WO2001018498A1

WO2001018498A1 - Vorrichtung zur messung von zumindest einem parameter eines in einer leitung strömenden mediums

Info

Publication number: WO2001018498A1
Application number: PCT/DE2000/003046
Authority: WO
Inventors: Thomas Lenzing; Wolfgang Mueller; Dieter Tank; Uwe Konzelmann; Henning Marberg
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2001-03-15
Also published as: DE19942501A1; JP2003508773A; EP1127248A1; WO2001018498A9; KR100702817B1; KR20020001706A; US6684692B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Messung von zumindest einem Parameter eines in einer Leitung (3) strömenden Mediums, insbesondere zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, beispielsweise der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine. In der Leitung (3) enthaltene Flüssigkeits- und Festkörperpartikel beeinflussen ein Kennlinienverhalten eines Meßelements (34), das zur Bestimmung eines Parameters des strömenden Mediums dient. Ein erfindungsgemäßes Schutzgitter (38) weist Flüssigkeiten und Festkörperpartikel dadurch von dem Meßelement ab, daß es sie an eine Innenwandung (8) der Leitung (3) leitet. Weiterhin stabilisiert die Vorrichtung (1) das strömende Medium, indem Längswirbel in einer Strömungsrichtung erzeugt werden.

Description

Vorrichtung zur Messung von zumindest einem Parameter eines in einer Leitung strömenden Mediums

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung von zumindest einem Parameter eines in einer Leitung strömenden Mediums nach der Gattung des Anspruchs 1.

Aus der DE 44 07 209 C2 ist ein in einen Reinkanal einer Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine einsetzbarer

Meßkörper zur Messung der Masse der Ansaugluft, ein sogenannter Luftmassenmesser, bekannt, der einen Strömungskanal aufweist, der sich im wesentlichen in einen sich in Hauptströmungsrichtung verjüngenden Meßkanal und einen sich daran anschließenden, S-förmigen Umlenkkanal gliedert. Ein Meßelement ist in dem sich verjüngenden Meßkanal angeordnet. Das Meßelement kann, wie beispielsweise durch die DE 43 38 891 AI bzw. US-PS 5,452,610 bekannt ist, als mikromechanisches Sensorteil mit einer dielektrischen Membran ausgebildet sein. Infolge assereintrag in die

Ansaugleitung, z.B. durch regennasse Fahrbahn, kann es ggf. zu einer Kontamination des Meßelements kommen. In diesem Spritzwasser enthaltene natürliche Anteile an gelösten Salzen rufen dann eine Meßkennlinienabweichung infolge Salzkrustenaufbau auf der Membran des Sensorteils hervor.

Aus der DE 197 35 664 AI ist schon eine Vorrichtung bekannt, bei der das Meßelement innerhalb eines von dem Medium durchströmten Rohrkörpers angeordnet ist, wobei sich ein strömungsaufwärtiges Ende des Rohrkörpers bis in eine Filterkammer erstreckt und dort an einer Mantelfläche Einlaßöffnungen aufweist, um eine Beaufschlagung des Meßelementes durch Schmutzpartikel oder Wassertröpfchen zu vermindern. Besonders bei stark verschmutzter Luft und einem hohen Wasseranteil in der Ansaugluft der Brennkraftmaschine besteht die Gefahr, daß sich der Luftfilter mit Wasser vollsaugt, das dann durch die Filtermatte hindurchtritt und dabei Schmutzpartikel mitnimmt. Auf der strömungsabwärtigen Seite des Luftfilters, der eigentlichen

Reinseite, besteht nun die Gefahr, daß die Ansaugluft wieder von der Filteroberfläche Schmutzpartikel und Wassertröpfchen mitreißt, die dann in unerwünschter Weise an dem Meßelement angelagert werden und zu Fehlmessungen oder einem Ausfall des Meßelementes führen. Der Rohrkörper nach dem Stand der Technik vermindert durch die Anordnung der Einlaßöffnungen an der Mantelfläche die Gefahr von Ablagerungen am Meßelement, jedoch wird durch diese Ausbildung ein unerwünschter Druckabfall bewirkt, der zu einer Verminderung der Meßempfindlichkeit führt.

Aus der US-PS 5,507,858 ist weiterhin bekannt, ein gitterähnliches Lochblech in einem Gehäuse, das an eine Leitung angeschlossen ist, zu verwenden, um aus einem in der Leitung strömenden Medium Flüssigkeitspartikel aus der Luft oder einem Gas zu trennen. Dieses Gehäuse hat jedoch zwei Ausgänge, einen für das Gas oder die Luft und einen zweiten für die Flüssigkeit. Weiterhin hat ein nahezu längs umströmtes Lochblech oder Drahtgeflecht jedoch die Eigenschaft, daß abhängig vom Anstellwinkel desselben eine mehr oder weniger gute Durchströmung senkrecht zu Öffnungen des Lochblechs oder Drahtgeflechts stattfindet . Die Fähigkeit der Durchströmung der Öffnungen ist außerdem noch vom Turbulenzgrad, der

Geschwindigkeit des strömenden Mediums, sowie von der Oberflächenrauhigkeit des verwendeten Gitters abhängig. So kann es vorkommen, daß der strömungsabwärts des Drahtgeflechtes oder Lochblechs positionierte Luftmassenmesser in einzelnen Geschwindigkeitsbereichen heftige Streuungen gegenüber einer Referenz ohne Gitter anzeigt, d.h. die Messung der Masse des strömenden Mediums ist unter bestimmten Umständen mit großen Toleranzen von Bauteil zu Bauteil versehen. In der DE 196 47 081 AI sind Gitter mit unterschiedlichen Gitteröffnungsquerschnitten beschrieben. Diese Gitter dienen jedoch zur Erreichung eines gleichmäßigen

Geschwindigkeitsprofils und nicht als Schutzgitter für ein strömungsabwärts liegendes Meßelement .

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise ein Meßelement vor Flüssigkeit und Festkörperpartikeln geschützt und damit eine

Meßkennlinienabweichung vermindert wird, indem eine in der Leitung vor dem Meßelement bzw. vor einem Meßkörper oder vor einem Rohrkörper mit dem Meßelement bzw. mit dem Meßkörper angeordnete Gitterfläche, die zumindest ein Schutzgitter bildet, das dem Meßelement zuströmende Medium, ein Gas-

Flüssigkeitsgemisch, derart beeinflußt, daß die Flüssigkeitsund Festkorperpartikel an eine Rohrwand bzw. eine Leitungswand geleitet werden. Dabei verbleibt das Gas auch weiterhin in einem Zentrum der Leitung oder des Rohrkörpers und Streuungen im Meßsignal des Meßelementes werden durch Konditionierung des strömenden Mediums verringert, indem Längswirbel in einer Strömungsrichtung erzeugt werden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Schutzgitters ist eine Anordnung aus einem oder mehreren Kegeln, wobei die Kegelspitze (n) entgegen einer Hauptströmungsrichtung ausgerichtet ist/sind und der/die Kegel symmetrisch um eine zur Mittellinie der Leitung parallel verlaufende Linie angeordnet ist/sind, weil dadurch das strömende Medium nach Durchtritt durch das Schutzgitter in Hauptströmungsrichtung weiterströmt. Dabei ist es auch vorteilhaft, daß diese Linie durch ein Zentrum des Meßelementes oder einer Einlaßöffnung des Meßkörper verläuft.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Schutzgitters ist eine Zusammensetzung aus Seitengittern, die einen spitzen Winkel untereinander einschließen.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn zumindest eine Staubereichslangsach.se eines Staubereichs parallel zu einer Längsachse des Meßelementes verläuft und beide eine Mittellinie der Leitung schneiden, weil dadurch das strömende Medium nach Durchtritt durch das Schutzgitter in Hauptströmungsrichtung weiterströmt . Bei der Gestaltung des Schutzgitters mit seinen Gitterflächen ist es vorteilhaft, eine Mittellinie der Gitteröffnungen gegenüber der Hauptströmungsrichtung geneigt verlaufen zu lassen, weil dadurch die Flüssigkeits- und Festkorperpartikel abgelenkt werden.

Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und hohem

Flüssigkeitsgehalt ist es vorteilhaft, die Gitterfläche dadurch zu vergrößern, daß zumindest zwei Schutzgitter in die Leitung eingebracht werden, wobei das eine Schutzgitter zum Teil in das strömungsabwärtige Ende des anderen Schutzgitters hineinragt.

Vorteilhaft bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten ist ein kleiner Kegelwinkel oder kleiner Schutzgitterinnenwinkel, bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten ist ein großer Kegelwinkel oder Schutzgitterinnenwinkel vorteilhaft .

Bei Pulsationen der Strömung ist es vorteilhaft, auch ein Schutzgitter mit einer Anströmkante oder Anströmspitze entgegen der Ruckströmungsrichtung strömungsabwärts des Meßelements in der Leitung anzuordnen.

Die Einbringung eines Rohrkörpers in die Leitung zusätzlich zu dem Schutzgitter bietet weitere Vorteile bei der Verringerung der Beaufschlagung des Meßelementes mit Festkörperpartikeln und Flüssigkeit .

Einkerbungen und dreiecksförmige Keile in der Anströmkante des Schutzgitters sind eine vorteilhafte Weiterbildung, um das strömende Medium so zu stabilisieren bzw. so zu konditionieren, daß eine reproduzierbare Messung der -Luftmasse ermöglicht wird. Auftretende Streuungen bei Luftmassenmessung an verschiedenen Strömungsprüfständen werden minimiert. Sprünge in der Luftmassenkennlinie werden stark verringert.

Dabei ist es vorteilhaft, die Keile oder Einkerbungen gleichmäßig entlang der Anströmkante und stromungsaufwarts auf Höhe des Meßelements oder der Einlaßöffnung des Meßkörpers anzuordnen.

Zeichnung

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

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Vorrichtung,

Figur 2 ein Schutzgitter als vergrößerten Ausschnitt aus Figur

1, Figur 3 a, b verschiedene Anordnungsmöglichkeiten des

Schutzgitters in der Leitung,

Figur 4 eine Vorrichtung in Hauptströmungsrichtung gesehen,

Figur 5a-e Ausführungsbeispiele für verschiedene

Betriebsbedingungen, Figur 6a, b Strömungslinien vor und hinter einem Schutzgitter,

Figur 7 eine Anordnung eines Rohrkörpers in der Leitung,

Figur 8a, b ein Schutzgitter und eine Vorrichtung mit

Einkerbungen,

Figur 9a, b ein Schutzgitter und eine Vorrichtung mit Keilen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Messung von zumindest einem Parameter, insbesondere eines Luftmassenstroms, eines in einer Leitung 3 strömenden Mediums, insbesondere des Ansaugluftmassenstroms einer Brennkraftmaschine. Parameter eines strömenden Mediums sind bspw. der Luftmassenstrom zur Ermittlung einer Luftmasse, eine Temperatur, ein Druck oder eine Strömungsgeschwindigkeit, die mittels geeigneter Sensoren bestimmt werden. Die Notwendigkeit der Vorrichtung 1 für Messungen weiterer Parameter sind möglich. Die Leitung 3 hat eine Wandung 6 und eine Innenwandung 8. Das Medium strömt in der Leitung 3 in Hauptströmungsrichtung 12, gekennzeichnet durch Pfeile. Die Leitung 3 hat eine Mittellinie 16. In die Leitung 3 erstreckt sich beispielsweise ein Meßkörper 20. Der Meßkörper 20 kann bspw. ein Temperatursensor, wie er aus der DE 42 28 484 C2 bekannt ist, ein Drucksensor, wie er in der DE 31 35 794 AI verwendet wird, oder ein Luftmassensensor sein, der die entsprechenden Parameter ermittelt . Als Beispiel für die verschiedenen Sensoren wird hier exemplarisch ein Luftmassensensor gewählt, der bspw. in einem

Meßkörper 20 angeordnet ist.

Der Meßkörper 20 hat bspw. eine Einlaßöffnung 22, in die das Medium einströmt und einem sich daran anschließenden Bypasskanal 23. In dem Bypasskanal 23 ist ein Meßelement 34 angeordnet. Dem Fachmann ist ein solcher Meßkörper 20 aus der DE 197 35 891 AI bekannt, die Teil dieser Offenbarung sein soll. Die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse ist durch eine nicht dargestellte, strömungsabwärts der Leitung 3 an einem Leitungsende 50 in dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe willkürlich veränderbar.

Zur Ermittlung der Ansaugluftmasse der Brennkraftmaschine ist der Meßkörper 20 vorgesehen, der im wesentlichen länglich und quaderförmig ausgebildet ist und sich entlang einer Längsachse 26 erstreckt. Die Längsachse 26 verläuft im wesentlichen senkrecht zur Mittellinie 16 und damit auch zur Hauptströmungsrichtung 12. Der Meßkörper 20 ist beispielsweise teilweise durch eine Einstecköffnung 29 in der Wandung 6 beispielsweise eingesteckt und ragt mit einem freien Ende 31 in die Leitung 3. Ein die elektrischen Anschlüsse, beispielsweise in Form von Steckerzungen, aufnehmendes Steckerende des Meßkörpers 20 verbleibt dabei außerhalb der Leitung 3. Im Meßkörper 20 ist in bekannter Weise das Meßelement 34 vorgesehen, das mit der die Leitung 3 durchströmenden Luft in Kontakt steht und mittels dem die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse bestimmt wird. Das Meßelement 34 kann in bekannter Weise z.B. in Form von temperaturabhängigen Widerständen ausgebildet sein. Insbesondere ist es möglich, wie beispielsweise in der DE 43 38 891 AI bzw. US-PS 5,452,610 gezeigt wird, das Meßelement als mikromechaniscb.es Bauteil auszubilden, welches eine dielektrische Membran aufweist, auf welcher Widerstandselemente ausgebildet sind.

Um zu verhindern, daß das Meßelement 34 in unerwünschter Weise mit Festkörperpartikeln oder Flüssigkeit beaufschlagt wird, ist zumindest teilweise stromungsaufwarts des Meßelementes 34 innerhalb der Leitung 3 ein Schutzgitter 38 angeordnet, das als ein erstes Mittel 37 zur Manipulation des strömenden Mediums dient .

Das Schutzgitter 38 weist beispielsweise zwei Gitterflächen 46 auf. Die Gitterflächen 46 werden hier beispielsweise durch zwei Seitengitter 44 erzeugt, die zusammengesetzt das Schutzgitter

38 bilden. Jedes Seitengitter 44 hat beispielsweise eine plane, eine kreisbogenförmige oder elliptisch-ovale Form. Die Geometrie des Schutzgitters 38 kann auch kegelförmig ausgebildet sein, so daß das Schutzgitter 38 durch eine Gitterfläche 46 gebildet wird. Eine Kegelspitze 41 (Fig. 6b) oder eine Anströmkante 40 in einer Berührungslinie der Seitengitter 44 des Schutzgitters 38 ist der

Hauptströmungsrichtung 12 entgegengerichtet. Diese 40, 41 bilden einen Staubereich 39 des Schutzgitters, weil das strömende Medium nicht durch die Anströmkante 40 oder Anströmspitze 41 strömen kann, sondern sich dort staut. Die Anströmkante 40 verläuft beispielsweise durch die

Mittellinie 16. Beispielsweise steht die Anströmkante 40 auch senkrecht auf der Mittellinie 16, sie kann aber auch anders orientiert sein. Die Anströmkante 40 bildet eine Staubereichslängsachse 68, die senkrecht aus der Zeichnungsebene hervorsteht. Vorzugsweise ist auch zumindest eine Anströmspitze 41 auf die Mittellinie 16 ausgerichtet. Das Schutzgitter 38 ist vorzugsweise symmetrisch zu einer zur Mittellinie 16 parallel verlaufenden Linie ausgerichtet. Diese Linie verläuft dabei beispielsweise durch einen Mittelpunkt des Meßelementes 34 oder der Einlaßöffnung

22.

Das Schutzgitter 38 hat hier beispielsweise im Querschnitt eine V-Form und ist mit seinen Seitengittern 44 bspw. so ausgerichtet, daß die Seitengitter 44 senkrecht aus der Zeichnungsebene heraustreten. Die Seitengitter 44 sind so zusammengesetzt, daß sie einen Schutzgitterinnenwinkel ß zueinander einschließen, der ein spitzer Winkel ist. Das beispielsweise plane Seitengitter 44 schließt einen

Anströmwinkel χ mit der Hauptströmungsrichtung 12 ein. Ein Strömungsgleichrichter kann noch hinter dem Meßkörper 20 in der Leitung 3 eingebaut sein.

Das Schutzgitter 38 kann stromungsaufwarts beispielsweise in einem Ring integriert sein, der einen zweiten Strömungsgleichrichter für das m der Leitung 3 strömende Medium enthält .

Figur 2 zeigt ein Schutzgitter 38 als einen vergrößerten

Ausschnitt aus Figur 1. Für gleiche oder gleichwirkende Teile werden m Figur 2 und den folgenden Figuren die gleichen Bezugszeichen wie m Figur 1 und den folgenden Figuren verwendet. Das Schutzgitter 38 hat Gitteröffnungen 53, die eine Offnungsmittellinie 54 haben. Die Gitteröffnungen 53 müssen nicht notwendigerweise eine gerade Ö fnungsmittellinie 54 haben. Mit der Mittellinie 16 der Leitung 3 schließt die

Öffnungsmittellinie 54 Winkel δ ein.

Die Öffnungsmittellinien 54 der Gitteröffnungen 53 müssen nicht parallel zueinander sein. So können beispielsweise die Gitteröffnungen 53, die sich im Bereich der Innenwandung 8 befinden einen größeren Winkel δ als die Gitteröffnungen 53 , die sich im Bereich der Mittellinie 16 befinden, haben. Damit können die Gitteröffnungen 53 einem Geschwmdigkeitsprofll des strömenden Mediums m geeigneter Weise angepaßt werden.

Die Gitteröffnungen haben einen bestimmten Gitteroffnungsabstand 60 zueinander. Der Gitteroffnungsabstand 60 muß nicht notwendigerweise für alle Gitteröffnungen 53 gleich sein.

In der DE 196 47 081 AI, die ein Teil dieser Offenbarung sein soll, sind Gitter mit unterschiedlichen

Gitteröffnungsquerschnitten beschrieben. Die Gitteröffnungen können an das strömende Medium angepaßt werden, um eine gleichmäßige und/oder fokussierte Strömung zu erhalten. Durch die Neigung des Seitengitters 44 weist das Seitengitter 44 em strömungsabwärtiges Ende 63 auf. Zwischen dem strömungsabwärtigen Ende 63 und der Innenwandung 8 der Leitung 3 ist beispielsweise eine offene Abströmöffnung 66 vorgesehen, die entweder dadurch gebildet wird, daß das stromabwärtige Ende 63 mit einem Abstand gegenüber der Innenwandung 8 endet oder dadurch, daß das stromabwärtige Ende 63 zwar bis zur Innenwandung 8 ragt, jedoch aus dem Gitter 38, 44 oder der Innenwandung 8 die Abströmöffnung 66 ausgespart ist.

Zur Bildung des Gitters 38, 44 ist sowohl em engmaschiges Drahtgeflecht möglich, als auch eme dünne Platte, die Gitterform angeordnete Gitteröffnungen 53 aufweist. Als Material kann sowohl für das Drahtgeflecht, als auch für das plattenförmige Schutzgitter Kunststoff, Metall, Keramik oder Glas verwendet werden. Das plattenförmige Schutzgitter aus Kunststoff kann beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt werden oder durch Einbringen der Gitteröffnungen mittels eines materialabtragenden Verfahrens. Das plattenförmige Schutzgitter aus Metall kann beispielsweise aus Blech durch Stanzen,

Erodieren, Bohren usw. hergestellt werden, wobei auch vorgesehen sein kann, die die Gitteröffnungen umgebenden Randelemente (Stege) gegenüber der Gitterfläche 46 etwas durch Biegen zu neigen. Em Schutzgitter 38, das eine hohe Oberflächenrauhigkeit hat, erhöht die Benetzung mit Flüssigkeit und damit die Haftung.

Ein Flüssigkeitsflim, der auftreffende Flüssigkeitspartikel abgleiten läßt, wird gebildet. Das Material des Schutzgitters 38 hat durch seine Wärmekapazität und elektrostatische Wirkung ebenfalls Einfluß auf die Beaufschlagung mit Flüssigkeits- oder Festkörperpartikeln. Eine eckige Form der Stege, die das

Schutzgitter 38 bilden, stellen im Gegensatz zu runden Stegen eine größere Kontaktfläche zur Verfügung.

Enthält die in die Leitung 3 eintretende Ansaugluft Schmutzpartikel und Flüssigkeitströpfchen, so lagern sich diese zum einen Teil an der Gitterfläche 46 an und bewegen sich hauptsächlich zum strömungsabwärtigen Ende 63 des Schutzgitters 38, wobei dies sowohl auf einer der Strömungsrichtung 12 entgegengerichteten Vorderfläche 70 der Gitterfläche 46, als auch auf einer in Strömungsrichtung 12 liegenden Rückfläche 71 erfolgt. Vom stromabwärtigen Ende 63 wird diese

Flüssigkeitsanlagerung von der Ansaugluft beispielsweise von der Vorderfläche 70 in die Abströmöffnung 66 mitgenommen und haftet sich vorwiegend an der Innenwandung 8 an. Die Ansaugluft befördert die auch mit feinsten Schmutzpartikeln versehene Flüssigkeit in Form von feinsten Flüssigkeitströpfchen oder eines dünnen Flüssigkeitsfilmes weiter entlang der Innenwandung in Strömungsrichtung 12 am Meßkörper 20 und -element 34 vorbei zum Rohrende 50 stromabwärts des Meßkörpers 20.

Das Schutzgitter 38 kann je nach in der Luft befindlicher

Flüssigkeitsmenge in mehreren Bauvarianten ausgeführt werden. Als veränderlich ist dabei die Oberflächenrauhigkeit und

-form, der Schutzgitterinnenwinkel ß, die Maschenweite und das Material zu betrachten. Die Oberflächenrauhigkeit und somit generell das Material des Schutzgitters ebenso wie die Form des Gitterdrahtes bzw. der Stege beeinflußt dabei über den Kontaktwinkel die Haftung der Flüssigkeitströpfen auf dem

Schutzgitter 38, 44. Der Anströmwinkel χ des Schutzgitters 38, 44 ermöglicht das Ablenken der Flüssigkeitspartikel in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit, wobei der

Anströmwinkel χ mit zunehmender Teilchengeschwindigkeit flacher sein sollte. Die Maschenweite schließlich legt die Größe der abzuweisenden Tropfen fest.

Die Figuren 3a und 3b zeigen verschiedene Anordnungsmoglichkeiten des Schutzgitters 38 der Leitung 3.

In den Figuren 3a und 3b ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung m Richtung der Langsachse 26 die Leitung 3 hinein gezeigt. Dabei ist das Schutzgitter 38 gemäß Figur 1 um 90° um die Mittellinie 16 gedreht worden.

Figur 3a zeigt em Schutzgitter 38, daß sich beispielsweise m Hauptströmungsrichtung 12 gesehen ganz vor dem Meßkorper 20 bzw. dem Meßelement 34 erstreckt und nicht bis zur Innenwandung 8 ausgedehnt ist Die Abstromoffnung 66 wird dann durch einen freien Bereich zwischen dem strömungsabwärtigen Ende 63 der Seitengitter 44 und der Innenwandung 8 gebildet.

Figur 3b zeigt eme weitere Anordnungsmoglichkeit . Das Schutzgitter 38 befindet sich nur teilweise vor dem Meßkorper 20 bzw. dem Meßelement 34 und erstreckt sich hier beispielsweise bis zur Innenwandung 8. Die Abstromoffnung 66 ist beispielsweise dann m dem Gitter 38, 44 ausgebildet, kann aber auch der Innenwandung 8 vorhanden sein.

Sowohl nach der Ausfuhrung Figur 3a als auch nach Figur 3b wird erreicht, daß Flussigkeits- und Festkorperpartikel am Meßkorper 20 bzw. Meßelement 34 vorbeigeleitet werden.

Figur 4 zeigt eme Vorrichtung 1 beispielsweise gemäß Figur 3 m Hauptströmungsrichtung 12 gesehen

Das Meßelement 34 befindet sich beispielsweise hinter der Einlaßöffnung 22 in dem Bypasskanal 23 des Meßkorpers 20. Die Anstromkante 40 des Schutzgitters 38 verlauft hier beispielsweise parallel zur Langsachse 26 des Meßkorpers 20 Dabei bildet die Anstromkante 40 den Staubereich 39 und hat eme Staubereichslangsachse 68, die parallel zur Längsachse 26 verlauft Das Schutzgitter 38 erstreckt sich m diesem Beispiel innerhalb der Leitung 3 nur zum Teil im Querschnitt der Leitung 3. Es reicht beispielsweise aus, wenn die Einlaßöffnung 22 durch das Schutzgitter 38 von dem m Hauptströmungsrichtung 12 strömenden Medium abgedeckt wird.

In den Figuren 5a bis 5e sind Ausfuhrungsbeispiele für verschiedene Betriebsbedingungen des Schutzgitters 38 gezeigt Eme Mehrfachanordnung von Schutzgittern 38, hier beispielsweise eme Doppelanordnung, wird bei hohem Flussigkeitsgehalt dem stromenden Medium benutzt (Fig. 5a) . Flussigkeits- oder

Festkorperpartikel, die von dem m Hauptströmungsrichtung 12 gesehen ersten angeströmten Gitter nicht abgewiesen werden, werden durch das zweite Schutzgitter 38 abgewiesen Das zweite Schutzgitter 38 befindet sich beispielsweise teilweise m dem ersten Schutzgitter Dies ist aber nicht notwendig Werden die zwei Schutzgitter 38 so dicht ineinander geschoben, daß sich eme Dramage zwischen den jeweiligen Seitengittern 44 bildet, so erhöht das die Haftung eines Flussigkeitspartikels auf den Seitengittern 44 aufgrund der größeren Kontaktflache.

Der Schutzgittermnenwmkel ß und damit der Anströmwinkel χ muß nicht notwendigerweise gleich sein So kann dadurch der

Anströmwinkel χ des stromungsabwarts folgenden Schutzgitters an die durch das vorangestellte Schutzgitter 38 veränderte Geschwindigkeit angepaßt werden.

Diese Mehrfachanordnung ist auch mit jeder anderen Form des Schutzgitters 38 möglich, wie beispielsweise mit einem Schutzgitter 38 mit vier Seitengittern, die als W angeordnet sind, oder durch die Verwendung von kegelförmigen Schutzgittern 38. Auch sind weitere Kombination von Schutzgittern 38 mit verschiedenen Geometrien denkbar.

Bei Pulsationen der Mediumströmung gibt es eine Rückströmung 74, die entgegen der Hauptströmungsrichtung 12 Flussigkeits- und Schmutzpartikel wieder von stromungsabwarts nach stromungsaufwarts der Einlaßöffnung 22 bringen kann. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5b ist deshalb ein gemäß den Figuren 1, 3 vergleichbar ausgebildetes Schutzgitter 38 vorgesehen, das stromungsabwarts des Meßelements 34 angeordnet ist und eine Anstromkante 40 der Rückströmung 74 entgegengerichtet hat, wodurch solche Effekte minimiert werden.

Der Schutzgitterinnenwinkel ß des Schutzgitters 38 für die Rückströmung muß nicht identisch sein mit dem des anderen Schutzgitters 38 für die Hauptströmungsrichtung 12. Dies ist zweckmäßig, da sich Geschwindigkeitsprofil, Geschwindigkeit und Flüssigkeitsgehalt in der Rückströmung und in der Hauptströmung unterscheiden.

Eine optimale Form des Schutzgitters 38 richtet sich auch nach den Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums in der Leitung 3. Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten wird in der Strömungsmechanik üblicherweise ein kleiner Anströmwinkel χ verwendet. So wird auch hier beispielsweise ein kleiner Schutzgitterinnenwinkel ß für das Schutzgitter 38 genutzt (Fig. 5c) und bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten ein größerer Schutzgitterinnenwinkel ß benutzt (Fig. 5d) . Eine größere Erstreckung des Schutzgitters 38 in Hauptströmungsrichtung 12 mit kleinem

Schutzgitterinnenwinkel ß ergibt sich dadurch, daß man eine bestimmte Abdeckung der Leitung 3 im Querschnitt, d. h. eine Schutz irkung, erreichen will.

Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und hohem Flüssigkeitsgehalt kann die Gitterfläche 46 auch dadurch vergrößert werden, daß im Prinzip zumindest zwei Schutzgitter nebeneinander in W-Form in die Leitung 3 eingebracht sind, die eine gemeinsame Anstromkante 40 etwa in Höhe der Mittellinie 16 haben (Fig. 5e) und aus vier Seitengitter 44, 44' gebildet sind. Die beispielsweise zwei der Mittellinie 16 näheren Gitterflächen 44' sind hier beispielsweise gekrümmt.

Durch die der Wandung 6 näheren Gitterflächen 44 verbreitert sich das Geschwindigkeitsprofil des strömenden Mediums und verlangsamt die Strömungsgeschwindigkeit . So kann die

Geschwindigkeit des anströmenden Mediums größer sein, ohne daß die Strömungsgeschwindigkeit stromungsabwarts hinter dem Schutzgitter 38 für das Meßelement 34 zu groß ist. Die Gitterflächen 44, 44' können auch kegelförmig ausgebildet sein, d.h. das Schutzgitter 38 wird beispielsweise durch zwei oder mehrere Kegel gebildet, deren Kegelspitzen der Hauptströmungsrichtung 12 nicht entgegengerichtet sind, also nach stromungsabwarts zeigen. Der Schu zgitterinnenwinke1 ß der Seitengitter 44' dieses Beispiels kann von den Schutzgitterinnenwinkeln ß der Seitengitter 44,44' verschieden sein. So kann das Geschwindigkeitsprofil im Zentrum der Leitung 3 und am Rand gezielt beeinflußt werden.

Figur 6a zeigt ein Geschwindigkeitsprofil bildende Strömungslinien 78 in Hauptströmungsrichtung 12 gesehen vor und hinter einem Schutzgitter 38, das beispielsweise dem aus Figur 3a oder 3b entspricht. Das strömende Medium trifft auf die Anstromkante 40 und die Seitengitter 44 des Schutzgitters 38. Durch die Gitteröffnungen 53 wird die Strömungsrichtung des Mediums während eines gewissen Strömungsweges umgelenkt und entsprechend der Wirkung eines optischen Linsensystems gebündelt. Strömungsabwärtig des

Umlenkströmungsweges verlaufen die Strömungslinien 78 wieder nahezu parallel zur Mittellinie 16.

Figur 6b zeigt die Strömungslinien 78 für ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schutzgitters 38. Das Schutzgitter 38 ist beispielsweise ein Kegel und hat eine Kegelmantelfläche 81 und eine Anströmspitze 41. Die Kegelmantelfläche 81 ist beispielsweise plan, kann aber auch gebogen sein. Bei der Beaufschlagung des Schutzgitters 38 mit einem strömenden Medium wirkt dieses als Sammellinie, ähnlich einer optischen Linse, d. h. die Stromlinien der Zuströmung vor dem Gitter werden hinter diesem fokussiert, und somit wird die Strömungsgeschwindigkeit dort erhöht.

Figur 7 zeigt die Anordnung eines Rohrkörpers 82, bspw. mit einem radialem Abstand zur Leitung 3 verlaufend und von dem Medium umströmt, mit geringerem Querschnitt in der Leitung 3. Der Meßkörper 20 erstreckt sich in den Rohrkörper 82 bzw. das Meßelement 34 befindet sich im Rohrkörper 82. Der Rohrkörper 82 ist beispielsweise durch Streben 83 in der Leitung 3 befestigt. Das Schutzgitter 38 ist stromungsaufwarts vor dem Rohrkörper 82 angeordnet. Es ist auch denkbar, das Schutzgitter 38 in dem Rohrkörper 82 anzuordnen. Die Ansaugluft befördert auch hier wie schon oben für die Leitung 3 beschrieben die auch mit feinsten Schmutzpartikeln versehene Flüssigkeit in Form von feinsten Flüssigkeitströpfchen oder eines dünnen Flüssigkeitsfilmes weiter entlang der Innenwandung in Strömungsrichtung 12 am Meßkörper 20 und - element 34 vorbei zum Rohrende 50 stromabwärts des Meßkörpers 20, von dem die angelagerte Flüssigkeit sich ablöst und von der umgebenden strömenden Ansaugluft Brennkraftmaschine befördert wird.

Figur 8a, b zeigt das aus wenigstens zwei Seitengittern 44 gebildete Schutzgitter 38 mit einer Einkerbung 85 in der Anstromkante 40.

Um die Durchströmung des Schutzgitters 38 zu konditionieren und zu stabilisieren, wird durch die Einkerbungen 85 als ein zweites Mittel 84 zur Stabilisation des strömenden Mediums eine sogenannte Längswirbelströmung 88 erzeugt (Fig. 8a), deren Verlauf durch Linien schematisch dargestellt ist. Die Erzeugung der LängswirbelStrömung 88 erfolgt so wie bei einem Deltaflügel eines Flugzeuges durch die Umströmung der Vorderkanten. Es können mehrere Einkerbungen 85 entlang der ganzen Anstromkante 40 vorgesehen sein. Idealerweise befinden sich Einkerbungen 85 beispielsweise nur im mittleren Bereich der Anströmkante 40, z.B. an fünf bis zehn verschiedenen Positionen. Die Abstände zwischen den einzelnen Einkerbungen 85 sind vorzugsweise gleichmäßig (Fig. 8b) . Die Einkerbungen 85 erstrecken sich bis zu einer Tiefe t in Richtung des Meßkörpers 20 und haben einen Öffnungswinkel α (Fig. 8b) .

Abmessungen der Einkerbungen 85 müssen den jeweils auftretenden Strömungsgeschwindigkeiten angepaßt werden. In einem Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 50 m/s sind beispielsweise Einkerbungen von ungefähr t = 2 mm Tiefe und einem Öffnungswinkel von = 45° ... 90° vorzusehen. Ebenso denkbar zur Erzeugung von Längswirbeln 88 ist das Aufbringen auf der Anströmkante 40 von kleinen pyramidenförmigen oder kegelförmigen Keilen 92, als ein Element 91 mit einer Stabilisationsanströmkante 93, deren Spitze entgegen der Hauptströmungsrichtung ausgerichtet ist .

Figur 9a zeigt ein Schutzgitter 38 mit einem Keil 92. Ähnliche Abmessungen und Anordnung entlang der Anströmkante 40 wie bei den Einkerbungen 85 sollten auch bei den pyramidenförmigen oder kegelförmigen Keilen 92 verwendet werden (Fig. 9b) . Eine Seitenfläche des Keils 92, die von dem strömenden Medium angeströmt wird, kann beispielsweise auch gebogen sein. Quer zur Hauptströmungsrichtung 12 hat der Keil 92 eine Breite b. Als Breite sind vorzugsweise b = 0.5 ... 1 mm vorzusehen. Um besonders kräftige Längswirbel zu erzeugen sind auch größere Breiten b zu verwenden.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung (1) zur Messung von zumindest einem Parameter, insbesondere eines Luftmassenstroms, eines in einer Leitung (3) strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, mit einem vom Medium umströmten Meßelement (34), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise stromungsaufwarts des Meßelements (34) innerhalb der Leitung {3 ] zumindest ein erstes Mittel (37, 38, 46) zur Manipulation des strömenden Mediums vorhanden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Medium in der Leitung (3) aus verschiedenen Bestandteilen zusammengesetzt ist und das strömende Medium in der Leitung (3) ein Geschwindigkeitsprofil aufweist, und daß als ein erstes Mittel (37) zur Manipulation der Zusammensetzung und des Geschwindigkeitsprofils des strömenden Mediums zumindest eine Gitterfläche (46) verwendet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Gitterfläche (46) zumindest einen Teil eines Schutzgitters (38) bildet, und daß ein Bereich des Schutzgitters (38) ein Staubereich (39) ist, an dem sich das strömende Medium staut, daß das zumindest eine Schutzgitter (38) zumindest einen Staubereich (39) hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Schutzgitter (38) als Kegel oder als Mehrfachkegel ausgebildet ist und zumindest eine Kegelmantelfläche (81) die Gitterfläche (46) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kegelförmige Schutzgitter (38) eine Anströmspitze (41) hat, die von dem strömenden Medium in Hauptströmungsrichtung (12) angeströmt wird, und die den zumindest einen Staubereich (39) bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine kegelförmige Schutzgitter (38) symmetrisch zu einer zur Mittellinie (16) der Leitung (3) parallel verlaufenden Kegelmittellinie angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Meßkörper (20) ein Bypasskanal (23) mit einer Einlaßöffnung (22) ausgebildet und in dem Bypasskanal (23) das Meßelement (34) angeordnet ist, daß das Meßelement (34) und die Einlaßöffnung (22) einen Mittelpunkt haben, und daß die Kegellinie durch den Mittelpunkt des Meßelementes (34) oder der Einlaßöffnung (22) verläuft.

8. Vorrichtung nach einem oder mehrerem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Schutzgitter (38) aus zumindest zwei Gitterflächen (46) zusammengesetzt ist, wobei die direkt benachbarten Gitterflächen einen spitzen Winkel, einen

Schutzgitterinnenwinkel ß, zwischen sich einschließen und Seitengitter (44) des zumindest einen Schutzgitters (38) bilden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Schutzgitter (38) zumindest eine Anströmkante (40) hat, die den zumindest einen Staubereich (39) bildet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Staubereich (39) des zumindest einen Schutzgitters (38) eine Staubereichslängsachse (68) hat, daß das Meßelement (34) eine Längsachse (26) hat, und daß die

Staubereichslängsachse (68) des zumindest einen Staubereichs (39) parallel zur Längsachse (26) des Meßelements verläuf .

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Hauptströmungsrichtung (12) parallel verlaufende Linie durch den Mittelpunkt des Meßelementes (34) oder der Einlaßöffnung (22) verläuft, und das zumindest eine Schutzgitter (38) symmetrisch zu dieser Linie angeordnet ist .

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Schutzgitter (38) Gitteröffnungen (53) mit Öffnungsmittellinien (54) hat, die bei in der Leitung (3) angeordnetem Schutzgitter (38) gegenüber der

Hauptströmungsrichtung (12) geneigt verlaufen.

13. Vorrichtung nach einem oder mehrerem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Staubereichslängsachse (68) als ein Mittel zur Manipulation des strömenden Mediums zumindest ein zweites Mittel (84) zur Stabilisation des strömenden Mediums vorhanden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als zumindest ein zweites Mittel (84) zur Stabilisation des strömenden Mediums zumindest eine Einkerbung (85) im Staubereich (39) entlang der Staubereichslängsachse (68) vorgesehen ist .

15. orrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß als zumindest ein zweites Mittel (84) zur Stabilisation des strömenden Mediums zumindest ein

Element (91) mit einer Stabilisationsanströmkante (93) im Bereich des Staubereichs (39) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Element (91) mit einer

Stabilisationsanströmkante (93) ein pyramiden- oder kegelförmiger Keil (92) ist.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel (84) zur Stabilisation des strömenden Mediums entlang des Staubereichs (39) gleichmäßig verteilt sind.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich das zumindest eine zweite Mittel (84) zur Stabilisation des strömenden Mediums stromungsaufwarts auf Höhe des Meßelements (34) befindet.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine zweite Mittel (84) zur Stabilisation des strömenden Mediums sich stromaufwärts auf Höhe der Einlaßöffnung (22) des Meßkorpers (20) befindet

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgitter (38) mit ihren Staubereichen (39) entgegen der Hauptströmungsrichtung (12) ausgerichtet sind, daß es in Hauptströmungsrichtung (12) gesehen ein vorangestelltes Schutzgitter (38) und hintereinander folgende Schutzgitter (38) gibt, und daß der Staubereich (39) des folgenden

Schutzgitters (38) in Hauptströmungsrichtung (12) gesehen vor einem strömungsabwärtigen Ende der Seitenfläche (44) des vorangestellten Schutzgitters (38) liegt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (3) ein Rohrkörper (82) angeordnet ist und daß das zumindest eine Schutzgitter (38) stromungsaufwarts des Rohrkörpers (82) angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer pulsierenden Mediumströmung in der Leitung (3) das Medium in der Hauptströmungsrichtung (12) und dieser entgegengesetzt in einer Rückströmungsrichtung (74) strömt, und daß zumindest ein Schutzgitter (38) stromungsabwarts hinter dem Meßelement

(34) mit seiner zumindest einen Anströmkante (40) entgegen der Rückströmungsrichtung (74) ausgerichtet ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgitter (38) einen innenliegenden räumlichen Kegelwinkel oder

Schutzgitterinnenwinkel ß hat, und daß bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten der räumliche Kegelwinkel oder

Schutzgitterinnenwinkel ß klein ist und bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten der räumliche Kegelwinkel oder

Schutzgitterinnenwinkel ß groß ist.