-
Strömungsmeßgerät
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung und Steuerung
der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit.
-
Zur Messung und Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit einer -Flüssigkeit
ist bereits eine Reihe von Vorrichtungen bekannt und in Verwendung. Fig. 1 zeigt
das Ausführungsbeispiel eines Buftströmungsmeßgeräts mit Rückfuhrungsregelung, das
bei einer Kraftstoffzuführvorrichtung für einen Verbrennungsmotor verwendet wird.
-
In Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 1 ein tuftsaugrohr für einen Motor,
Ziffer 2 eine Rückführungsregelung mit einer Ventilöffnungseinrichtung und einer
Druckdifferenz-Servoeinrichtung 4.
-
In dem Luftsaugrohr 1 sind zwei liuftdrosselventile, ein stromaufwärts
gelegenes Ventil 5 und ein stromabwärts gelegenes Ventil 6 angeordnet, von denen
eines, beispielsweise das stromaufwärts gelegene Ventil 5 zur Feststellung der Strömungsgeschwindigkeit
verwendet wird und mit der Ventilöffnungseinrichtung 3 verbunden ist, während das
stromabwärts gelegene Ventil 6 zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit dient
und mit einem Gaspedal 7 verbunden ist. Pl stellt den Luftdruck oberhalb des stromaufwärts
gelegenen Ventils 5 und P2 den Luftdruck in einem Raum 8 zwischen dem stromaufwärts
gelegenen
Ventil 5 und dem stromabwärts gelegenen Ventil 6 dar.
Wenn der Druckunterschied (P1-P2) immer konstant gehalten wird, ist die Luftströmungsgeschwindigkeit
proportional zum Öffnungsbereich des stromaufwärts gelegenen Ventils 5, so daß die
Strömungsgeschwindigkeit aufgrund des Ventilöffnungsbereichs gemessen werden kann.
Dies stellt das sogenannte Flächenströmungsmeßsystem dar. bei dem der Druckunterschied
(PM-P2) durch die nachgeordnete Rückführungsregelung 2 konstant gehalten wird.
-
Wenn der Druckunterschied (P1-P2) etwas von einem bestimmten Wert
abweicht, stellt die Servoeinrichtung 4 diese Abweichung fest und verstärkt sie,
wobei die Ventilöffnungseinrichtung 3 durch den Ausgang der Servoeinrichtung 4 betätigt
wird und das stromaufwärts gelegene Ventil 5 so steuert, daß der Öffnungsgrad des
stromaufwärts gelegenen Ventils um einen der Abweichung entsprechenden Betrag ver
vergrößert oder verkleinert wird, wodurch der Druckunterschied (P1-P2) auf den konstanten
Wert berichtigt wird. Die Ventilöffnungseinrichtung 3 umfaßt eine Membran 9, die
zusammen mit einer Feder 10 in einem Gehäuse angeordnet ist und deren beweglicher
Teil mit dem stromaufwärts gelegenen Ventil 5 verbunden ist. Die Servoeinrichtung
4 umfaßt Kammern A und B, die durch eine Druckunterschied-Einstellmembran 11 getrennt
sind, sowie Kammern C und D, die durch eine veränderbare Öffnung 13 getrennt sind,
deren Öffnungsbereich je nach der Verschiebung eines mit der Membran 11 zusammengeschlossenen
Ventils 12 veränderbar ist. Die Kammern A und D stehen miteinander über eine Durchführung
14 in Verbindung und stehen unter demselben Druck, während die Kammer B mit dem
Raum 8 stromabwärts vom stromaufwärts gelegenen Ventil 5 in Verbindung steht, und
die Kammer C ist mit der Ventilöffnungseinrichtung 3 und mit dem Raum 8 über eine
Drossel 15 verbunden. Außerdem stehen die Kammern A und D mit dem Abschnitt stromaufwärts
vom stromaufwärts gelegenen Ventil 5 in Verbindung, so daß der Druck in diesen Kammern
P1 beträgt.
-
Der Druck in der Kammer B beträgt P2. Eine Abweichung des Druckunterschieds
(P1-P2) wird als Verschiebung der die Kammern A und B trennenden Membran 11 festgestellt.
Der Druckunterschied (P1-P2) wird durch Druckunterschied-Einstellfedern 17 und 18
bestimmt.
Die Federn 17 und 18 sind so eingestellt, daß ihre Kraft durch die auf den den Flächen
der Membran 11 entgegengesetzten Seiten durch die Drücke Pl und P2 erzeugten Kräfte
ausgeglichen wird. Mit 19 ist eine Einstellschraube für die Feineinstellung der
Federn bezeichnet, und die Ziffer 16 bezeichnet einen parallel zu den Federn 17
und 18 angeordneten Balg. Der Balg 16 enthält ein Gas mit gleichem Druck und gleicher
Temperatur wie die Atmosphäre unter bestimmten Bezugsbedingungen, also einen Bezugdruck
und eine Bezugstemperatur, und sein eines Ende ist fest mit dem Ventil 12 verbunden,
während das andere Ende am feststehenden Teil des Gehäuses befestigt ist.
-
Im folgenden wird das in dem Balg 16 enthaltene Gas näher erläutert.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Gewichtsströmungsmeßgeräts bei einem Kfz-Verbrennungsmotor
werden bestimmte atmosphärische Bedingungen eingestellt, und zwar ein Druck von
1 Atmosphäre und 200C als Bezugsbedingungen, wobei verschiedee ortsbedingte Umstände,
wie Flachland oder Gebirgsgegend, in denen das Eraftfahrzeug benutzt werden soll,
sowie Jahreszeit und Klima, sowie insbesondere die in der Benutzung voraussichtlich
am häufigsten anzutreffenden atmosphärischen Bedingungen und diejenigen in Stadtbereichen,
wo die Bekämpfung der Abgase sehr wichtig ist, berücksichtigt werden. Bei dem gegebenen
Beispiel wird daher ein Gas mit einem Bezugsdruck 0 von 1 Atmosphäre und einer Bezugs
temperatur von 20 in dem Balg 16 verwendet. Bei Verwendung von Luft kann in dem
Balg als Gas einfach Luft mit einer Raumtemperatur von 200 enthalten sein. Es kann
jedoch auch jedes andere Gas verwendet werden.
-
Wenn oberhalb des Drucksteuerungsventils ein Abgasturbolader angeordnet
ist, wird der Bezugsdruck bei dem obigen Beispiel oberhalb einer Atmosphäre eingestellt.
Wenn der Öffnungsbereich des stromaufwärts gelegenen Ventils 5 proportonal zum Strömungsvolumen
eingestellt wird bei atmosphärischem Druck und Temperatur, so ist der Balg 16 unnötig.
-
Nachfolgend wird das Arbeitsprinzip des herkömmlichen Luft meßgeräts
für Verbrennungsmotoren mit der obenbeschriebenen Anordnung erläutert.
-
Wenn der Druckunterschied (P1-P2) an dem stromaufwärts gelegenen Ventil
5 von einem bestimmten Wert etwas abweicht, verschiebt sich die Membran 11 und bewegt
das Ventil 12, wodurch sich der Öffnungsbereich der veränderbaren Öffnung 19 zwischen
den Kammern C und D verändert und der Druck Pn in der Kammer C zwischen P1 und P2
schwankt. Wenn sich der Druck Pn in der Kammer C infolge der vorbeschriebenen Abweichung
des Druckunterschieds (P1-P2) ändert, wird die Membran 9 der damit in Verbindung
stehenden Ventilöffnungseinrichtung 3 verschoben und das stromaufwärts gelegene
Ventil 5 schließlich in einer Richtung bewegt, so daß die Abweichung berichtigt
wird. Wenn dabei die einströmende Luft in Temperatur und Druck schwankt, schwankt
auch das im Balg 16 enthaltene Gasvolumen, so daß die auf die Membran 11 vom Balg
16 über das Ventil 12 ausgeübte Kraft ebenfalls schwankt. Die Schwankung ist derart,
daß bei einer Zunahme des spezifischen Gewichts der einströmenden Luft der Druckunterschied
(P<-P2) abnimmt, und schließlich der Öffnungsbereich des stromaufwärts gelegenen
Ventils 5 proportional zur Gewichtsströmungsrate ist. Wenn die traftstoffsteuerungseinrichtung
so angeschlossen ist, daß die Eraftstoffströmungsgeschwindigkeit proportional zu
dem Öffnungsbereich ist, so kann das Gewichtsverhältnis von Saugluft zu Kraftstoff
unabhängig vom Druck und der Temperatur der Atmosphäre konstant gehalten werden.
-
Wie vorstehend beschrieben, dient das in Fig. 1 dargestellte Gerät
dazu, das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff konstant zu halten. Wenn es jedoch unmöglich
ist, einenausreichend großen Druckunterschied am Strömungsgeschwindigkeits-Beststellventil
5 herzustellen, so reicht die Unterdruckquelle Pn nicht für den
Betrieb
der Ventilöffnungseinrichtung 3 aus, so daß es schwierig ist, eine zuverlässige
Wirkungsweise des Ventils 5 zu erreichen.
-
Die Aufgabe der vorlirgenden Erfindung besteht darin, die Nachteile
der bekannten Strömungsmeßgeräte zu beseitigen und ein verbessertes Meßgerät zu
schaffen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine das stromaufwärts
gelegene Ventil umgehende Rohrleitung und einen in der Rohrleitung angeordneten
Mechanismus zur Verstärkung des Druckunterschieds unter Ausnutzung der Flüssigkeitsströmung,
wobei der in dem Mechanismus erzeugte Druck einen Ventilöffnungsmechanismus betätigt.
-
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 2 einen Längsschnitt
des erfindungsgemäßen Meßgeräts in einer ersten Ausführungsform; Fig. 3 die graphische
Darstellung des in einem Venturi-Rohr vorhandenen Drucks; Fig. 4 den Längs schnitt
eines Druckverstärkermechanismus nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie X-X in Fig. 4; Fig. 6 eine Darstellung der
Druckverteilung bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig.
7 den Längsschnitt eines Druckverstärkungsmechanismus nach einer dritten Ausführungsform
der Erfindung; Fig. 8 einen Schnitt gemäß der Linie Y-Y in Fig. 7; Fig. 9 einen
Längs schnitt des Druckverstärkungsmechanismus nach einer vierten Ausführungsform
der Erfindung; Fig.10 einen Schnitt gemäß der Linie Z-Z in Fig. 9; Fig.11 den Längsschnitt
eines Druckverstärkungsmechanismus nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 12 den Längs schnitt eines Druckverstärkungsmechanismus nach einer sechsten
Ausführungsform der Erfindung.
-
Bei der in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bezeichnet die Ziffer 20 einen Druckverstärkungsmechanismus mit einem
Venturirohr 22, das in einem Abzweigrohr 21 angeordnet ist, welches vor einem Ventil
5 zur Feststellung der Strömungsgeschwindigkeit in eine Zwischenkammer 8 mündet,
und mit einer im engsten Bereich 22a des Venturirohrs 22 angeordneten Öffnung723.
Die Öffnung 23 steht mit der Kammer C eines Ventilöffnungsmechanismus 4 über ein
Rohr 24 in Verbindung. In dem engsten Bereich 22a des Venturirohrs 22 wird der Druck
P2' erfaßt, der niedriger als der Druck P2 in der Zwischenkammer 8 ist, wie in Fig.
3 dargestellt.
-
Bei dieser Anordnung wird durch die Membran 11 einer Servoeinrichtung
4 der Druckunterschied (P1-P2) am Ventil 5 zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit
festgestellt, wobei der Öffnungsbereich einer veränderbaren Öffnung 13 je nach dem
Druckunterschied (P1-P2) schwankt. Die Kammer C steht mit dem Druck P1 oberhalb
des Ventils 5 zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit sowie mit dem Druck P2'
im engsten Bereich 22a des Venturirohrs in Verbindung, so daß der Druck Pn in der
Kammer
C zwischen P1 und P2' schwankt. Gegenüber dem in der Kammer C der herkömmlichen
Anordnung herrschenden Druck zwischen P1 und P2' ist der Druckunterschied um einen
Betrag P2-P2' erhöht, so daß auch bei einem verhältnismäßig geringen Druckunterschied
(P1-P2) am Ventil 5 zur Erfassung der ;jtrömungsgeschwindigkeit der Ventilöffnungsmechanismus
3 zuverlässig arbeitet. Bei dieser Ausführungsform steht die Seite unterhalb des
Abzweigrohrs 21 mit der Zwischenkammer 8 in Verbindung, kann aber auch mit der Seite
unterhalb des Ventils 6 zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit verbunden sein,
wobei dann der Druck in der Kammer C zwischen P1 an der stromaufwärts gelegenen
Seite und dem Druck P3' schwankt, der niedriger als der Druck P3 an der stromabwärts
gelegenen Seite ist, so daß der Druckunterschied im Vergleich zu dem Fall einer
Verbindung mit der Zwischenkammer 8 um einen Betrag P2'-P3' erhöht wird.
-
Fig. 4 und 5 zeigen einen Druckunterschieds-Verstärkungsmechanismus
20 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Druckunterschieds-Verstärkungsmechanismus
20 umfaßt ein Rohr 24, das einen Teil eines Abzweigrohrs 21 bildet, ein Rohr 25,
dessen Außendurchmesser geringer als der Innendurchmesser des Rohrs 24 -ist und
das sich durch das Rohr 24 im rechten Winkel dazu erstreckt, sowie eine Öffnung
26 im stromabwärts gelegenen Bereich der zylindrischen Oberfläche des Rohrs 25,
der dem Inneren des Rohrs 24 zugewandt ist. Wenn im Rohr 24 eine Flüssigkeit strömt,
besteht eine Druckverteilung um das Rohr 25 wie in Fig. 6 dargestellt, welche anzeigt,
daß der Druck P2' stromabwärts, wo die Öffnung 26 vorhanden ist, geringer als P2
ist.
-
Bei einem Versuch betrug (P1-P2') etwa 1,5 mal (P1-P2). Wenn daher
das Rohr 25 so angeordnet ist, daß es mit dem Ventilöffnungsmechanismus 3 und der
Kammer C der Servoeinrichtung in Verbindung steht, kann die gleiche Wirkung wie
bei dem in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
-
Fig. 7 und 8 zeigen ein Venturirohr zur Verstärkung des Druckunterschieds
in einer Ausführungsform, die im engsten Bereich 22a des Venturirohrs 22 nach Fig.
2 eine Einkerbung 27 aufweist.
-
Die Einkerbung 27 mündet in den stromabwärts gelegenen Bereich des
Venturirohrs 22 und weist eine Öffnung 23 auf. Diese Anordnung gewährleistet eine
zuverlässige Arbeitsweise des Öffnungsmechanismus 3, wobei der Strömungswiderstand
gegenüber der in den engsten Bereich 22a vom Rohr 23 eintretenden Flüssigkeit verringert
und die Ansprechbarkeit der Servoeinrichtung verbessert wird.
-
Fig. 9 und 10 stellen einen Mechanismus,dar, der ohne hohe Kosten
herstellbar ist und die gleiche Funktion wie das Venturirohr 22 hat. Wie in Fig.
10 dargestellt, ist ein Teil eines Rohres 28 abgeflacht und in dem abgeflachten
Bereich eine Öffnung 23 vorgesehen.
-
Fig. 11 und 12 zeigen Verstärkungsmechanismen 20 zur Verstärkung des
Druckunterschieds nach weiteren Ausführungsformen der Erfindung. Die in Fig. 11
dargestellte Ausführungsform ist eine Kombination des Prinzips der Venturirohre
22 nach Fig. 2, 7 und 8 sowie nach Fig. 4 und 5, während die in Fig. 12 dargestellte
Ausführungsform eine Kombination von zwei Venturirohren 22 mit dem in Fig. 4 und
5 dargestellten Mechanismus ist. Beide Einrichtungen dienen dazu, die Vergrößerung
des Druckunterschieds zu erhöhen.