DE19927818A1 - Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums - Google Patents

Abstract

Die Übereinstimmung mit einer Meßkennlinie einer Vorrichtung zur Luftmassenmessung wird durch Pulsationen, Verschmutzung und schlechtes Strömungsverhalten gestört. Eine Verbesserung des Meßverhaltens der Vorrichtung (1) wird durch aufeinander abgestimmte Maßnahmen zur Reduzierung dieser Störeinflüsse erreicht, indem sich der Strömungsquerschnitt eines Einlaßkanals (13) in einer Strömungsrichtung (25) im Einlaßkanal (13) hin zu einem Umlenkkanal (15) verjüngt und eine Randfläche (20) eines ersten Teilstücks (16) des Umlenkkanals (15) geneigt ausgebildet ist und zumindest eine Außenfläche eines Sensorträgers (9) mit einer einem Auslaßkanal (19) näheren Randfläche (27) des Einlaßkanals (13) einen bündigen Übergang bildet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums nach der Gattung des Anspruchs 1.

Es ist schon eine Vorrichtung mit einem Meßkanal bekannt (DE 197 35 891 A1), in dem ein Meßelement untergebracht ist, das dort von dem einströmenden Medium umströmt wird. Das strömende Medium strömt von einem Einlaßkanal zunächst in einen Umlenkkanal, der einen größeren Strömungsquerschnitt als der Einlaßkanal und ein rechtwinkliges Eck aufweist, so daß ein abrupter Strömungsübergang in Form einer Stufe zum Einlaßkanal vorhanden ist. Anschließend gelangt das Medium vom Umlenkkanal von der Ecke umgelenkt entlang der Randfläche des Umlenkkanals in einen sich quer anschließenden Auslaßkanal und verläßt diesen aus einer Auslaßöffnung, um sich mit dem um die Vorrichtung vorbeiströmenden Medium wieder zu vermischen.

Eine Einlaß- und Auslaßkanal-Längsachse sind um einen vorgegebenen Winkel gegenüber der Leitungs-Längsachse geneigt, so daß der Einlaßkanal einen von einer Hauptströmungsrichtung abgeschatteten Bereich aufweist. Das Meßelement ist in dem abgeschatteten Bereich des Meßkanals angeordnet, um Verschmutzung und entstehende Defekte des Meßelementes zu vermeiden.

Schmutzpartikel, die mit dem strömenden Medium in den Einlaßkanal gelangen, können das Meßelement zerstören, wenn die Schmutzpartikel mit dem Meßelement kollidieren. Insbesondere wenn mikromechanische Bauteile, wie sie beispielsweise in der DE 43 38 891 A1 beschrieben sind, als Meßelemente Verwendung finden, können die Schmutzpartikel auf einer relativ dünn ausgebildeten Membran auftreffen und diese nachhaltig schädigen. Daher kann es zu einem erhöhtem Verschleiß des Meßelementes und zu einem vorzeitigem Ausfall kommen. Ferner können sich Öl- oder fetthaltige Schmutzpartikel auf dem Meßelement, insbesondere auf dessen Membran niederschlagen, die als Haftvermittler für Festkörperpartikel, z. B. Staub, dienen und das Meßelement nachhaltig verschmutzen. Durch die Verschmutzung ist die Wärmekopplung zwischen dem Meßelement und dem strömenden Medium gestört, so daß sich eine Verschiebung einer Meßkennlinie ergibt, was zwangsläufig zu Meßfehlern und damit zu einer fehlerhaften Ansteuerung der Brennstoffeinspritzventile führt.

Aus der DE 196 23 334 A1 ist bekannt, daß der Einlaßkanal einer solchen Vorrichtung einen rechteckförmigen Querschnitt hat, wobei zwei dem plättchenförmigen Meßelement zugewandte Seitenflächen schräg verlaufend ausgebildet sind, so daß sich in Strömungsrichtung des Mediums im Einlaßkanal eine Verjüngung des Einlaßkanals ergibt. Eine quer zu den Seitenflächen verlaufende Oberfläche des Einlaßkanals, aus der das Meßelement herausragt und eine der Oberfläche gegenüberliegende Unterfläche des Einlaßkanals verlaufen dabei plan bzw. parallel mit gleichbleibendem Abstand zueinander. Eine mit einem derartigen Einlaßkanal ausgestattete Vorrichtung ist auch aus dem SAE-Paper 950433 (International Congress and Exposition Detroit, Michigan, February 27 - March 2, 1995, reprinted from: Electronic Engine Controls 1995 (SP-1082)) bekannt. Wie der Schnittdarstellung auf Seite 108 in Fig. 7 oberes Bild entnehmbar ist, wird der Einlaßkanal und der Umlenk-/Auslaßkanal im wesentlichen aus zwei Teilen gebildet, wobei ein im folgenden als Bodenteil bezeichnetes Teil mit dem Meßelement eine Seitenfläche, eine Oberfläche und eine Unterfläche des Meßkanals enthält. Ein anderes Teil besitzt nur die zweite Seitenfläche vom Meßkanal und bildet somit ein Deckelteil. Der Bodenteil und der Deckelteil sind aus Kunststoff in Kunststoffspritzgußtechnik hergestellt. Bedingt durch die verjüngende Gestaltung der Seitenflächen des Einlaßkanals ergibt sich eine zunehmende Wanddicke in Strömungsrichtung.

Bei einer Brennkraftmaschine treten durch ein Öffnen und ein Schließen der Einlaßventile der einzelnen Zylinder erhebliche Schwankungen beziehungsweise Pulsationen der Strömung auf, deren Stärke abhängig von der Ansaugfrequenz der einzelnen Kolben beziehungsweise von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Die Pulsationen der Strömung pflanzen sich von den Einlaßventilen über die Ansaugleitung bis zum Meßelement im Einlaßkanal und darüber hinaus fort. Die Pulsationen bewirken, daß abhängig von der Stärke der Pulsationen durch eine thermische Trägheit und Richtungsunempfindlichkeit des Meßelements dieses ein Meßergebnis bereitstellt, das erheblich von der im Mittel im Einlaßkanal herrschenden Strömungsgeschwindigkeit und der daraus errechenbaren Ansaugluftmasse der Brennkraftmaschine abweichen kann. Der Einlaßkanal und der Umlenk-/Auslaßkanal sind in ihren Abmessungen derart aufeinander abgestimmt, daß bei pulsierender Strömung in der Ansaugleitung die aufgrund der Strömungsschwankungen auftretende Fehlanzeige des Meßelements minimal ist. Dennoch kann es bei hohen Pulsationsfrequenzen und signifikanter Pulsationsamplitude aufgrund von strömungsakustischen Vorgängen im Umlenkkanal zu einer Fehlanzeige der Ansaugluftmasse kommen. Diese Fehlanzeige entsteht insbesondere dadurch, daß bei pulsierender Strömung stromabwärts des Meßelements an der Stufe zwischen dem Ausgang des Einlaßkanals und der Ecke am ersten Teilstück des Umlenkkanals eine Druckwelle auftreten kann, welche an der Randfläche des Umlenkkanals am Eck reflektiert wird, so daß durch einen Rückkopplungseffekt ein Meßsignal des Meßelements gestört wird.

Aus der DE 197 41 031 A1 ist eine Meßvorrichtung mit einem Einlaßkanal bekannt, in der durch Gestaltung zweier Wände des Einlaßkanals weiterhin eine Beschleunigung der Strömung im Einlaßkanal beibehalten werden kann, die bekanntermaßen zu einer Stabilisierung der Strömung des Mediums im Einlaßkanal, insbesondere am Einlaß, führt.

Die bekannten Vorrichtungen haben jedoch mindestens zwei der folgenden Nachteile:
sie bieten keinen ausreichenden Schutz des Meßelementes vor Schmutz,
eine Umströmung des Sensorträgers und eine schlechte Stabilisierung der Strömung im Einlaßkanal führen zu Streuungen im Meßsignal,
Verjüngung des Einlaßkanals in nur einer Richtung, d. h. an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden,
verbesserungsfähiges bzw. keine Maßnahmen zum verbesserten Pulsatsionverhalten,
produktionstechnische Nachteile: die gesamte Meßvorrichtung müßte für einen verbesserten Schutz vor Schmutz gekippt werden, mit den daraus resultierenden Änderungen im Meßstutzen, in den die Meßvorrichtung eingesteckt wird,
aufgrund der zunehmenden Wanddicke des Kunststoffes kommt es zu unterschiedlichen Abkühlungsgeschwindigkeiten und Materialanhäufungen, die insbesondere zu Einsenkungen an den Seitenflächen des Meßkanals führen können und bei einer vorgesehenen Massenherstellung der Vorrichtung zur Folge hätten, daß mehr oder weniger starke Streuungen der erzielbaren Meßgenauigkeit der Vorrichtungen auftreten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise das Meßverhalten durch Reduzierung systematischer und statischer Fehler, wie Pulsation der Strömung, verringerte Verschmutzung und verbessertes Strömungsverhalten des Mediums, verbessert wird.

Durch die in den Ansprüchen 2-23 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 beschriebenen Vorrichtung möglich.

Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 7, 21 haben den Vorteil, daß sie die Stabilisierung der Strömung im Meßkanal verbessern, während die Merkmale der Ansprüche 8 bis 11, 22 und 23 den Schutz vor Schmutzpartikeln verbessern, und die Merkmale der Ansprüche 12 bis 18 eine Verbesserung des Pulsationsverhalten bewirken.

Die Abdichtung des Sensorträgers am Bypass-Deckel, die Verjüngung, die stromlinienförmige Ausbildung aller 4 Randflächen des Einlaßkanals und die S-förmige Ausbildung des Meßkanals stabilisieren die Strömung im Meßkanal.

Durch die schrägen Vorderkanten des Sensorträgers und durch die Neigung des Einlaßkanals hervorgerufene Querströmungskomponente tangential zur jeweiligen Kante des Sensorträgers werden flüssige und feste Verunreinigungen während des Betriebes abgetragen. Der abgeschattete Bereich verhindert eine weitere Anhäufung von Schmutzpartikeln. Eine geeignete Ausbildung einer Kante des Bug des Meßgehäuses und einer Seitenwand der Einlaßöffnung tragen dazu bei, daß Schmutzpartikel von der Einlaßöffnung weg reflektiert werden.

Fehlanzeigen bei hohen Pulsationsfrequenzen werden dadurch reduziert, daß in einem Umgebungsbereich der Auslaßöffnung eine Erhebung vorgesehen ist und eine Randfläche eines ersten Teilstücks des Umlenkkanals zur Strömungsrichtung im Meßkanal hin geneigt ausgebildet ist. Eine im Umlenkkanal vorgesehene Strömungsverbindung zur Außenströmung in der Ansaugleitung in Form einer Öffnung, reduziert eine eventuell im Umlenkkanal noch vorhandene Reststörung der Druckwelle.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Luftmassen im eingebauten Zustand,

Fig. 2 den Einlaß-, Umlenk- und Auslaßkanal im Meßgehäuse,

Fig. 3 einen bündigen Übergang von Sensorträger und Meßkanal,

Fig. 4, 5 jeweils einen Schnitt von Fig. 1,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse an der strömungsaufwärtigen Stirnseite des Sensorträgers,

Fig. 7, 8 weitere Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

und Fig. 9 verschiedene Anordnungen von Sensorträger und Meßelement.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist schematisch gezeigt, wie eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einer Leitung 2, in dem das zu messende Medium strömt, eingebaut ist.

Die Vorrichtung 1 zur Luftmassenmessung besteht aus einem Meßgehäuse 6, gekennzeichnet durch ein unteres gestrichelt gezeichnetes Rechteck, und einem Trägerteil 7, gekennzeichnet durch ein oberes gestrichelt gezeichnetes Rechteck, in dem z. B. die Auswerteelektronik untergebracht ist. Das Meßgehäuse 6 und das Trägerteil 7 haben eine gemeinsame Längsachse 8, die z. B. auch die Mittelachse sein kann. Die Vorrichtung 1 ist in eine Wandung 5 der Leitung 2 beispielsweise steckbar eingeführt. Die Wandung 5 begrenzt einen Strömungsquerschnitt in dessen Mitte sich in Richtung des strömenden Mediums, parallel zur Wandung 5 eine Mittelachse 4 erstreckt. Die Richtung des strömenden Mediums, im folgenden als Hauptströmungsrichtung bezeichnet, ist durch entsprechende Pfeile 3 gekennzeichnet und verläuft dort von links nach rechts.

Fig. 2 zeigt das Meßgehäuse 6 mit einem Meßkanal 40 und das Trägerteil 7 ohne einen den Meßkanal 40 schließenden Deckel 49. Der Meßkanal 40 wird durch ein Bodenteil 42 und einen Deckel 49 (Fig. 3) gebildet. Die Hauptströmungsrichtung 3 des Mediums ist durch Pfeile gekennzeichnet. Der Meßkanal besteht aus einem Einlaßkanal 13, einem Umlenkkanal 15, der sich wiederum in einen ersten Teil 16 und zweiten Teil 17 aufteilt, und einem Auslaßkanal 19. Die Strömungsrichtung 25, 26 im Einlaß- 13 und Auslaßkanal 19 sind ebenfalls durch Pfeile gekennzeichnet. Die Einlaßkanalmittellinie 23 ist hier gekrümmt, da die Randflächen 35 des Einlaßkanals 13 stromlinienförmig ausgebildet sind. Die Auslaßkanalmittellinie 22 ist hier eine Gerade.

Im vorderen Bereich 39 des Meßkanals 40 vor einer Einlaßöffnung 11, durch die das Medium einströmt, ist ein Strömungshindernis 24 vorgesehen, das eine meßkanalwirksame, definierte Strömungsablösung bewirkt. Dies ist in der DE 44 41 874 A1 näher erläutert und soll Teil dieser Offenbarung sein.

Ein Bug 69 des Meßgehäuses 6 ist so geformt, daß feste oder flüssige Teilchen von der Einlaßöffnung 11 weg reflektiert werden. Hierfür ist der Bug 69 zum Trägerteil 7 entgegengerichtet geneigt.

Eine gestrichelt gezeichnete Fläche 34, die parallel zur Hauptströmungsrichtung 3 verläuft, bildet mit der dem Trägerteil 7 zugewandten Randfläche des Einlaßkanals einen abgeschatteten Bereich 33, in den nur wenige oder keine Schmutzpartikel oder Flüssigkeiten gelangen.

Im ersten Teil 16 des Umlenkkanals 15 ist eine Randfläche 20 um einen Winkel δ entgegen der Hauptströmungsrichtung 3 geneigt. Der Winkel δ kann im Bereich von etwa 30 bis 60 Grad liegen, idealerweise bei etwa 45 Grad. Der Einfluß dieser Ausbildung ist in DE 196 23 334 A1 näher beschrieben und soll Teil dieser Offenbarung sein. Die Randfläche 20 hat eine Tiefe tr (Fig. 4) und eine senkrecht dazu verlaufende Breite br, die zumindest 2/3 der Breite b der Einlaßöffnung 11 des Einlaßkanals 13 entspricht. Die Randfläche 20 besitzt senkrecht zur Breite br eine Tiefe tr, die vorzugsweise etwa der Tiefe t des Meßkanals 13 senkrecht zu seiner Breite b an der Einlaßöffnung 11 entspricht. Es ist aber auch möglich, die Randfläche 20 mit einer Tiefe tr auszubilden, die etwas geringer ist als die Tiefe t der Einlaßöffnung 1 des Einlaßkanals 13. Anschließend an die Randfläche 20 verläuft die Wandung des ersten Teilstücks 16 etwa in Richtung der Längsachse 8.

Im zweiten Teilstück 17 des Umlenkkanals 15 ist eine Öffnung 18 vorgesehen, die eine Verbindung zu einem die Vorrichtung 1 umströmenden Medium herstellt. Es können auch mehrere Öffnungen sein. Die Öffnung bzw. Öffnungen können sich auch im ersten oder im ersten Teil 16 und zweiten Teil 17 des Umlenkkanals 15 befinden. Die Öffnung/Öffnungen kann/können sich an den Seitenwänden 41 befinden und/oder zu einer unteren Außenfläche 21 des den Meßkanal 40 aufweisenden Meßgehäuses 6 der Vorrichtung 1 führen, um die Verbindung zur Leitung 2 herzustellen. Am Ende des Auslaßkanals 19 befindet sich die Auslaßöffnung 12, deren Fläche einen Winkel χ mit der Hauptströmungsrichtung 3 bildet, durch die das Medium den Meßkanal wieder verläßt. Die Auslaßöffnung 12 hat einen größeren Querschnitt als der Auslaßkanal 19, wodurch das Pulsationsverhalten verbessert wird.

Der Sensorträger 9 ragt in den Einlaßkanal 13 und in diesem Beispiel zum Teil in eine Aussparung 38, die in der dem Auslaßkanal 19 näheren Randfläche 27 des Einlaßkanals 13 vorgesehen ist, hinein. Eine sich an einem den Einlaß 13-, Umlenk 15- und Auslaßkanal 19 schließenden Deckel 49 (Fig. 3) befindliche Schottwand 52 bildet einen bündigen Übergang 50 mit einem Teil einer dem Deckel 49 zugewandten eine Außenfläche bildenden Seite des Sensorträgers 9 und greift so in die Aussparung 38 ein, daß sie die Randfläche 27 im Bereich der Aussparung 38 fortsetzt, damit dort keine Umströmung des Sensorträgers 9 stattfindet.

Das Meßelement 10 ist in dem Sensorträger 9 untergebracht und liegt sinnvollerweise im abgeschatteten Bereich 33. Der Aufbau eines derartigen Meßelements 10 ist dem Fachmann zum Beispiel aus der DE 195 24 634 A1 hinreichend bekannt, deren Offenbarung Bestandteil der hier vorliegenden Patentanmeldung sein soll. Im Bodenteil 42 des Meßgehäuses sind in einigen Bereichen zwischen Wänden des Meßkanals 40 und Außenflächen des Meßgehäuses 6 Vertiefungen 53 vorgesehen, die eine z. T. konstante bzw. eine Reduzierung der Wandstärke der Randflächen des Meßkanals 40 bewirken.

Fig. 3 zeigt zwei Beispiele wie ein bündiger Übergang 50 zwischen einer Außenfläche des Sensorträgers 9 und einer Randfläche 54 des Einlaßkanals 13 erzielt wird. Die Darstellung ergibt sich durch einen Schnitt entlang der Längsachse 8. Im ersten Beispiel, Fig. 3a), ist keine Aussparung in der Randfläche 54 des Einlaßkanals 13 vorhanden. Zwischen einer Stirnseite 47 des Sensorträgers 9 und einer dem Auslaßkanal 19 näheren Randfläche 54 des Einlaßkanals 13 befindet sich ein Abdichtmittel 48, das den eventuell durch Toleranzen vorhandenen Spalt 56 füllt und so den bündigen Übergang 50 bildet, so daß dort keine Unterströmung stattfindet. Alternativ kann man das Abdichtmittel 48 auch um den Sensorträger 9 auf Höhe der Stirnseite 47, also um den durch Toleranzen vorhandenen Spalt 56, herum aufbringen. Der Spalt 56 ist damit verschlossen und bildet so den bündigen Übergang 50, so daß dort keine Unterströmung stattfindet.

In Fig. 3b) ist eine Aussparung 38 in der dem Auslaßkanal 19 näheren Randfläche 54 des Einlaßkanals 13 vorhanden, in die der Sensorträger 9 mit seiner Stirnseite 47 hineinragt. Die sich an dem den Einlaß 13-, Umlenk 15- und Auslaßkanal 19 schließenden Deckel 49 befindliche Schottwand 52 greift so in die Aussparung 38 ein, daß sie die stromlinienförmige Randfläche 35 des Einlaßkanals 13 im Bereich 27 der Aussparung 38 fortsetzt. Zwischen einer Stirnseite der Schottwand 52 und einer dem Deckel 49 zugewandten Außenfläche bildenden Seite des Sensorträgers 9 befindet sich ein Abdichtmittel 48, das den eventuell durch Toleranzen vorhandenen Spalt 56 füllt und so den bündigen Übergang 50 bildet. Alternativ kann man das Abdichtmittel 48 auch um den Sensorträger 9 auf Höhe der Randfläche 54, also um den durch Toleranzen vorhandenen Spalt 56, herum aufbringen. Der Spalt 56 ist damit verschlossen und bildet so den bündigen Übergang 50, so daß dort keine Unterströmung stattfindet. Nicht notwendigerweise befindet zwischen Sensorträger 9 und einer dem Meßelement 10 entfernteren Randfläche in der Aussparung 38 des Einlaßkanals 13 ebenfalls ein Abdichtmittel 48.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV angegeben in der Fig. 2 mit Deckel 49 die durch den abgeschatteten Bereich 33 verläuft.

Der Einlaßkanal 13 der Vorrichtung 1 besitzt eine quaderförmige Gestalt und verläuft entlang einer mittig im Einlaßkanal 13 verlaufenden Einlaßkanalmittellinie 23 von einer zum Beispiel einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Einlaßöffnung 11 zu einer beispielsweise ebenfalls einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Ausströmöffnung 14. Die Vorrichtung 1 ist in der Leitung 2 vorzugsweise so eingebaut, daß eine senkrechte Projektion der Einlaßkanalmittellinie 23 in Richtung der Mittellinie 4 auf eine zur Längsachse 8 senkrecht stehende Ebene parallel zur Mittellinie 4 verläuft. Es ist aber auch möglich, wie in der Fig. 4 durch eine gestrichelt eingezeichnete Linie 55 gekennzeichnet, die Vorrichtung 1 mit um die Längsachse 8 gedrehter Einbaulage einzubauen, so daß die Linie 55 mit der Mittellinie 4 einen Winkel γ von wenigen Grad einschließt.

Eine Aufnahme 57 für das Meßelement 10 ist einseitig im Sensorträger 9 ausgespart. Das Meßelement 10 und die beiden in etwa parallel zur Meßkanalmittellinie 23 verlaufenden Seitenflächen 58 des Sensorträgers 9 werden somit vom Medium umströmt.

Die Seitenflächen 73, 74 des Meßkanals 40 verlaufen schräg zu einer von der Meßkanalmittellinie 23 und der Längsachse 8 aufgespannten Ebene 75 und schließen mit dieser einen spitzen Winkel ein, so daß sich der Einlaßkanal 13 in Hauptströmungsrichtung 3 gesehen, axial verjüngt, um mit einem kleinsten Querschnitt an der Ausströmöffnung 14 in ein erstes Teilstück 16 des Umlenkkanals 15 zu münden.

Die Verjüngung bewirkt, daß im Bereich des Meßelements 10 eine möglichst ungestörte, gleichmäßige Parallelströmung herrschen kann. Um Strömungsablösungen im Bereich der Einlaßöffnung 11 zu vermeiden, besitzt die Einlaßöffnung 11 des Einlaßkanals 13 eine in Fig. 5 dargestellte, abgerundete Kante 78.

Das Meßelement 10 ist dabei in der Aufnahme 57 strömungsabwärts an der engsten Stelle des Einlaßkanals 13 beziehungsweise stromaufwärts der Ausströmöffnung 14 im Einlaßkanal 13 angeordnet.

Der aus erstem Teilstück 16 und zweitem Teilstück 17 zusammengesetzte Umlenkkanal 15 hat vorzugsweise einen rechteckförmigen Querschnitt, der in etwa der Querschnittsfläche der Einlaßöffnung 11 des Einlaßkanals 13 entspricht, so daß sich an der Ausströmöffnung 14 zwischen dem Einlaßkanal 13 und dem Umlenkkanal 15 der Strömungsquerschnitt an einer Stufe 76 abrupt vergrößert.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 2, jedoch ohne Sensorträger 9, mit einem vorderen Bereich 39, der sich vor der Einlaßöffnung 11 befindet. Eine Seitenwand 77 des Einlaßkanals 13 besitzt im vorderen Bereich 39 eine Kante 78. Diese Kante ist so angeschrägt, daß anströmende Teilchen, wie z. B. Schmutz oder Flüssigkeiten, von der Einlaßöffnung 11 weg reflektiert werden. Zu erkennen ist auch die Verjüngung des Einlaßkanals 13 durch die Seitenfläche 73. Die gegenüberliegende Seitenfläche der Seitenfläche 73 wird von dem Deckel 49 (Fig. 3) gebildet. In der dem Auslaßkanal 19 näheren Randfläche des Einlaßkanals 13 befindet sich die Aussparung 38. Die Stufe 76 hat bspw. eine Höhe von 1 mm und konnte durch die Verjüngung aller Randflächen des Einlaßkanals 13 gegenüber dem Vorgängermodell der Vorrichtung 1 reduziert werden, um dickere Wandstärken und die damit verbundenen Herstellungsprobleme zu vermeiden.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse an einer strömungsaufwärtigen Stirnseite 81 des Sensorträgers 9, der dort durch zumindest eine schneidartige Querseite 81 abgeschrägt ist, mit den Strömungskomponenten 51, die in der Schrägfläche 81 liegt, und 59 der Strömungsrichtung 25 im Einlaßkanal 13. Die Querströmungskomponente 51 übt auf an der Schrägfläche 81 anhaftende Schmutzpartikel eine in Fig. 6 nach oben gerichtete Kraft aus. Dieser Effekt ist dem Fachmann aus DE 197 35 891 A1 bekannt und soll Teil dieser Offenbarung sein.

Die Fig. 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Eine Abrißkante 62 in Fig. 7 kann scharfkantig oder einen sehr kleinen Krümmungsradius aufweisen. In beiden Fällen überragt eine Erhebung 60 jeweils ein bezüglich der Hauptströmungsrichtung 3 strömungsaufwärtiges Ende 63 der Auslaßöffnung 12. Anders ausgedrückt schneidet eine die Abrißkante berührende, sich senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung 3 der Leitung 2 erstreckende Ebene 64 die Auslaßöffnung 12. Vorzugsweise weist die Erhebung 60 eine im wesentlichen dreieckförmige Querschnittskontur auf, wobei eine Ecke der dreieckförmigen Querschnittskontur die Abrißkante 62 bildet und eine weitere Ecke der dreieckförmigen Querschnittskontur mit dem bezüglich der Hauptströmungsrichtung 3 strömungsaufwärtigen Ende 63 der Auslaßöffnung 12 zusammenfällt.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt, wobei die Erhebung 60 in einem der Hauptströmungsrichtung 3 abgewandten Umgebungsbereich 68 der Auslaßöffnung 12 angeordnet ist. Dabei ist die Erhebung 60 wellenförmig ausgeformt und ist in einem der Hauptströmungsrichtung 3 zugewandten Stirnbereich 66 abgerundet. Die Erhebung 60 ist stetig gekrümmt und geht im bezüglich der Hauptströmungsrichtung 3 strömungsabwärtigen Bereich 65 ohne Kantenbildung in eine Ebene 21 über. Beim Anbringen der Erhebung strömungsaufwärtig der Auslaßöffnung wird der Pulsationsfehler in Richtung einer Minderanzeige verschoben und der als systematischer Meßfehler auftretender Pulsationsfehler wird kompensiert. Umgekehrt wird bei der Anordnung der Erhebung in Hauptströmungsrichtung 3 strömungsabwärts der Auslaßöffnung 12 der Pulsationsfehler in Richtung einer Mehranzeige verschoben. Es kommt dabei im Bereich der Erhebung zu einer relativ geringen Verwirbelung der Strömung und die Erhebung setzt der Hauptströmung der Leitung 2 einen relativ geringen Strömungswiderstand entgegen.

In dem Stirnbereich 66 der Erhebung 60 wird ein Staudruck aufgebaut, welcher die Durchströmung des Meßkanals 40 erschwert. Im Fall einer Rückströmung in der Leitung 2 entgegen der Hauptströmungsrichtung 3 wird einer Durchströmung des Meßkanals 40 in Rückströmungsrichtung entgegengewirkt.

Fig. 9 zeigt verschiedene Anordnungen von Sensorträger 9 und Meßelement 10 innerhalb des Meßgehäuses 6, das gestrichelt gezeichnet angedeutet ist. In Fig. 9a) ist der Sensorträger 9 z. B. wie in Fig. 2 angeordnet: Eine Längsachse 8 des Sensorträgers 9 steht senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 3 und eine Längsachse 45 des Meßelementes 10 verläuft parallel zur Längsachse 8. In der Fig. 9a) ist das Meßelement 10 mit seiner Längsachse 45 in dem Sensorträger 9 jedoch um einen Winkel ϕ von der Längsachse 8 geneigt angeordnet.

In Fig. 9b) ist die Längsachse 46 des Sensorträgers 9 um einen Winkel ε von der Längsachse 8 geneigt angeordnet. Eine Längsachse des Meßelementes 10 verläuft parallel zur Längsachse 8. Mit diesen Anordnungen kann das Anström- und Umströmungsverhalten des Meßelementes 10 und des Sensorträgers 9 weiter verbessert werden.

Claims (23)

1. Vorrichtung (1) zum Messen der Masse eines in einer Leitung (2) entlang einer Hauptströmungsrichtung (3) strömenden Mediums, insbesondere der Luftmasse für eine Brennkraftmaschine, mit einem in der Leitung (2) vorgesehenen Meßgehäuse (6), das mit einem Trägerteil (7) verbunden ist, deren gemeinsame Längsachse (8) senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (3) verläuft,
mit einem Meßkanal (40) im Meßgehäuse (6), der sich von einer Einlaßöffnung (11) und einem Einlaßkanal (13), an den sich ein erstes Teilstück (16) eines Umlenkkanals (15) anschließt, in welches das Medium vom Einlaßkanal (13) strömt und von einer Randfläche (20) des ersten Teilstücks (16) in ein zweites Teilstück (17) des Umlenkkanals (15) umgelenkt wird, über einen Auslaßkanal (19) zu einer an einer Außenfläche (21) des Meßgehäuses (6) in die Leitung (2) ausmündenden Auslaßöffnung (12) erstreckt, wobei zumindest ein Teil der Einlaßkanalmittellinie (23) und zumindest ein Teil der Auslaßkanalmittellinie (22) geneigt gegenüber der Hauptströmungsrichtung (3) des Mediums verlaufen, und mit einem in dem Meßkanal (40) befindlichen an einem Sensorträger (9) angeordneten vom strömenden Medium umströmten Meßelement (10),
dadurch gekennzeichnet, daß
sich der Strömungsquerschnitt des Einlaßkanals (13) in Hauptströmungsrichtung (3) hin zum Umlenkkanal (15) verjüngt, und
die Randfläche (20) des ersten Teilstücks (16) des Umlenkkanals (15) in der Projektion einer Ausströmöffnung (14) des Einlaßkanals (13) in Strömungsrichtung (25) im Einlaßkanal (13) auf die gegenüberliegende Wandung des ersten Teilstücks (16) liegt und der Strömungsrichtung (25) im Einlaßkanal (13) entgegen geneigt ausgebildet ist, und
zumindest eine Außenfläche des Sensorträgers (9) mit einer dem Auslaßkanal (19) näheren Randfläche (27) des Einlaßkanals (13) einen bündigen Übergang (50) bildet, damit dort keine Umströmung des Sensorträgers (9) stattfindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnseite (47) des Sensorträgers (9) als eine Außenfläche bündig mit der dem Auslaßkanal (19) näheren Randfläche (27) des Einlaßkanals (13) abschließt, damit dort keine Umströmung des Sensorträgers (9) stattfindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aussparung (38) in der dem Auslaßkanal (19) näheren Randfläche (27) des Einlaßkanals (13) vorgesehen ist, in die der Sensorträger (9) teilweise hineinragt, und eine sich an einem den Einlaß (13)-, Umlenk (15)- und Auslaßkanal (19) schließenden Deckel (49) befindliche Schottwand (52) einen bündigen Übergang (50) mit einem Teil einer dem Deckel (49) zugewandten eine Außenfläche bildenden Seite des Sensorträgers (9) bildet, und so in die Aussparung (38) eingreift, daß sie die Randfläche (27) im Bereich der Aussparung (38) fortsetzt, damit dort keine Umströmung des Sensorträgers (9) stattfindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß um den Sensorträger (9) auf Höhe der Stirnseite (47) des Sensorträgers (9) herum oder zwischen der Stirnseite (47) des Sensorträgers (9) und der dem Auslaßkanal (19) näheren Randfläche (27) des Einlaßkanals (13), also in einen Spalt (56); bzw. um die Schottwand (52) auf Höhe einer Randfläche (54) des Einlaßkanals (13) herum oder zwischen der Stirnseite der Schottwand (52) und dem der Stirnseite der Schottwand (52) gegenüberliegenden Teil des Sensorträgers (9), also in einen Spalt (56), ein Abdichtmittel (48) aufgebracht ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite (47) des Sensorträgers (9) als eine Außenfläche mit der dem Auslaßkanal (19) näheren Randfläche (27) des Einlaßkanals (13) durch z. B. einen Laser oder Ultraschall verschweißt wird, damit dort keine Umströmung des Sensorträgers (9) stattfindet.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der den Einlaßkanal (13) und/oder Umlenkkanal (15) und/oder den Auslaßkanal (19) umschließenden Oberflächen (35) stromlinienförmig ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teilstück (16) des Umlenkkanals (15) derart ausgebildet ist, daß der Strömungsquerschnitt des Meßkanals (40) stromabwärts der Ausströmöffnung (14) zwischen Einlaß (13)- und Umlenkkanal (15) sich abrupt vergrößert und eine Stufe (76) bildet.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgeschatteter Bereich (33) durch eine dem Auslaßkanal (19) entferntere Randfläche (27) des Einlaßkanals (13) und eine imaginäre Bodenfläche (34) begrenzt wird, auf der die Längsachse (8) des Trägerteils (7) senkrecht steht, und die parallel zur Hauptströmungsrichtung (3) verlaufend im Einlaßkanal (13) oder einem Bereich davor einen oder mehrere Punkte der dem Auslaßkanal (19) entfernteren Randfläche des Einlaßkanals (13) tangiert, der den größten Abstand zur gegenüberliegenden Randfläche hat, und das Meßelement (10) in dem abgeschatteten Bereich (33) liegt.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie (4) der Leitung (2), die parallel zur Hauptströmungsrichtung (3) verläuft, im Einlaßkanal (13) oder einem Bereich davor einen oder mehrere Punkte der dem Auslaßkanal (19) entfernteren Randfläche des Einlaßkanals tangiert, der den größten Abstand zur gegenüberliegenden Randfläche hat.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine strömungsaufwärtige Stirnseite (36) und eine Querseite (81) des Sensorträgers (9) aerodynamisch geformt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsaufwärtige Querseite (81) des Sensorträgers (9) so ausgerichtet ist, daß das Medium auf der strömungsaufwärtigen Querseite (81) mit einer Querströmungskomponente (51) an der Querseite (81) auftrifft, die in der Ebene der aerodynamisch geformten Querseite (81) des Sensorträgers (9) liegt.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Randfläche (20) des ersten Teilstücks (16) des Umlenkkanals (15) entgegen der Strömungsrichtung (25) im Einlaßkanal (13) um einen von der Randfläche (20) und der Hauptströmungsrichtung (3) eingeschlossenen Winkel δ geneigt ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Auslaßöffnung (12) aufweisende Außenfläche (21) des Meßgehäuses (7) um einen Winkel χ geneigt gegenüber der Hauptströmungsrichtung (3) des Mediums verläuft.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (12) gegenüber dem Auslaßkanal (19) eine Querschnittsvergrößerung aufweist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der die Auslaßöffnung (12) aufweisenden Außenfläche (21) des Meßgehäuses (7) zumindest eine Erhebung (60) in einem der Hauptströmungsrichtung (3) zugewandten Umgebungsbereich (61) der Auslaßöffnung (12) und/oder einem der Hauptströmungsrichtung (3) abgewandten Umgebungsbereich (65) der Auslaßöffnung (12) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Erhebung (60) im der Hauptströmungsrichtung (3) zugewandten Umgebungsbereich (61) der Auslaßöffnung (12) angeordnet ist und eine Abrißkante (62) aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Abrißkante (62) berührende, sich senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung (3) der Leitung (2) erstreckende Ebene (64) die Auslaßöffnung (12) schneidet.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Strömungsrichtung (25) an das erste Teilstück (16) des Umlenkkanals (15) ein zweites Teilstück (17) anschließt und im ersten Teilstück (16) oder im zweiten Teilstück (17) zumindest eine Öffnung (18) vorgesehen ist, die eine Verbindung zu dem die Vorrichtung (1) umströmenden Medium herstellt.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Längsachse (46) des Sensorträgers (9) um einen Winkel ε und/oder eine Längsachse (45) des Meßelements (10) um einen Winkel ϕ gegenüber der Längsachse (8) des Trägerteils (7) geneigt verläuft.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (13) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des Umlenkkanals (15) und Auslaßkanals (19) S- förmig ausgebildet sind.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kante (70) eines Bug (69) des Meßgehäuses (6) zum Trägerteil. (7) hin leicht erhöht ausgebildet ist, damit anströmende Teilchen von der Einlaßöffnung (11) weg reflektiert werden.

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seitenwand (77) der Einlaßöffnung (11) so angeschrägt ist, daß sie eine abgeschrägte Fläche (79) bildet, die in einer Kante (78) endet, wobei die abgeschrägte Fläche (79) an einer Außen­ fläche des Meßgehäuses (6) ausgebildet ist, so daß anströmende Teilchen von der Einlaßöffnung (11) weg reflektiert werden.