EP1616154A1 - Vorrichtung zur bestimmung wenigstens eines parameters eines in einer leitung str menden mediums - Google Patents

Vorrichtung zur bestimmung wenigstens eines parameters eines in einer leitung str menden mediums

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Publication number
EP1616154A1
EP1616154A1 EP04709981A EP04709981A EP1616154A1 EP 1616154 A1 EP1616154 A1 EP 1616154A1 EP 04709981 A EP04709981 A EP 04709981A EP 04709981 A EP04709981 A EP 04709981A EP 1616154 A1 EP1616154 A1 EP 1616154A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
windshield
side wall
flow
discharge opening
main flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP04709981A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Konzelmann
Christoph Gmelin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1616154A1 publication Critical patent/EP1616154A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/72—Devices for measuring pulsing fluid flows
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6842—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow with means for influencing the fluid flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/12—Cleaning arrangements; Filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow

Definitions

  • the invention relates to a device for determining at least one parameter of a medium flowing in a line with the features of the preamble of independent claim 1.
  • Such a device is known for example from DE 101 35 142 AI and is used, for example, in the intake tract of an internal combustion engine in order to determine the air mass flow fed to the internal combustion engine through a line.
  • the known device has a channel structure with an inlet area, from which a measuring channel provided with the measuring element branches off.
  • the inlet area has a discharge zone with at least one discharge opening which is located on a side wall of the part of the device which is introduced into the line.
  • the separation zone serves to separate liquid and / or solid particles from the channel structure, which are thus prevented from penetrating into the measuring channel provided with the measuring element and contaminating the measuring element.
  • edges, which through the main flow direction end face and the side walls of the pipe introduced part of the device are to be regarded as leading edges at which large areas of detached flow form when using the device in the flow-through line, which on the one hand large pressure losses and on the other hand an unintended pulsation of the
  • pressure fluctuations can be transmitted from the discharge opening through the separation zone to the inlet area and from there also to the measuring channel branching off from the inlet area.
  • the output signal of the measuring element can be significantly falsified by the pressure fluctuations in the measuring channel.
  • the device according to the invention for determining at least one parameter of a medium flowing in a line with the characterizing features of claim 1 has the advantage that, while largely maintaining the structural design of the known device and thus maintaining the robustness and insensitivity to dust and water by a relatively simple and inexpensive measure is achieved that influences of the pulsating flow are kept away from the measuring element. As a result, the quality and reproducibility of the measurement signal can be significantly improved.
  • At least one windshield arranged in the direction of the main flow direction, downstream behind the at least one discharge opening and projecting from the side wall provided with the discharge opening advantageously achieves the effect that the flow on the side wall is accelerated and the flow in the vicinity of the discharge opening more closely adjusts to the Sidewall approximates, which reduces pressure fluctuations that could otherwise be transferred to the measuring element through the discharge opening.
  • the windshield has a longitudinal extent in a direction perpendicular to the main flow direction and parallel to the side wall of the part, which corresponds to a multiple of the diameter of the discharge opening and which optimally extends in this direction over approximately the entire length of the channel structure provided part extends.
  • Windscreens have proven to be advantageous in which the windshield has a flat surface facing the main flow direction, which forms an angle with the side wall provided with the discharge opening which is greater than or equal to 90 ° and less than 160 °.
  • the distance of the end of the windshield projecting from the side wall from the side wall provided with the discharge opening is advantageously about 0.5 to 5 millimeters.
  • the windshield has cutouts which are indented in the windshield.
  • the windshield is advantageously formed by a comb-like structure of jags lined up next to one another.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention in the installed position on a line
  • FIG. 2 shows a schematic view of a cross section through the device according to the invention with the windshield and a representation of the flow conditions in the line
  • 3a, 3b, 3c further exemplary embodiments for the windshield
  • FIG. 4 shows an enlarged detailed view from FIG. 2
  • FIG. 5 shows an enlarged view for a further exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a top view of the end face of the device with a windshield as shown in FIG. 5.
  • the line 1 shows a line 3 in which a medium flows in a main flow direction.
  • the main flow direction is identified by a corresponding arrow 18 in FIG. 1 and runs from right to left there.
  • the main direction of flow is defined as the direction in which the medium in the line flows from the entrance of the line to the exit of the line, mainly in this direction through the line, even if local vortex formation and locally existing separation areas of the flow are one local deviation of the flow from the main flow direction.
  • the line can be, for example, an intake manifold of an internal combustion engine.
  • the medium is, for example, the air flowing in the intake manifold.
  • a device 1 according to the invention is arranged on the line 3 such that a part 6 of the device is inserted into the line.
  • device 3 protrudes finger-like and is exposed to the medium flowing there with a predetermined orientation. ⁇ when switching of the part 6 construction in the duct 3, it is ensured that the part 6 als utilizat- a predetermined orientation with respect to the main direction of flow 18 of the medium.
  • the device 1 for determining at least one parameter of the medium comprises, in addition to the part 6 designed as a measuring housing, a carrier part (not shown) with an electrical connection, in which carrier part, for example, evaluation electronics can be accommodated.
  • the device 1 can be inserted, for example, with the part 6 through an insertion opening of a wall 15 of the line 3, which wall 15 limits a flow cross section of the line 3.
  • the evaluation electronics can be arranged inside and / or outside the flow cross section of the line 3.
  • a measuring element 9 on a measuring element carrier 10 is used in the device 1, the measuring data of which can be evaluated with the evaluation electronics.
  • the volume flow or the mass flow of the flowing medium, in particular the air mass flow is determined as a parameter.
  • Further parameters that can be measured are, for example, pressure, temperature, concentration of a medium component or flow velocity, which are determined by means of suitable sensor elements.
  • Part 6 has a housing with, for example, a cuboid structure with an end wall 13 facing in the installation position of the main flow direction 18 of the medium and a rear wall 14 facing away from it, a first side wall 17 and a second side wall 18 parallel thereto (FIG. 2) and, for example, a third wall 19 running parallel to the main flow direction and arranged at the end introduced into the line. Furthermore, part 6 has a channel structure with an inlet area 27 arranged therein and a measuring channel 40 branching off from the input area 27.
  • the arrangement of the device 1 relative to the line 3 ensures that the medium flowing in the main flow direction 18 strikes the part 6 in a predetermined direction and a partial flow of the medium in this direction through an opening 21 on the end face 13 into the entrance area 27 reaches the channel structure.
  • the opening 21 can, for example, be oriented perpendicular to the main flow direction 18, but a different orientation of the opening 21 to the main flow direction 18 is also conceivable.
  • Deflection wall 26 is arranged in opening 21. From the input area 27, the medium partly enters the measuring channel 30 provided with the measuring element 9 and partly flows further into an excretion zone 28 which is located behind the branching point for the measuring channel and which extends over at least one in the first side wall 17 and / or the second Side wall 18 and / or the wall 19 arranged excretion opening 33 in line 3 opens.
  • the main flow direction 18 runs in a plane in which the discharge opening 33 is also arranged.
  • a first partial flow of the medium that has entered the input region 27 flows completely into the measuring channel 30 and leaves it through the outlet 49 on the wall 19 of the part 6, while a second partial flow completely flows back through the one discharge opening 33 into the line 3.
  • liquid and / or solid particles such as oil or water particles, which can contaminate or damage the measuring element 9.
  • the discharge opening 33 and the geometric structure of the channel structure in the entrance area ensure that the liquid and solid particles do not get into the measuring channel, but flow back into line 3.
  • the exact mode of operation of the excretion zone is described, for example, in DE 101 35 142 AI. 2 shows a schematic cross section through part 6. The main flow direction 18 and the local flow conditions of the medium in the vicinity of part 3 are shown. Flow lines 60 of the medium flow near part 6 are shown. In the cross-sectional representation of FIG.
  • the part 6 has a windshield 50 arranged in the direction of the main flow direction 18, downstream behind the at least one discharge opening 33 and projecting from the side wall 16 provided with the discharge opening.
  • the windshield is arranged on the part 6 in such a way that the cutting plane shown in FIG. 2 cuts both the excretion opening and the windshield.
  • An enlarged detailed illustration is shown in FIG. 4.
  • the windshield designed as a wind deflector is fastened in this exemplary embodiment with an end section 52 to the rear wall 14 of the part 6 facing away from the main flow. A second end section 55 extends beyond the side wall 16 into the flow.
  • the distance h of the end 56 of the windshield 50 projecting from the side wall 16 from the side wall 16 provided with the Ausscheidungsö opening 33 is approximately 0.5 to 5 millimeters.
  • the distance h is defined by the shortest distance of the projecting end 56 of the windshield 50 from the plumb point 57 of the distance line shown in broken lines in FIG. 4 on a plane running through the side wall 16.
  • the end section 55 projecting into the flow from the side wall 16 has a flat surface 51 facing the main flow direction 18.
  • the flat surface 51 forms with the side wall 16 provided with the discharge opening 33 an obtuse angle ⁇ which is greater than or equal to 90 ° and less than 160 °.
  • the longitudinal extent of the windshield 50 cannot be seen in FIGS. 2 and 4. However, this is shown in FIG.
  • the windshield 50 extends in a direction perpendicular to the main flow direction 18 and parallel to the side wall 16 with a Longitudinal extension L, which corresponds to a multiple of the diameter of the discharge opening 33 and which preferably extends in this direction approximately over the entire length of the part 6 provided with the channel structure.
  • the windshield 50 can also be shorter.
  • FIG. 2 shows the flow lines of the medium flow in line 3 in the vicinity of part 6. It can be seen that the flow strikes the end wall 13 of the part 6 and that detachment regions are formed on the edges formed by the end wall 13 and the two side walls 16 and 17 facing away from one another, which are represented by the dashed lines 61 and 62.
  • the flow (line 62) can detach itself very strongly from the side wall, depending on the flow velocity, and cannot reconnect.
  • the flow is not stationary, but pulsates and generates pressure fluctuations, which is indicated by the vortices 63 in FIG. 2.
  • the windshield 50 causes a changed flow behavior on the other side wall 16.
  • the modified, smaller dead water area is represented by the dashed line 61.
  • the windshield 50 at the downstream end of the side wall 16 accelerates the flow in the vicinity of the side wall 16 and rests against the side wall in the area of the discharge opening 33. As a result, pressure fluctuations in the detachment area are not transmitted through the discharge opening 33 to the channel structure in the interior of the part 6.
  • 3a shows an exemplary embodiment with a windshield 30 which projects perpendicularly from the side wall 16.
  • 3a shows an embodiment in which the windshield is formed by a projection on the side wall 16, which is preferably formed in one piece with the part 6 and does not necessarily have to be arranged at the downstream end of the side wall 16.
  • 3c shows a windshield with a curved and therefore not flat surface facing the main flow direction.
  • the windshield protrudes from the side wall into the flow downstream of the discharge opening.
  • two excretion openings are provided on the two side walls 16, 17 facing away from one another
  • two windscreens can also protrude from the two side walls. If the excretion opening is arranged on the lower side wall 19, the windshield can also protrude from the lower side wall 19 of the part 6 downstream of the excretion opening.
  • FIGS. 5 and 6 shows a further development of the windshield shown in FIG. 2. 2
  • the flow behind the part 6 is deflected relatively strongly in the downstream direction, so that behind the part 6 there is a large dead water area in which the flow pulsates and pressure fluctuations predict.
  • the flow area in is under dead water area
  • the windshield In order to prevent pressure fluctuations in the dead water area from propagating as far as possible to the discharge opening 33, it is advantageous to provide the windshield with cutouts 53, as shown in FIG. 6.
  • the cutouts 53 can be indented in the windshield 50 at regular or irregular intervals.
  • the windshield shown in Fig. 6 has several V- shaped notches, so that the windshield 50 is formed by a comb-like structure of jags 54 lined up next to one another, the width of a jag being greater than the distance formed by the notches 53 between two adjacent jags.
  • strong longitudinal swirls 70 develop from the notches 53, the axes of which extend in the main flow direction 18.
  • the longitudinal vortices cause an exchange of momentum between the slow medium flow in the dead water area and the fast medium flow outside the dead water area, whereby the dead water area is advantageously reduced and the flow in this area is stabilized. A transfer of pressure fluctuations to the discharge opening is avoided even more reliably.

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung in einer Hauptströmungsrichtung strömenden Mediums, welche ein Teil aufweist, das mit einer vorgebbaren Ausrichtung in bezug auf die Hauptströmungsrichtung in die Leitung derart einbringbar ist, dass ein Teilstrom des in der Leitung strömenden Mediums in einen Eingangsbereich einer in dem Teil ausgebildeten Kanalstruktur gelangt, wobei von dem Eingangsbereich ein mit einem Messelement zur Bestimmung des wenigstens einen Parameters versehener Messkanal abzweigt und der Eingangsbereich eine von dem Messkanal getrennte Ausscheidungszone mit wenigstens einer Ausscheidungsöffnung aufweist, welche Ausscheidungsöffnung sich an einer im wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Seitenwand des Teils in die Leitung hinein öffnet, weist das Teil vorteilhaft wenigstens einen in Richtung der Hauptströmungsrichtung, stromabwärts hinter der wenigstens einen Ausscheidungsöffnung angeordneten und von der mit der Ausscheidungsöffnung versehenen Seitenwand abstehenden Windschild auf.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden Mediums
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden Mediums mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 101 35 142 AI bekannt und wird beispielsweise im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzt, um den der Brennkraftmaschine durch eine Leitung zugeführten Luftmassenstrom zu bestimmen. Die bekannte Vorrichtung weist eine Kanalstruktur mit einem Einlassbereich auf, von dem ein mit dem Messelement versehener Messkanal abzweigt. Der Einlassbereich weist eine Ausscheidungszone mit wenigstens einer Ausscheidungsöffnung auf, die sich an einer Seitenwand des in die Leitung eingeführten Teils der Vorrichtung befindet. Die Ausschei- dungszone dient zur Ausscheidung von Flüssigkeits- und/oder Festkörperpartikeln aus der Kanalstruktur, die so davon abgehalten werden, in den mit dem Messelement versehenen Messkanal einzudringen und das Messelement zu verunreinigen.
Die Kanten, welche durch die der Hauptströmungsrichtung zugewandte Stirnseite und die Seitenwände des in die Leitung eingeführten Teils der Vorrichtung gebildet werden, sind als Anströmkanten anzusehen, an denen sich beim Einsatz der Vorrichtung in der durchströmten Leitung große Gebiete abgelöster Strömung ausbilden, die einerseits große Druckverluste und andererseits ein nicht beabsichtigtes Pulsieren der
Strömung bewirken können, infolgedessen Druckschwankungen von der Ausscheidungsöffnung aus durch die Ausscheidungszone auf den .Einlassbereich und von dort aus auch auf den von dem Einlassbereich abzweigenden Messkanal übertragen werden. Durch die Druckschwankungen im Messkanal kann das Ausgangssignal des Messelementes erheblich verfälscht werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden Mediums mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass bei weitgehender Beibehaltung des konstruktiven Aufbaus der bekannten Vorrichtung und damit bei Beibehaltung der Robustheit und Unempfindlichkeit gegen Staub und Wasser durch eine relativ einfache und kostengünstige Maßnahme erreicht wird, dass Einflüsse der pulsierenden Strömung vom Messelement ferngehalten werden. Vorteilhaft kann dadurch die Qualität und Reproduzierbarkeit des Mess- signals deutlich verbessert werden. Dabei wird durch wenigstens einen in Richtung der Hauptströmungsrichtung, stromabwärts hinter der wenigstens einen Ausscheidungsöffnung angeordneten und von der mit der Ausscheidungsöffnung versehenen Seitenwand abstehenden Windschild vorteilhaft erreicht, dass die Strömung an der Seitenwand beschleunigt wird und sich die Strömung in der Nähe der Ausscheidungsöffnung stärker an die Seitenwand annähert, wodurch Druckschwankungen reduziert werden, die sich ansonsten durch die Ausscheidungsöffnung auf das Messelement übertragen könnten. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Windschild in einer Richtung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung und parallel zur Seitenwand des Teils eine Längsausdehnung besitzt, die einem Vielfachen des Durchmessers der Ausscheidungsöffnung entspricht und die sich optimaler Weise in dieser Richtung in etwa über die gesamte Länge des mit der Kanalstruktur versehene Teils erstreckt.
Als vorteilhaft haben sich Windschilde erwiesen, bei denen der Windschild eine der Hauptströmungsrichtung zugewandte e- bene Fläche aufweist, die mit der mit der Ausscheidungsöff- nung versehenen Seitenwand einen Winkel bildet, der größer oder gleich 90° und kleiner als 160° ist. Der Abstand des von der Seitenwand abstehenden Endes des Windschildes von der mit der Ausscheidungsöffnung versehenen Seitenwand be- trägt vorteilhaft etwa 0,5 bis 5 Millimeter.
Bei einem besonders vorteilhaft Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Windschild Aussparungen aufweist, die kerbenartig in den Windschild eingebracht sind. Vorteilhaft wird der Windschild durch eine kammartige Struktur aus nebeneinander aufgereihten Zacken gebildet. Beim Einsatz der Vorrichtung in einer durchströmten Leitung entwickeln sich ausgehend von den Kerben starke Längswirbel . Die Längswirbel bewirken einen Impulsaustausch zwischen dem langsamen Medi- umstrom im Totwassergebiet und dem schnellen Mediumstrom außerhalb des Totwassergebietes, wodurch das Totwassergebiet vorteilhaft verkleinert wird und die Strömung in diesem Bereich stabilisiert wird. Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung er- läutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Einbaulage an einer Leitung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Querschnitts durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Windschild und eine DarStellung der Strömungsverhältnisse in der Leitung,
Fig. 3a, 3b, 3c weitere Ausführungsbeispiele für den Windschild,
Fig. 4 eine vergrößerte Detailansicht aus Fig. 2, Fig. 5 eine vergrößerte für ein weiteres Ausführungsbeispiel und Fig. 6 eine Draufsicht auf die Stirnseite der Vorrichtung mit einem Windschild wie in Fig. 5 dargestellt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt eine Leitung 3 in der ein Medium in einer Hauptströmungsrichtung strömt. Die Hauptströmungsrichtung ist durch einen entsprechende Pfeil 18 in Fig. 1 gekennzeichnet und verläuft dort von rechts nach links. Die Hauptströmungs- richtung ist dabei definiert als die Richtung, in welche das Medium in der Leitung ausgehend vom Eingang der Leitung bis zum Ausgang der Leitung in der Hauptsache in dieser Richtung durch die Leitung strömt, auch wenn lokale Wirbelbildungen und lokal vorhandene Ablösegebiete der Strömung eine lokalen Abweichung der Strömung von der Hauptströmungsrichtung aufweisen. Die Leitung kann beispielsweise ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine sein. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um die in dem Saugrohr strömende Luft.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist an der Leitung 3 derart angeordnet, dass ein Teil 6 der Vorrichtung in die Lei- tung 3 fingerartig hineinragt und dem dort strömenden Medium mit einer vorbestimmten Ausrichtung ausgesetzt ist. Beim Ein- ■ bau des Teils 6 in die Leitung 3 ist sichergestellt, dass das Teil 6 in bezug auf die Hauptströmungsrichtung 18 des Mediums eine vorbestimmte Ausrichtung aufweist-. Die Vorrichtung 1 zur Bestimmung zumindest eines Parameters des Mediums umfasst außer dem als Messgehäuse ausgebildeten Teil 6 noch ein nicht näher dargestelltes Trägerteil mit einem elektrischen An- schluss, in welchem Trägerteil z.B. eine Auswerteelektronik untergebracht sein kann. Die Vorrichtung 1 kann beispielsweise mit dem Teil 6 durch eine Einstecköffnung einer Wandung 15 der Leitung 3 eingeführt werden, welche Wandung 15 einen Strömungsquerschnitt der Leitung 3 begrenzt. Die Auswerteelektronik kann innerhalb und/oder außerhalb des Strömungs- querschnitts der Leitung 3 angeordnet werden.
Beispielsweise wird in der Vorrichtung 1 ein Messelement 9 auf einem Messelementträger 10 verwendet, dessen Messdaten mit der Auswerteelektronik ausgewertet werden können. Mittels des Messelementes 9 wird beispielsweise als Parameter der Volumenstrom oder der Massenstrom des strömenden Mediums, insbesondere der Luftmassenstrom bestimmt. Weitere Parameter, die gemessen werden können, sind beispielsweise Druck, Temperatur, Konzentration eines Mediumbestandteils oder Strömungs- geschwindigkeit, die mittels geeigneter Sensorelemente bestimmt werden.
Das Teil 6 hat ein Gehäuse mit einer beispielsweise quader- för igen Struktur mit einer in der Einbauposition der Haupt- Strömungsrichtung 18 des Mediums zugewandten Stirnwand 13 und einer davon abgewandten Rückwand 14, einer ersten Seitenwand 17 und einer dazu parallelen zweiten Seitenwand 18 (Fig. 2) und einer beispielsweise parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden, an dem in die Leitung eingeführten Ende ange- ordneten dritten Wand 19. Weiterhin weist das Teil 6 eine darin angeordnete Kanalstruktur mit einem Eingangsbereich 27 und einem von dem Eingangsbereich 27 abzweigenden Messkanal 40 auf. Durch die Anordnung der Vorrichtung 1 relativ zur Leitung 3 ist gewährleistet, dass das in der Hauptströmungsrichtung 18 strömende Medium in einer vorbestimmten Richtung auf das Teil 6 trifft- und ein Teilstrom des Mediums in dieser Richtung durch eine Öffnung 21 an der Stirnseite 13 in den Eingangsbereich 27 der Kanalstruktur gelangt. Die Öffnung 21 kann beispielsweise senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 18 ausgerichtet sein, aber auch eine andere Orientierung der Öffnung 21 zur Hauptströmungsrichtung 18 ist denkbar. Eine
Ablenkwand 26 ist in der Öffnung 21 angeordnet. Von dem Eingangsbereich 27 aus gelangt das Medium teilweise in den mit dem Messelement 9 versehenen Messkanal 30 und teilweise strömt es weiter in eine hinter der Abzweigungsstelle für den Messkanal liegende Ausscheidungszone 28, welche sich über wenigstens eine in der ersten Seitenwand 17 und/oder der zweiten Seitenwand 18 und/oder der Wand 19 angeordneten Ausscheidungsöffnung 33 in die Leitung 3 öffnet. Die Hauptströmungsrichtung 18 verläuft bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungs- beispiel in einer Ebene, in der auch die Ausscheidungsöffnung 33 angeordnet ist. Ein erster Teilstrom des in den Eingangsbereich 27 eingetreten Mediums strömt vollständig in den Messkanal 30 und verlässt diesen durch den Ausgang 49 an der Wand 19 des Teils 6, während ein zweiter Teilstrom vollstän- dig durch die eine Ausscheidungsöffnung 33 in die Leitung 3 zurückströmt. In dem strömenden Medium sind beispielsweise Flüssigkeits- und/oder Festkörperpartikel vorhanden, wie Öl- oder Wasserpartikel, die das Messelement 9 verschmutzen oder beschädigen können. Durch die Ausscheidungsöffnung 33 und den geometrischen Aufbau der Kanalstruktur im Eingangsbereich wird erreicht, dass die Flüssigkeits- und Festkörperpartikel nicht in den Messkanal gelangen, sondern wieder in die Leitung 3 zurückströmen. Die genaue Wirkungsweise der Ausscheidungszone ist beispielsweise in der DE 101 35 142 AI be- schrieben. Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Teil 6. Dargestellt ist die Hauptströmungsrichtung 18 und die lokalen Strömungsverhältnisse des Mediums in der Umgebung des Teils 3. Dargestellt sind Strömunglinien 60 des Mediumstromes in der Nähe des Teils 6. In der Querschnittsdarstellung der ■ Fig. 2 ist erkennbar, dass das Teil 6 einen in Richtung der Hauptströmungsrichtung 18, stromabwärts hinter der wenigstens einen Ausscheidungsöffnung 33 angeordneten und von der mit der Ausscheidungsöffnung versehenen Seitenwand 16 abstehenden Windschild 50 aufweist. Der Windschild ist so an dem Teil 6 angeordnet, dass die in Fig. 2 dargestellte Schnittebene sowohl die Ausscheidungsöffnung als auch den Windschild schneidet. Eine vergrößerte Detaildarstellung ist in Fig. 4 gezeigt. Der als Windleitblech ausgebildete Windschild ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Endabschnitt 52 an der von der Hauptströmung abgewandten Rückwand 14 des Teils 6 befestigt. Ein zweiter Endabschnitt 55 ragt über die Seitenwand 16 hinaus in die Strömung. Der Abstand h des von der Seitenwand 16 abstehenden Endes 56 des Windschildes 50 von der mit der Ausscheidungsö fnung 33 versehenen Seitenwand 16 beträgt etwa 0,5 bis 5 Millimeter. Der Abstand h wird definiert durch die kürzeste Entfernung des abstehenden Endes 56 des Windschildes 50 vom Lotfußpunkt 57 der in Fig. 4 gestrichelt gezeichneten Abstandslinie auf einer durch die Seitenwand 16 verlaufenden Ebene. Der von der Seitenwand 16 in die Strömung abstehende Endabschnitt 55 weist eine der Hauptströmungsrichtung 18 zugewandte ebene Fläche 51 auf. Die ebene Fläche 51 bildet mit der mit der Ausscheidungsöffnung 33 versehenen Seitenwand 16 einen stumpfen Winkel α, der größer oder gleich 90° und kleiner als 160° ist. In Fig. 2 und Fig. 4 ist die Längsausdehnung des Windschildes 50 nicht zu erkennen. Dies ist jedoch für ein weiter unten dargestelltes zweites Ausführungsbeispiel in Fig. 6 gezeigt. Auch bei dem in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellten ersten ' Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Windschild 50 in einer Richtung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 18 und parallel zur Seitenwand 16 mit einer Längsausdehnung L, die einem Vielfachen des Durchmessers der Ausscheidungsöffnung 33 entspricht und die sich vorzugsweise in dieser Richtung in etwa über die gesamte Länge des mit der Kanalstruktur versehenen Teils 6 erstreckt. Der Windschild 50 kann aber auch kürzer sein.
Im folgenden wird die Funktionswiese des Windschildes erläutert. In Fig. 2 sind die Strömungslinien des Mediumstromes in der Leitung 3 in der Umgebung des Teils 6 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Strömung auf die Stirnwand 13 des Teils 6 auftrifft und dass sich an den durch die Stirnwand 13 und die beiden voneinander abgewandten Seitenwände 16 und 17 gebildeten Kanten Ablösegebiete bilden, welche durch die gestrichelten Linien 61 und 62 dargestellt sind. An der nicht mit dem Windschild 50 versehenen Seitenwand 17 kann sich die Strömung (Linie 62) je nach Strömungsgeschwindigkeit sehr stark von der Seitenwand ablösen und sich nicht wieder anlegen. In den Ablösegebieten ist die Strömung nicht stationär, sondern pulsiert und erzeugt Druckschwankungen, was durch die Wirbel 63 in Fig. 2 angedeutet ist. Wie nun weiterhin zu erkennen ist, bewirkt der Windschild 50 an der anderen Seitenwand 16 ein verändertes Strömungsverhalten. Das modifizierte, kleinere Totwassergebiet ist dargestellt durch die gestrichelte Linie 61. Durch den Windschild 50 am stromabwärtigen Ende der Seitenwand 16 wird die Strömung in der Nähe der Seitenwand 16 beschleunigt und legt sich im Bereich der Ausscheidungsöffnung 33 wieder an die Seitenwand an. Dadurch werden Druckschwankungen im Ablösegebiet nicht durch die Ausscheidungsöffnung 33 auf die Kanalstruktur im Inneren des Teils 6 übertragen.
Für den Windschild sind verschiedene Ausführungsbeispiele möglich. Fig. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Windschild 30, der senkrecht von der Seitenwand 16 absteht. Fig. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Windschild durch einen Vorsprung an der Seitenwand 16 ausgebildet wird, der vorzugsweise einstückig mit dem Teil 6 ausgebildet ist und nicht notwendiger Weise am stromabwärtigen Ende der Seitenwand 16 angeordnet sein muss. Fig. 3c zeigt einen Windschild mit einer der Hauptströmungsrichtung zugewandten ge- krümmten und daher nicht ebenen Fläche. Natürlich sind weitere Ausführungsformen des Windschildes denkbar, die hier nicht dargestellt sind. Wichtig ist, dass der Windschild stromabwärts der Ausscheidungsöffnung von der Seitenwand in die Strömung absteht. Insbesondere können bei einem Ausführungs- beispiel, bei dem zwei Ausscheidungsöffnungen an den beiden voneinander abgewandten Seitenwänden 16,17 vorgesehen sind, auch zwei Windschilde von den beiden Seitenwänden abstehen. Falls die Ausscheidungsöffnung an der unteren Seitenwand 19 angeordnet ist kann der Windschild auch stromabwärts der Aus- scheidungsöffnung von der unteren Seitenwand 19 des Teils 6 abstehen.
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt, welche eine Weiterentwicklung des in Fig. 2 dargestellten Windschildes zeigt. Durch den Windschild in Fig. 2 wird die Strömung in stromabwärtiger Richtung gesehen hinter dem Teil 6 relativ stark abgelenkt, so dass hinter dem Teil 6 ein großes Totwassergebiet entsteht, in dem die Strömung pulsiert und Druckschwankungen vorherr- sehen. Unter Totwassergebiet ist das Strömungsgebiet in
Hauptströmungsrichtung hinter der Ablöselinie zu verstehen, in dem neben einer stark verzögerten Grundströmung eine wirbelige Strömungsform vorhanden ist.
Um zu verhindern, dass sich Druckschwankungen des Totwassergebietes wohlmöglich doch bis zur Ausscheidungsöffnung 33 fortpflanzen, ist es vorteilhaft, den Windschild mit Aussparungen 53 zu versehen, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Die Aussparungen 53 können kerbenartig in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen in den Windschild 50 eingebracht sein. Der in Fig. 6 dargestellte Windschild weist mehrere V- förmige Kerben auf, so dass der Windschild 50 durch eine kammartige Struktur aus nebeneinander aufgereihten Zacken 54 gebildet wird, wobei die Breite eines Zackens größer als der durch die Kerben 53 gebildete Abstand zweier benachbarter Zacken ist. Wie in der vergrößerten Detailansicht von Fig. 5 dargestellt ist, entwickeln sich ausgehend von den Kerben 53 starke Längewirbel 70, deren Achse in der Hauptströmungsrichtung 18 verlaufen. Die Längswirbel bewirken einen Impulsaustausch zwischen dem langsamen Mediumstrom im Totwas- sergebiet und dem schnellen Mediumstrom außerhalb des Totwassergebietes, wodurch das Totwassergebiet vorteilhaft verkleinert wird und die Strömung in diesem Bereich stabilisiert wird. Eine Übertragung von Druckschwankungen auf die Ausscheidungsöffnung wird so noch zuverlässiger vermieden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung (3) in einer Hauptströmungsrichtung (18) strömenden Mediums, insbesondere zur Bestimmung des Luftmassenstromes im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, mit einem Teil (6) , das mit einer vorgebbaren Ausrichtung in bezug auf die Hauptströmungsrichtung (18) in die Leitung (3) derart einbringbar ist, dass ein Teilstrom des in der Leitung strömenden Mediums in einen Eingangsbereich (27) einer in dem Teil ausgebildeten Kanalstruktur gelangt, wobei von dem Eingangsbereich (27) ein mit einem Messelement (9) zur Bestimmung des wenigstens einen Parameters versehener Messkanal (40) abzweigt und der Eingangsbereich (27) eine von dem Messkanal getrennte Ausscheidungszone (28) mit wenigs- tens einer Ausscheidungsöffnung (33) aufweist, welche Ausscheidungsöffnung sich an einer im wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung (18) verlaufenden Seitenwand (16) des Teils in die Leitung hinein öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (6) wenigstens einen in Richtung der Haupt- Strömungsrichtung, stromabwärts hinter der wenigstens einen Ausscheidungsöffnung (33) angeordneten und von der mit der Ausscheidungsöffnung versehenen Seitenwand (16) abstehenden Windschild (50) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Windschild (50) in einer Richtung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (18) und parallel zur Seitenwand (16) des Teils eine Längsausdehnung (L) besitzt, die einem Vielfachen des Durchmessers der Ausscheidungsöffnung (33) entspricht und die sich vorzugsweise in dieser Richtung in etwa über die gesamte Länge des mit der Kanalstruktur versehenen Teils (6) erstreckt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Windschild (50) eine der Hauptströmungsrichtung zugewandte ebene Fläche (51) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Fläche (51) mit der mit der Ausscheidungsöffnung
(33) versehenen Seitenwand (16) einen Winkel (α) bildet, der größer oder gleich 90° und kleiner als 160° ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (h) des von der Seitenwand (16) abstehenden Endes des Windschildes (50) von der mit der Ausscheidungsöffnung (33) versehenen Seitenwand (16) etwa 0,5 bis 5 Millimeter beträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Windschild (50) mit Aussparungen (53) versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (53) kerbenartig in den Windschild (50) eingebracht sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Windschild (50) eine kammartige Struktur aus nebeneinander aufgereihten Zacken (54) aufweist, wobei die Breite eines Zackens großer als der Abstand zweier benachbarter Zacken ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Windschild (51) an dem in Hauptströmungsrichtung (18) gesehen, stromabwärtigen Ende der Seitenwand (16) angeordnet ist.
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