WO2002008700A1 - Strömungsmesser mit einem element das wirbelbildung des strömenden mediums reduziert - Google Patents

Strömungsmesser mit einem element das wirbelbildung des strömenden mediums reduziert Download PDF

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Richard Joschko
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention is based on a device for determining at least one parameter of a medium flowing in a line according to the preamble of claim 1.
  • a device is already known from DE 197 35 664 A1, in which a plug-in sensor with a measuring element is arranged within a tube body through which the medium flows, an upstream end of the tube body extending into a filter chamber.
  • vortex formation occurs in the area of the leading edge of the inner tube, which leads to increased signal noise at the measuring element.
  • the device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that a reduction in the pressure drop and signal noise is achieved in a simple manner.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device designed according to the invention
  • FIG. 2 shows an axial cross section of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a device 1 designed according to the invention in a front view.
  • the device 1 consists, inter alia, of a line 5, into which a plug-in sensor 3 can be inserted, for example.
  • a medium flows in line 5 Flow direction 7, that is in a direction perpendicular to the plane of the drawing.
  • a flow straightener 9 held in line 5 is arranged upstream of plug-in sensor 3, for example.
  • a barrel ring 13 for example a short tube element, is connected to the flow straightener 9 and serves to hold an inner tube 17.
  • the barrel ring 13 has at least one strut 15 which connects the barrel ring 13 to the inner tube 17 or a deflecting grid 19 and thus the inner tube 17 is held in the flow straightener 9 or in the line 5.
  • the inner tube 17 has, for example, the deflector 19 in the region of its inflow opening 21.
  • the deflector 19 serves to reduce the exposure to a downstream measuring element 33 (FIG. 2) by foreign particles, such as liquid
  • FIG. 2 shows an axial cross section of the device 1 from FIG. 1.
  • the inner tube 17 has a central axis 18.
  • the upper part of FIG. 2 (part of the inner tube 17 between the central axis 18 and plug-in sensor 3) shows the prior art without element 11 and the lower part shows the exemplary embodiment according to the invention with element 11.
  • the inner tube 17 forms an outer leading edge 25 on the circumference of its end face 23, around which the medium flows.
  • the barrel ring 13 has an inner leading edge 27.
  • the flow straightener 9 is arranged in the flow direction 7 behind the inflow opening 21. This leads to the formation of vortices 29 in the region of the leading edge 25 according to the prior art, as is shown in FIG. 2 by a flow line 31 is indicated. This leads to an increased signal noise at the measuring element 33 and a greater pressure drop in the line 5 and in the inner tube 17.
  • An element 11 is arranged in the vicinity of the outer leading edge 25 of the inner tube 17, for example on the inner tube 17, and reduces eddy formation in the flowing medium. This can be done, for example, by applying an additional streamlined elevation to the inner tube 17, as a result of which the flowing medium is accelerated.
  • leading edge 27 of the barrel ring 13 is approximately at the same axial height as the outer leading edge 25 of the inner tube 17, these vortices 29 also no longer occur because the passage area for the flow in the line 5 is reduced and approximately at an axial height of the inflow opening 21 there is an acceleration of the flowing medium, which reduces the vortex formation or the number of vortices formed.
  • opposing vortices can also arise which compensate for the other vortices which are disruptive according to the prior art.
  • This configuration of the barrel ring 13 forms the element 11 for reducing the vortex formation. "In this way the flow in and around the inner tube 17 is stabilized and the signal noise at the measuring element 33 and the pressure drop is reduced.
  • the measuring element 33 which determines at least one parameter of a medium flowing through, is arranged inside the plug-in sensor 3.
  • Parameters of a flowing medium are, for example, the air volume flow for determining an air mass, a temperature, a pressure, a concentration of a medium component or a flow rate, which are determined by means of suitable sensors.
  • the use of the device 1 for determining other parameters is possible. This can by using two or more sensors, wherein a sensor can also determine two or more parameters.

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Abstract

Vorrichtungen zur Bestimmung von zumindest einem Parameter eines strömenden Mediums mit einem Innenrohr nach dem Stand der Technik besitzen den Nachteil, dass es zu einer Wirbelbildung und damit zu einem erhöhten Signalrauschen am Messelement und Druckabfall kommt. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung (1) hat ein Element (11), das eine Wirbelbildung des strömenden Mediums reduziert.

Description

STROMUNGSMESSER MIT EINEM ELEMENT DAS WIRBELBILDUNG DES STROMENDEN MEDIUMS REDU ZIERT
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung von zumindest einem Parameter eines in einer Leitung strömenden Mediums nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der DE 197 35 664 AI ist schon eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Steckfühler mit einem Messelement innerhalb eines von dem Medium durchströmten Rohrkörpers angeordnet ist, wobei sich ein strömungsaufwärtiges Ende des Rohrkörpers bis in eine Filterkammer erstreckt. Jedoch kommt es im Bereich der Anströmkante des Innenrohrs zur Wirbelbildung, die zu einem erhöhten Signalrauschen an dem Messelement führt.
Aus der DE 196 52 753 AI ist eine Vorrichtung mit einem Messelement bekannt, die einen Strömungsgleichrichter zur Gleichrichtung der Strömung und ein Gitter zu einer
Stabilisierung eines Messsignals enthält. Jedoch wird dort kein Innenrohr verwendet, dass das Messelement vor einer Beaufschlagung durch Schmutzpartikel oder Wassertröpfchen schützt. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemasse Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine Reduzierung des Druckabfalls und des Signalrauschens erreicht wird.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 genannten Vorrichtung möglich.
Es ist vorteilhaft, eine Anströmkante eines Fassrings auf ungefähr gleicher axialer Länge mit einer äusseren des Innenrohrs anzuordnen, weil der Fassring nur in axialer Richtung verlängert werden muss.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtung, Figur 2 einen axialen Querschnitt der Figur 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäss ausgebildete Vorrichtung 1 in Frontansicht. Die Vorrichtung 1 besteht u. a. aus einer Leitung 5, in die ein Steckfühler 3 bspw. eingesteckt werden kann. In der Leitung 5 strömt ein Medium in Strömungsrichtung 7, also in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene. Strömungsaufwärts des Steckfühlers 3 ist beispielsweise ein in der Leitung 5 gehaltener Strömungsgleichrichter 9 angeordnet. Mit dem Strömungsgleichrichter 9 ist beispielsweise ein Fassring 13, bspw. ein kurzes Rohrelement, verbunden, der zur Halterung eines Innenrohrs 17 dient. Der Fassring 13 weist zumindest eine Strebe 15 auf, die den Fassring 13 mit dem Innenrohr 17 oder einem Abweisgitter 19 verbindet und so das Innenrohr 17 in dem Strömungsgleichrichter 9 oder in der Leitung 5 festgehalten ist. Das Innenrohr 17 weist im Bereich seiner Einströmöffnung 21 beispielsweise das Abweisgitter 19 auf. Das Abweisgitter 19 dient zur Reduzierung der Beaufschlagung eines strömungsabwärtig gelegenen Messelements 33 (Fig. 2) durch Fremdpartikel, wie z.B. Flüssigkeits- oder
Festkörperpartikel. Der Aufbau eines derartigen Messelements 33 ist dem Fachmann z. B. aus der DE 195 24 634 AI hinreichend bekannt, deren Offenbarung Bestandteil der hier vorliegenden Patentanmeldung sein soll.
Figur 2 zeigt einen axialen Querschnitt der Vorrichtung 1 der Figur 1.
Das Innenrohr 17 hat eine Mittelachse 18. Der obere Teil der Figur 2 (Teil des Innenrohrs 17 zwischen Mittelachse 18 und Steckfühler 3) zeigt den Stand der Technik ohne Element 11 und der untere Teil das erfindungsgemasse Ausführungsbeispiel mit Element 11.
Das Innenrohr 17 bildet am Umfang seiner Stirnfläche 23 eine äussere Anströmkante 25, die von dem Medium umströmt wird. Der Fassring 13 hat eine innere Anströmkante 27. Der Strömungsgleichrichter 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel in Strömungsrichtung 7 hinter der Einströmöffnung 21 angeordnet. Dadurch kommt es im Bereich der Anströmkante 25 nach dem Stand der Technik zur Bildung von Wirbeln 29, wie es in Figur 2 durch eine Strömungslinie 31 angedeutet wird. Dies führt zu einem erhöhten Signalrauschen am Messelement 33 und einem grösseren Druckabfall in der Leitung 5 und im Innenrohr 17.
Ein Element 11 ist in der Nähe der äusseren Anströmkante 25 des Innenrohrs 17, bspw. auf dem Innenrohr 17, angeordnet und reduziert eine Wirbelbildung des strömenden Mediums . Dies kann bspw. durch Aufbringen einer zusätzlichen stromlinienförmigen Erhebung auf dem Innenrohr 17 erfolgen, wodurch das strömende Medium beschleunigt wird.
Wenn die Anströmkante 27 des Fassrings 13 ungefähr auf gleicher axialer Höhe wie die äussere Anströmkante 25 des Innenrohrs 17 liegt, entstehen diese Wirbel 29 auch nicht mehr, weil auf ungefähr axialer Höhe der Einströmöffnung 21 die Durchlassfläche für die Strömung in der Leitung 5 verkleinert ist und es zu einer Beschleunigung des strömenden Mediums kommt, wodurch die Wirbelbildung oder die Anzahl der entstandenen Wirbel reduziert wird. Auch können je nach Strömungsverhältnissen auch gegenläufige Wirbel entstehen, die die anderen nach dem Stand der Technik störenden Wirbeln kompensieren. Durch diese Ausgestaltung des Fassrings 13 wird das Element 11 zur Reduzierung der Wirbelbildung gebildet. " So wird die Strömung in dem und um das Innenrohr 17 herum stabilisiert und das Signalrauschen am Messelement 33 und der Druckabfall wird reduziert.
Innerhalb des Steckfühlers 3 ist das Messelement 33 angeordnet, das zumindest einen Parameter eines durchströmenden Mediums ermittelt. Parameter eines strömenden Mediums sind beispielsweise der Luftvolumenstrom zur Ermittlung einer Luftmasse, eine Temperatur, ein Druck, eine Konzentration eines Mediumbestandteils oder eine Strömungsgeschwindigkeit, die mittels geeigneter Sensoren bestimmt werden. Die Anwendung der Vorrichtung 1 für Bestimmungen weiterer Parameter ist möglich. Dies kann dadurch erfolgen, dass zwei oder mehr Sensoren verwendet werden, wobei ein Sensor auch zwei oder mehr Parameter ermitteln kann.

Claims

Patentansprüche
1.Vorrichtung zur Bestimmung zumindest eines Parameters, insbesondere eines Volumenstroms, eines in einer Leitung (5) strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, wobei in der Leitung (5) zumindest teilweise ein Innenrohr (17) angeordnet ist, und in dem Innenrohr (17) zumindest ein Steckfühler (3) vorhanden ist, der zumindest ein Messelement (33) zur Bestimmung zumindest eines der Parameter des strömenden Mediums aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich einer Einströmöffnung (21) des Innenrohrs (17) ein Element (11) angeordnet ist, das eine Wirbelbildung des strömenden Mediums reduziert .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Innenrohr (17) zumindest teilweise durch einen Fassring (13) in der Leitung (5) gehalten ist, und dass eine innere Anströmkante (27) des Fassrings (13) ungefähr auf einer axialen Länge mit einer äusseren Anströmkante (25) des Innenrohrs (17) liegt, und so ein Element (11) bildet, das eine Wirbelbildung des strömenden Mediums reduziert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (17) eine Einströmδffnung (21) hat, und dass die Leitung (5) ungefähr auf gleicher axialer Länge der Einströmöffnung (21) einen Strömungsgleichrichter (9) hat.
4.Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Fassring (13) mit dem Strömungsgleichrichter (9) verbunden ist.
5.Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass das Innenrohr (17) eine Einströmöffnung (21) hat, und dass das Innenrohr (17) im Bereich der Einströmöffnung (21) ein Abweisgitter (9) aufweist.
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