellt, erstreckt sich der Durchflußerfassungskanal 164 im wesentli
chen parallel zu dem Hauptströmungskanal 152, wobei der Verbindungskanal 166
dazu vorgesehen ist, den Kraftstoffstrom von dem Ringraum 158 zu dem Durchflußer
fassungskanal 164 in Richtung der Pfeile J zu leiten. Wie bei dem Durchflußerfas
sungskanal 124 enthält der Durchflußerfassungskanal 164 einen Ringraum 170, der
stromaufwärts des Durchflußerfassungskanal 164 angeordnet ist, der eine Kammer
bildet, deren Auslaß sich über 360° um den Eingang des Durchflußerfassungskanals
164 erstreckt. Der Strom, der durch den Verbindungskanal 166 geht, wird durch den
Ringraum 170 gleichmäßig verteilt, so daß eine Verteilung des Stroms erreicht wird,
wenn er in den Durchflußerfassungskanal 164 eintritt, wie durch Pfeile K dargestellt.
Dabei ist der Kraftstoffstrom, der durch den Durchflußerfassungskanal 164 strömt,
konstant, gleichförmig und gleichmäßig verteilt, wenn er an dem Fühlerelement 168 in
die Richtung der Pfeile L vorbeiströmt.
Stromabwärts des Fühlers 168 befindet sich die Kalibrieröffnung 172 zur Steuerung
des Ausgangs des Kraftstoffmengenflusses durch den Durchflußerfassungskanal 164.
Sobald der Kraftstoff durch die Kalibrieröffnung 172 strömt, wird er in Richtung der
Pfeile M durch den Rückleitungskanal 176 zu der Sammelkammer 174 geleitet, die
zwischen der Düse 154 und dem Hauptströmungskanal 172 ausgebildet ist. Aus der
Sammelkammer 174 wird der Kraftstoff durch Auslässe 178 in Richtung der Pfeile N
zurück in den Kraftstoffkanal 156 geleitet. Der Kraftstoff wird dann in die Richtung
von Pfeil O (Fig. 5) und in die Sammelkammer 148 geleitet. Sobald sich der Kraft
stoff in der Sammelkammer 148 befindet, umgibt er die Düse 116 und gelangt durch
die Auslässe 146 in den Luft-Hauptströmungskanal 104. Wie zuvor besprochen, ist
diese Möglichkeit der Luft-Kraftstoff-Mischung ähnlich jener, die in der US- Pa
tentanmeldung 581,961 offenbart ist. Darin wird das verdichtete Erdgas gleichmäßig
um einen Umfang der Düse 116 verteilt und geht sofort durch Auslässe 146 und wird
mit der Luft vermischt, die durch den Hauptströmungskanal 104 strömt. Dieses Ge
misch wird dann in bekannter Weise zu dem Verbrennungsmotor geleitet.
Daher wird gemäß dem Vorhergesagten eine Massendurchfluß- bzw. Mengen-Meß
vorrichtung zum verläßlichen Messen eines Luftmassendurchflusses und Gas- oder
Kraftstoffmassendurchflusses zu einem Verbrennungsmotor beschrieben. Zusätzlich
wird eine Vorrichtung beschrieben, die imstande ist, große und kleine Ströme mit dem
selben Basismeßfühler zu messen, der bei verschiedenen Motorkapazitäten verwen
det werden kann, der gegenüber stromaufwärtigen Strömungsbedingungen und der
besonderen Kanalgeometrie unempfindlich ist und von Meßfühler zu Meßfühler und
von Motor zu Motor wiederholgenau ist, so daß eine Austauschbarkeit in dem Be
reich möglich ist. Ferner wird oben eine eine Baueinheit bildende Meßfühlvorrich
tung beschrieben, die sowohl den Luftstrom zu einem Verbrennungsmotor als auch
den Kraftstoffstrom zu dem Verbrennungsmotor mißt und die für ein Vermischen des
Kraftstoffs mit der Luft sorgt, die zu dem Verbrennungsmotor geleitet wird.
Die Erfindung wurde zwar mit Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbei
spiel beschrieben, aber es sollte für den Fachmann offensichtlich sein, daß die Erfin
dung auf andere Weise als insbesondere hierin beschrieben wurde ausgeführt werden
kann, ohne vom Umfang und Wesen der Erfindung Abstand zu nehmen. Es versteht
sich daher, daß der Umfang und das Wesen der Erfindung nur durch die beiliegenden
Ansprüche begrenzt sind.
Claims (30)
1. Durchflußmeßfühler zum Erfassen eines Gasstroms zu einem Verbrennungsmotor
(10, 100), wobei der Meßfühler (36, 60) aufweist:
einen Hauptströmungskanal (104, 152) mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Leiten des Gasstroms zu dem Verbrennungsmotor (10, 100), wobei der Einlaß mit einer Quelle des Gases in Verbindung steht und der Auslaß mit dem Verbren nungsmotor (10, 100) in Verbindung steht oder daran anschließbar ist;
einen Nebenströmungskanal zum Abtrennen eines Teils des Gasstroms von dem Hauptströmungskanal (104, 152), wobei der Nebenströmungskanal einen Einlaß (121, 160), der den Hauptströmungskanal (104, 152) umgibt, und einen Durch flußerfassungsabschnitt aufweist;
einen Gasmengen- oder Gasmassendurchfluß-Meßfühler (126, 162), der in dem Durchflußerfassungsabschnitt des Nebenströmungskanals angeordnet ist; und
einen Rückleitungskanal zur Rückleitung des abgetrennten Teils des Gasstroms zu dem Hauptströmungskanal (104, 152).
einen Hauptströmungskanal (104, 152) mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Leiten des Gasstroms zu dem Verbrennungsmotor (10, 100), wobei der Einlaß mit einer Quelle des Gases in Verbindung steht und der Auslaß mit dem Verbren nungsmotor (10, 100) in Verbindung steht oder daran anschließbar ist;
einen Nebenströmungskanal zum Abtrennen eines Teils des Gasstroms von dem Hauptströmungskanal (104, 152), wobei der Nebenströmungskanal einen Einlaß (121, 160), der den Hauptströmungskanal (104, 152) umgibt, und einen Durch flußerfassungsabschnitt aufweist;
einen Gasmengen- oder Gasmassendurchfluß-Meßfühler (126, 162), der in dem Durchflußerfassungsabschnitt des Nebenströmungskanals angeordnet ist; und
einen Rückleitungskanal zur Rückleitung des abgetrennten Teils des Gasstroms zu dem Hauptströmungskanal (104, 152).
2. Durchflußmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas
Luft ist.
3. Durchflußmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas
Erdgas ist.
4. Durchflußmeßfühler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß sich die Strömungsrichtung des Durchflußerfassungsab
schnitts des Nebenströmungskanals im wesentlichen parallel zu der Strömungs
richtung des Hauptströmungskanals (104, 152) erstreckt.
5. Durchflußmeßfühler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Nebenströmungskanal ferner einen Verbindungsabschnitt
umfaßt, der zwischen dem Einlaß (121, 160) des Nebenströmungskanals und dem
Durchflußerfassungsabschnitt ausgebildet ist.
6. Durchflußmeßfühler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Meßfühler (36, 60) ferner ein Sensormittel aufweist, das
mit dem Durchflußerfassungsabschnitt in Verbindung steht, um einen Gasstrom
zu erfassen, der durch den Durchflußerfassungsabschnitt strömt.
7. Durchflußmeßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß
fühler (36, 60) ferner einen Ringraum (130, 170) aufweist, der um einen Einlaß
des Durchflußerfassungsabschnitts ausgebildet und stromaufwärts des Sensor
mittels angeordnet ist, um einen symmetrischen Gasstrom durch den Durch
flußerfassungsabschnitt zu erhalten.
8. Durchflußmeßfühler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Meßfühler (36, 60) ferner eine Kalibrieröffnung (132, 172) aufweist, die
stromabwärts des Sensormittels angeordnet ist.
9. Durchflußmeßfühler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Düse (116, 154) in dem Hauptströmungskanal (104, 152)
angeordnet ist, wobei die Düse (116, 154) einen Düseneinlaß und einen Düsen
auslaß aufweist, wobei der Außendurchmesser des Düseneinlasses kleiner als der
Innendurchmesser des Hauptströmungskanals (104, 152) ist und der Einlaß (121,
160) des Nebenströmungskanals zwischen dem Düseneinlaß und dem Haupt
strömungskanal (104, 152) ausgebildet ist.
10. Durchflußmeßfühler nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungseigenschaften der Kalibrieröffnung (132, 172) und der Düse
(116, 154) im wesentlichen gleich sind.
11. Vorrichtung mit mindestens einem Durchflußmeßfühler (36, 60) nach einem der
voranstehenden Ansprüche zum Erfassen eines Stroms von Luft und/oder von
Kraftstoff, insbesondere Erdgas, und einer Mischeinrichtung zum Mischen der
beiden Ströme und Bildung eines Kraftstoff/Luft-Gemisches für einen Verbren
nungsmotor (10, 100), wobei der Durchflußmeßfühler (36, 60) und die Misch
einrichtung eine Baueinheit bilden.
12. Vorrichtung, die eine Baueinheit bildet, zum Erfassen oder Messen eines Men
gen- oder Massenstroms von Luft und Kraftstoff zur Zuführung an einen Ver
brennungsmotor (10, 100) und zum Mischen des Kraftstoffs mit der Luft vor der
Abgabe eines Luft/Kraftstoff-Gemisches an den Verbrennungsmotor (10, 100),
insbesondere nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung (102) aufweist:
einen Luft-Hauptströmungskanal (104) mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Leiten eines Luftstroms zu dem Verbrennungsmotor (10, 100), wobei der Einlaß mit einer Quelle der Luft in Verbindung steht und der Auslaß mit dem Verbren nungsmotor (10, 100) in Verbindung steht oder daran anschließbar ist;
einen Luft-Nebenströmungskanal zum Abtrennen eines Teils des Luftstroms von dem Luft-Hauptströmungskanal (104), wobei der Luft-Nebenströmungska nal einen Einlaß (121), der den Luft-Hauptströmungskanal (104) umgibt, und einen Luft-Durchflußerfassungsabschnitt aufweist;
einen Luftmengen- oder Luftmassendurchfluß-Meßfühler (36), der in dem Luft-Durchflußerfassungsabschnitt des Luft-Nebenströmungskanals angeordnet ist;
einen Luftrückleitungskanal zur Rückleitung des abgetrennten Teils des Luft stroms zu dem Luft-Hauptströmungskanal (104);
einen Kraftstoff-Hauptströmungskanal (152) mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Leiten eines Kraftstoffstroms zu dem Luft-Hauptströmungskanal (104), wobei der Einlaß mit einer Quelle des Kraftstoffs in Verbindung steht oder daran anschließbar ist und der Auslaß mit dem Luft-Hauptströmungskanal (104) in Ver bindung steht;
einen Kraftstoff-Nebenströmungskanal zum Abtrennen eines Teils des Gas stroms von dem Kraftstoff-Hauptströmungskanal (152), wobei der Kraftstoff-Neben strömungskanal einen Einlaß (160), der den Hauptströmungskanal (152) umgibt, und einen Kraftstoff-Durchflußerfassungsabschnitt aufweist;
einen Kraftstoffmengen- oder Kraftstoffmassendurchfluß-Meßfühler (60), der in dem Kraftstoff-Durchflußerfassungsabschnitt des Kraftstoff-Nebenströmungs kanals angeordnet ist;
einen Kraftstoffrückleitungskanal zur Rückleitung des abgetrennten Teils des Kraftstoffstroms zu dem Kraftstoff-Hauptströmungskanal (152);
einen Kraftstoffmischkanal, der den Kraftstoff-Hauptströmungskanal (152) und den Luft-Hauptströmungskanal (104) verbindet, um den Kraftstoffstrom zu dem bzw. in den Luft-Hauptströmungskanal (104) zu leiten; und
mindestens einen Kraftstoffmischkanal zum Vermischen des Kraftstoffs mit der Luft in dem Luft-Hauptströmungskanal (104).
einen Luft-Hauptströmungskanal (104) mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Leiten eines Luftstroms zu dem Verbrennungsmotor (10, 100), wobei der Einlaß mit einer Quelle der Luft in Verbindung steht und der Auslaß mit dem Verbren nungsmotor (10, 100) in Verbindung steht oder daran anschließbar ist;
einen Luft-Nebenströmungskanal zum Abtrennen eines Teils des Luftstroms von dem Luft-Hauptströmungskanal (104), wobei der Luft-Nebenströmungska nal einen Einlaß (121), der den Luft-Hauptströmungskanal (104) umgibt, und einen Luft-Durchflußerfassungsabschnitt aufweist;
einen Luftmengen- oder Luftmassendurchfluß-Meßfühler (36), der in dem Luft-Durchflußerfassungsabschnitt des Luft-Nebenströmungskanals angeordnet ist;
einen Luftrückleitungskanal zur Rückleitung des abgetrennten Teils des Luft stroms zu dem Luft-Hauptströmungskanal (104);
einen Kraftstoff-Hauptströmungskanal (152) mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Leiten eines Kraftstoffstroms zu dem Luft-Hauptströmungskanal (104), wobei der Einlaß mit einer Quelle des Kraftstoffs in Verbindung steht oder daran anschließbar ist und der Auslaß mit dem Luft-Hauptströmungskanal (104) in Ver bindung steht;
einen Kraftstoff-Nebenströmungskanal zum Abtrennen eines Teils des Gas stroms von dem Kraftstoff-Hauptströmungskanal (152), wobei der Kraftstoff-Neben strömungskanal einen Einlaß (160), der den Hauptströmungskanal (152) umgibt, und einen Kraftstoff-Durchflußerfassungsabschnitt aufweist;
einen Kraftstoffmengen- oder Kraftstoffmassendurchfluß-Meßfühler (60), der in dem Kraftstoff-Durchflußerfassungsabschnitt des Kraftstoff-Nebenströmungs kanals angeordnet ist;
einen Kraftstoffrückleitungskanal zur Rückleitung des abgetrennten Teils des Kraftstoffstroms zu dem Kraftstoff-Hauptströmungskanal (152);
einen Kraftstoffmischkanal, der den Kraftstoff-Hauptströmungskanal (152) und den Luft-Hauptströmungskanal (104) verbindet, um den Kraftstoffstrom zu dem bzw. in den Luft-Hauptströmungskanal (104) zu leiten; und
mindestens einen Kraftstoffmischkanal zum Vermischen des Kraftstoffs mit der Luft in dem Luft-Hauptströmungskanal (104).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff
verdichtetes Erdgas ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Strömungsrichtung des Luft-Durchflußerfassungsabschnitts des Luft-Neben
strömungskanals im wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung des
Luft-Hauptströmungskanals (104) erstreckt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Luft-Nebenströmungskanal ferner einen Verbindungsabschnitt umfaßt, der
zwischen dem Einlaß (121) des Luft-Nebenströmungskanals und dem
Luft-Durchflußerfassungsabschnitt ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung (102) ferner ein Luft-Durchflußsensormittel aufweist, das mit
dem Luft-Durchflußerfassungsabschnitt in Verbindung steht, um einen Luft
strom zu erfassen, der durch den Luft-Durchflußerfassungsabschnitt strömt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung
(102) ferner einen Ringraum (130) aufweist, der um einen Einlaß des
Luft-Durchflußerfassungsabschnitts ausgebildet und stromaufwärts des Luft-Durch
flußsensormittels angeordnet ist, um einen symmetrischen Luftstrom durch den
Luft-Durchflußerfassungsabschnitt zu erhalten.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor
richtung (102) ferner eine Kalibrieröffnung (132) aufweist, die stromabwärts des
Luftsensormittels angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Düse (116) in dem Luft-Hauptströmungskanal (104) angeordnet ist, wobei
die Düse (116) einen Düseneinlaß und einen Düsenauslaß aufweist, wobei der
Außendurchmesser des Düseneinlasses kleiner als der Innendurchmesser des
Luft-Hauptströmungskanals (104) ist und der Einlaß des Luft-Nebenströmungs
kanals zwischen dem Düseneinlaß und dem Luft-Hauptströmungskanal (104)
ausgebildet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Strö
mungseigenschaften der Kalibrieröffnung (132) und der Düse (116) im wesentli
chen gleich sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Strömungsrichtung des Kraftstoff-Durchflußerfassungsabschnitts des
Kraftstoff-Nebenströmungskanals im wesentlichen parallel zu der Strömungs
richtung des Kraftstoff-Hauptströmungskanals erstreckt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kraftstoff-Nebenströmungskanal ferner einen Verbindungsabschnitt auf
weist, der zwischen dem Einlaß des Kraftstoff-Nebenströmungskanals und dem
Kraftstoff-Durchflußerfassungsabschnitt ausgebildet ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung (102) ferner ein Kraftstoff-Durchflußsensormittel aufweist, das
mit dem Kraftstoff-Durchflußerfassungsabschnitt in Verbindung steht, um einen
Kraftstoffstrom zu erfassen, der durch den Kraftstoff-Durchflußerfassungsab
schnitt strömt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung
(102) ferner einen Ringraum (170) aufweist, der um einen Einlaß des Kraftstoff-
Durchflußerfassungsabschnitts ausgebildet und stromaufwärts des Kraft
stoff-Durchflußsensormittels angeordnet ist, um einen symmetrischen Kraftstoffstrom
durch den Kraftstoff-Durchflußerfassungsabschnitt zu erhalten.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor
richtung (102) ferner eine Kalibrieröffnung (172) aufweist, die stromabwärts des
Kraftsensormittels angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Düse (154) in dem Kraftstoff-Hauptströmungskanal (152) angeordnet ist,
wobei die Düse (154) einen Düseneinlaß und einen Düsenauslaß aufweist, wo
bei der Außendurchmesser des Düseneinlasses kleiner als der Innendurchmesser
des Kraftstoff-Hauptströmungskanals (152) ist und der Einlaß des Kraft
stoff-Nebenströmungskanals zwischen dem Düseneinlaß und dem Kraftstoff-Haupt
strömungskanal (152) ausgebildet ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Strö
mungseigenschaften der Kalibrieröffnung (172) und der Düse (154) im wesentli
chen gleich sind.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Mehrzahl von Kraftstoffmischkanälen in einem Abschnitt des Luft-Haupt
strömungskanals (104) ausgebildet ist, um den Kraftstoff mit der Luft in dem
Luft-Hauptströmungskanal (104) zu mischen.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß
der Luftmengen- oder Luftmassendurchfluß-Meßfühler (36) und/oder der Kraft
stoffmengen- oder Kraftstoffmassendurchfluß-Meßfühler (60) nach einem der
Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
30. Verbrennungsmotor mit einer Vorrichtung (102) nach einem der Ansprüche 11
bis 29, wobei die Vorrichtung (102) an einen Einlaßkanal des Verbrennungsmo
tors (10, 100) angeschlossen ist.
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