WO2001075402A1 - Schutzeinrichtung für massendurchflusssensor in einem ansaugluftkanaal - Google Patents

Schutzeinrichtung für massendurchflusssensor in einem ansaugluftkanaal Download PDF

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    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring 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
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6842Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow with means for influencing the fluid flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00Details 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
    • G01F15/12Cleaning arrangements; Filters

Definitions

  • the invention is based on a device for determining at least one parameter of a flowing medium according to the preamble of claim 1.
  • a device (DE-OS 35 15 206) is already known in which a capturing element is provided in the vicinity of a measuring element in a measuring channel of the device in order to have a
  • the device according to the invention for determining at least one parameter of a flowing medium with the characterizing features of claim 1 has the advantage that an accumulation of, in particular, liquid components from the air flow on the measuring element is prevented, so that a consistently precise measurement result can be obtained.
  • the measuring element can advantageously be protected against contamination from the line.
  • Figure 1 shows a cross section through a device with impact body and outer ring
  • Figure 2 shows a longitudinal section along a line II-II in Figure 1 through the intake line with device.
  • FIG. 1 shows a cross section of a device identified by 1, which is used to determine at least one parameter of a flowing medium, in particular the intake air of internal combustion engines.
  • the internal combustion engine can be a mixture-compressing, externally ignited or also an air-compressing, self-igniting.
  • a longitudinal section along a line II-II in FIG. 1 a measuring body 17 preferably has a slim, rod-shaped, cuboid shape that extends in the direction of a plug-in axis 10 and is in a wall 5 recessed opening 6 of a suction line 7 forming a flow line, for example inserted pluggable.
  • the hatched wall 5 is, for example, part of the e.g. cylindrical
  • Intake line 7 through which a medium, in particular the air drawn in by the internal combustion engine, flows.
  • the wall 5 of the suction line 7 delimits a flow cross section, which in the case of the cylindrical suction line 7 is, for example, circular Cross-section, m whose center extends in the direction of the flowing medium, parallel to the wall 5, a central axis 11 which is oriented perpendicular to the plug axis 10.
  • the direction of the flowing medium is indicated in FIGS. 1 and 2 by corresponding arrows 18 and runs there from left to right.
  • the measuring body 17 protrudes into the flowing medium and has a measuring channel 20 with which at least one measuring element 21 for determining at least one parameter of a medium flowing in the suction line 7 is accommodated.
  • a measuring element is used which, for example, determines the volume flow of the flowing medium.
  • Other parameters that can be measured are, for example, pressure, temperature, a concentration of a
  • Medium component or a flow rate which are determined by means of suitable sensors.
  • the structure of the measuring body 17 for determining a parameter of a flowing medium is known to the person skilled in the art, for. B. from DE-OS 44 07 209 well known, the disclosure of which should be part of the present patent application.
  • the measuring body 17 is not limited to this exemplary embodiment.
  • a baffle 25 is accommodated in the suction line 7, the shape of which is designed in such a way that components which are also transported in the flow 18 of the medium, in particular those in liquid form, essentially extend from the center of the suction line 7, which is identified by the central axis 11 a lower part of the wall 5 shown in FIG. 2 and identified by the reference symbol 8 are deflected.
  • the vertically arranged impact body 25 has, for example, a prismatic shape with an essentially triangular cross-sectional area and a tip opposite to the flow 18.
  • the impact body 25 can also be aerodynamically shaped.
  • An outer ring 30 is arranged from an upstream end 45 of the impact body 25 to, for example, an upstream start 46 of the measuring body 17.
  • the outer ring 30 can by webs (not shown) with the
  • the outer ring 30 forms in the flow direction 18 within the outer ring 30 a tapering section 31, in which there is an increase in the flow rate of the medium or an acceleration.
  • the outer ring 30 is arranged, for example, in such a way that it partially surrounds a side surface 26 of the baffle body 25 facing the flow direction 18, and then, as viewed in the inner diameter in the flow direction 18, first becomes wider, for example, so that the flow from the baffle 25 is deflected outwards, does not strike an inner wall 34 of the outer ring 30 frontally or at an acute angle.
  • the inner wall 34 of the outer ring 30 then tapers, as a result of which the gas is accelerated.
  • the medium can flow through a first gap 38 between impact body 25 and outer ring 30 and through a second gap 39 between measuring housing 17 and outer ring.
  • the flow around the impingement body 25 repeatedly leads to flow detachments and vortices 32 in the area downstream of the downstream end 45 of the impingement body 25.
  • the vortices 32 are caused by the section of the outer ring 30 which narrows in the main flow direction and the associated acceleration of the gas degraded so that there is no increased measurement signal noise at the measuring element 21.
  • Liquid or solid particles entrained by the gas in line 7 hit the impact body as a result of significantly higher inertia compared to the gas and are deflected radially outwards towards wall 5. Solid particles can rarely get into the gap 38 and thus into the tapering 31 section formed by the outer ring 30, since the outer ring 30 extends from the impact body 25 to the measuring housing 17.
  • the liquid that strikes the baffle 25 then forms a wall film on the baffle due to the much greater dynamic viscosity, the wall film being distributed on the inside 34 and outside 35 of the outer ring 30 and therefore not reaching the channel 20.
  • the outer ring 30 is streamlined and has an S shape, for example.

Abstract

Bekannte Vorrichtungen zur Messung der Masse eines strömenden Mediums können durch im Medium mittransportierte flüssige Bestandteile in ihrer Messgenauigkeit beeinträchtigt werden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung (1) besitzt einen Prallkörper (25), der stromaufwärts des Messelements (21) untergebracht ist, der zumindest teilweise durch einen Aussenring (30) umringt ist, wobei der Aussenring (30) einen in Strömungsrichtung (18) verjüngend zulaufenden Abschnitt innerhalb des Aussenrings (30) bildet, um in der Strömung (18) mittransportierte flüssige Bestandteile mittels des Prallkörpers (25) von dem Messelement (21) abzulenken. Die Erfindung ist zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, vorgesehen.

Description

SCHUTZEINRICHTUNG FÜR MASSENDURCHFLUSSSENSOR IN EINEM AJNSAUGLUFTKANAAL
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung zumindest eines Parameters eines strömenden Mediums nach der Gattung des Anspruchs 1.
Es ist schon eine Vorrichtung (DE-OS 35 15 206) bekannt, bei der ein Einfangelement m der Nähe eines Messelements m einem Messkanal der Vorrichtung vorgesehen ist, um eine
Anlagerung von im Luftstrom befindlichen Schmutzteilchen am Messelement zu vermeiden. Die vorgesehene Unterbringung des Einfangelements in der Nähe des Messelements bewirkt einen Windschatten stromabwärts des Einfangelements, der eine Anlagerung der Schmutzteilchen am Messelement verhindern soll . Dennoch kann es bei im Luftstrom mittransportierten flüssigen Bestandteilen zu einem Niederschlag am Messelement kommen, der zu einer nachteiligen Veränderung der Kennlinie der Vorrichtung beziehungsweise deren Messgenauigkeit führt.
Aus der EP 0 967 466 AI ist eine Vorrichtung bekannt, m der ein Staukörper dazu verwendet wird, um Wirbel zu erzeugen. Dies führt jedoch zu einem erhöhten Messsignalrauschen am Messelement . Aus der DE 196 32 198 AI ist eine Vorrichtung bekannt, bei der stromaufwärts der Vorrichtung ein Prallkorper m einem sich m Stromungsrichtung des Mediums verjüngenden Abschnitt der S romungsleitung untergebracht ist.
Hier rnuss die Form der Leitung speziell angepasst werden, um den verjüngenden Abschnitt zu bilden. Dies führt wegen der Abweichung von der Standardgeometrie zu erhöhten Kosten.
Vorteile der Erfindung
Die erfmd ngsgemässe Vorrichtung zur Bestimmung zumindest eines Parameters eines strömenden Mediums mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Anlagerung von insbesondere flüssigen Bestandteilen aus dem Luftstrom am Messelement verhindert wird, so dass sich ein gleichbleibend präzises Messergebnis einstellen kann.
Durch die m den Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere bei einer prismatischen Ausbildung eines Prallkόrpers sich m vorteilhafter Weise eine besonders effektive Ableitung der im Luftstrom mittransportierten flüssigen Bestandteile ergibt .
Wenn sich der Aussenπng vom Prallkörper bis zum Messgehäuse erstreckt, kann auf vorteilhafte Weise das Messelement vor Kontaminationen aus der Leitung geschützt werden. Zeichnung
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und m der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit Prallkörper und Aussenring, Figur 2 einen Längsschnitt entlang einer Linie II-II in Figur 1 durch die Ansaugleitung mit Vorrichtung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Tn Figur 1 ist ein Querschnitt einer mit 1 gekennzeichneten Vorrichtung gezeigt, die zur Bestimmung zumindest eines Parameters eines stromenden Mediums, insbesondere der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen, dient. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich um eine gemischverdichtende, fremdgezundete oder auch um eine luftverdichtende, selbstzundende handeln. Wie in Figur 2, einem Längsschnitt entlang einer Linie II-II in Figur 1, naher dargestellt ist, hat ein Messkorper 17 vorzugsweise eine schlanke, stabformige, sich in Richtung einer Steckachse 10 länglich erstreckende, quaderformige Gestalt und ist in eine aus einer Wandung 5 ausgenommenen Öffnung 6 einer eine Stromungsleitung bildenden Ansaugleitung 7 z.B. steckbar eingeführt. Die schraffiert dargestellte Wandung 5 ist beispielsweise Teil der z.B. zylindrisch ausgebildeten
Ansaugleitung 7, durch die hindurch ein Medium, insbesondere die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luft, strömt. Die Wandung 5 der Ansaugleitung 7 begrenzt einen Stromungsquerschnitt, der im Fall der zylindrischen Ansaugleitung 7 beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, m dessen Mitte sich m Richtung des stromenden Mediums, parallel zur Wandung 5 eine Mittelachse 11 erstreckt, die senkrecht zur Steckachse 10 orientiert ist. D e Richtung des stromenden Mediums ist in den Figuren 1 und 2 durch entsprechende Pfeile 18 gekennzeichnet und verlauft dort von links nach rechts.
Der Messkorper 17 ragt in das strömende Medium hinein und hat einen Messkanal 20, m welchem zumindest ein Messelement 21 zur Bestimmung zumindest eines Parameters eines in der Ansaugleitung 7 stromenden Mediums untergebracht ist. In diesem Ausfuhrungsbeispiel wird ein Messelement verwendet, das beispielsweise den Volumenstrom des stromenden Mediums bestimmt. Weitere Parameter, die gemessen werden können, sind bspw. Druck, Temperatur, eine Konzentration eines
Mediumbestandteils oder eine Stromungsgeschwindigkeit, die mittels geeigneter Sensoren bestimmt werden.
Der Aufbau des Messkorpers 17 zur Bestimmung eines Parameters eines stromenden Mediums ist dem Fachmann z. B. aus der DE-OS 44 07 209 hinreichend bekannt, deren Offenbarung Bestandteil der hier vorliegenden Patentanmeldung sein soll. Der Messkorper 17 ist jedoch auf dieses Ausfuhrungsbeispiel nicnt beschrankt.
Stromungaufwarts des Messelements 21 ist ein Prallkorper 25 in der Ansaugleitung 7 untergebracht, dessen Form so gestaltet ist, dass in der Strömung 18 des Mediums mittransportierte Bestandteile, insbesondere die in flussiger Form, von der von der Mittelachse 11 gekennzeichneten Mitte der Ansaugleitung 7 im Wesentlichen zu einem in Figur 2 unten dargestellten, mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichneten unteren Teil der Wandung 5 hin abgelenkt werden. Wie m Figur 1 naher αargestellt ist, hat der vertikal angeordnete Prallkorper 25 hierzu beispielsweise eine prismatische Form, mit einer im Wesentlichen dreieckigen Querschnittsflache unα einer der Strömung 18 entgegengerichteten Spitze. Der Prallkorper 25 kann auch aerodynamisch geformt sein.
Bspw. von einem stromungsabwartigen Ende 45 des Prallkorpers 25 bis bspw. zu einem stromungsaufwartigen Anfang 46 des Messkorpers 17 ist ein Aussenring 30 angeordnet. Der Aussenring 30 kann durch Stege (nicht gezeigt) mit der
Leitung 7 und/oder mit dem Prallkorper 25 und/oder mit dem Messkorper 17 verbunden sein. Der Aussenring 30 bildet in Stromungsrichtung 18 innerhalb des Aussenrings 30 einen sich erjungenden Abschnitt 31, in welchem es zu einer Erhöhung der Stromungsgeschwindigkeit des Mediums bzw. einer Beschleunigung kommt.
Der Aussenring 30 ist bspw. so angeordnet, dass er eine der Stromungsrichtung 18 zugewandten Seitenfläche 26 des Prallkorpers 25 teilweise mit einem Abstand umschliesst, und danach im Innendurchmesser in Stromungsrichtung 18 gesehen bspw. zuerst breiter w rd, damit die Strömung, die vom Prallkorper 25 nach aussen umgelenkt wird, nicht frontal oder unter einem spitzen Winkel auf eine Innenwandung 34 des Aussenrings 30 trifft. Danach verjungt sich die Innenwandung 34 des Aussenrings 30, wodurch das Gas beschleunigt wird. Das Medium kann durch einen ersten Spalt 38 zwischen Prallkorper 25 und Aussenring 30 und durch einen zweiten Spalt 39 zwischen Messgehause 17 und Aussenring strömen.
Durch die Umstromung des Prallkorpers 25 kommt es immer wieder zu Stro ungsablosungen und zu Wirbeln 32 im Bereich stromungsabwarts des stromungsabwartigen Ende 45 des Prallkorpers 25. Die Wirbel 32 werden durch den sich in Hauptstromungsrichtung verengenden Abschnitt des Aussenrings 30 und der damit einhergehenden Beschleunigung des Gases abgebaut, so dass es zu keinem erhöhten Messsignalrauschen am Messelement 21 kommt.
Von dem Gas mitgerissene Flussigkeits- oder Festkorperpartikel in der Leitung 7 treffen infolge im Vergleich zu dem Gas deutlich höheren Trägheit auf den Prallkorper und werden an diesem radial nach aussen in Richtung der Wandung 5 abgelenkt. Nur selten können Festkorperpartikel in den Spalt 38 und damit in den durch den Aussenring 30 gebildeten verjungenden 31 Abschnitt gelangen, da sich der Aussenring 30 vom Prallkorper 25 bis zum Messgehause 17 erstreckt.
Für diese Festkorperpartikel gilt jedoch, dass sie durch Reflektion an der Innenwandung 34 des Aussenrings 30 am Messkanal 20 vorbeigelenkt werden.
Die Flüssigkeit, die auf den Prallkorper 25 trifft, bildet dann infolge der vielfach grosseren dynamischen Viskosität einen Wandfilm auf dem Prallkorper, wobei sich der Wandfilm auf die Innen- 34 und Aussenseite 35 des Aussenrings 30 verteilt und deshalb nicht in den Kanal 20 gelangt.
Der Aussenring 30 ist stromlinienformig ausgeführt und hat beispielsweise eine S-Form.

Claims

Ansprüche
1 Vorrichtung zur Bestimmung zumindest eines Parameters eines m einer Leitung stromenden Mediums m Form eines
Gas-Flussigkeitsgemischs , insbesondere der Ansaugluft von
Brennkraftmaschinen, m t einem m der Leitung vorgesehenen Messgehause, und mit zumindest einem sich m dem Messgehause befindlichen und von strömendem Medium umströmten Messelement, das zur Bestimmung von Parametern des m der Leitung stromenden Mediums dient, wobei stromaufwärts des Messelements ein Prallkorper angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Aussenring (30) zumindest teilweise zwischen dem Prallkorper (25) und dem Messgehause (17) angeordnet ist, dass ein verjungender Abschnitt 31 durch den Aussenring (30) innerhalb des Aussenrings (30) gebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Prallkorper (25) eine prismatische Form aufweist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (25) aerodynamisch geformt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aussenring (30) stromlinienförmig ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aussenring (30) S-förmig ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehrerem der vorherigen Ansprüche 1,4,5, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aussenring (30) den Prallkörper (25) mit einem Abstand (38) zumindest teilweise umschliesst.
7. Vorrichtung nach einem oder mehrerem der vorherigen Ansprüche 1,4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aussenring (30) das Messgehäuse (17) mit einem Abstand zumindest teilweise umschliesst.
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