Luftmassenmesser

Die Erfindung betrifft einen Luftmassenmesser bestehend aus einem Rohr und einem in dem Rohr angebrachten Sensormodul zur Messung einer in dem Rohr mit einer Strömungsgeschwindigkeit in einer Hauptströmungsrichtung strömenden Gasmenge, wobei sich das Sensormodul im Rohr in Hauptströmungsrichtung ausdehnt, und ein Anfang des Sensormoduls eine erste Ebene nor ^¬ mal zur Hauptströmungsrichtung definiert, und ein Ende des Sensormoduls eine zweite Ebene normal zur Hauptströmungsrich ^¬ tung definiert, und wobei das Sensormodul einen Strömungska ^¬ nal aufweist, der einen Teil der im Rohr strömenden Gasmenge aufnimmt und über Messelemente leitet.

Der Begriff Luft wird im Kontext dieser Anmeldung als Beispiel für ein Gas oder Gasgemisch, dessen Massenstrom bestimmt werden kann, genutzt. Grundsätzlich kann mit dem erfindungsgemäßen Luftmassenmesser der Massenstrom eines jeden Gases oder Gasgemisches bestimmt werden.

Derartige Luftmassenmesser sind bekannt, und sie werden in großer Zahl zum Beispiel im Automobilbau eingesetzt, um die zu einer Brennkraftmaschine strömende Luftmasse zu erfassen. Abhängig von dem durch den Luftmassenmesser erfassten Luftmassenstrom können sowohl Diagnosen, beispielsweise des Betriebs der Brennkraftmaschine, durchgeführt werden, als auch eine Steuerung der Brennkraftmaschine erfolgen. Zu diesen Zwecken ist ein auch unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen zuverlässiges und möglichst präzises Erfassen des tat ^¬ sächlichen Luftmassenstroms wichtig.

Aus der EP 0 458 998 AI ist ein Luftmassenmesser mit einem Gehäuse bekannt, in dem ein Strömungskanal ausgebildet ist und in dem ein Strömungsgleichrichter stromaufwärts eines Sensorelements eingebracht ist. Der Strömungsgleichrichter umfasst einen Wabenkörper und einen Ring, der in Strömungsrichtung über die Waben hinausragt und in dem ein Gitter beabstandet zu den Waben eingebettet ist, das Mikrowirbel er ^¬ zeugt. Das Gitter hat ferner den Nachteil, dass es bei langer Betriebsdauer des Luftmassenmesser mit hohen Vibrationsbelastungen, wie sie im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik häufig vorkommen, ermüdet und mechanisch ausfallen kann. Darüber hinaus ist das Einbringen des Gitters in den Ring des Wabenkörpers aufwendig und somit teuer.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Luftmassenmesser anzugeben, der kostengünstig herstellbar ist und eine genaue Messung eines Luftmassenstromes ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Paten ^¬ anspruches gelöst.

Dadurch, dass im Rohr ausgedehnte Strömungsleitelemente an ^¬ geordnet sind, die parallel zur Hauptströmungsrichtung ausge- richtet sind, so dass Stirnflächen der Strömungsleitelemente von der Gasmenge angeströmt werden und an Wandbereichen der Strömungselemente die Gasmenge vorbeiströmt, wobei die Wand ^¬ bereiche der Strömungsleitelemente sich mindestens teilweise zwischen der ersten und der zweiten Ebene erstrecken, so dass die Strömungsleitelemente die Strömungsgeschwindigkeit der

Gasmenge bei geringer Strömungsgeschwindigkeit im Rohr im Be ^¬ reich des Sensormoduls relativ zur Strömungsgeschwindigkeit im Rohr erhöhen und bei hoher Strömungsgeschwindigkeit der Gasmenge im Rohr im Bereich des Sensormoduls relativ zur Strömungsgeschwindigkeit weniger stark erhöhen, wird eine sehr genaue Messung der im den Rohr strömenden Luftmasse erreicht .

Bei einer Weiterbildung sind die Strömungsleitelemente aero ^¬ dynamisch ausgebildet, was eine Störung der Luftströmung durch Verwirbelungen unterdrückt und eine präzise Messung ge währleistet. Auch die Ausbildung der Strömungsleitelemente in Tropfen- oder Flügelform führt zu diesen Vorteilen.

Bei einer nächsten Weiterbildung der Erfindung verringern die Strömungsleitelemente den Rohrquerschnitt um 10 - 50 %. Dies führt zu einer Druckerhöhung an dem Sensormodul, wodurch die Messung des Luftmassenstroms sehr stabil und genau ausgeführt werden kann.

Bei einer Ausgestaltung sind das Rohr und die Strömungsleit ^¬ elemente als einstückiges Bauteil ausgebildet. Dies führt zu einem sehr kostengünstigen, robusten und langlebigen Luftmas senmesser . Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 9 nä ^¬ her erläutert.

Figur 1 zeigt einen Luftmassenmesser nach dem Stand der

Technik,

Figur 2 zeigt ein Gitter,

Figur 3a zeigt die Lufteinlassseite eines erfindungsgemäßen

Luftmassenmessers ,

Figur 3b zeigt die Luftauslassseite des Luftmassenmessers nach Figur 3a,

Figur 4a zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Luftmassenmessers mit Blick auf die Luft ^¬ einlassseite,

Figur 4b zeigt die Luftauslassseite des Luftmassenmessers nach Figur 4a, Figur 5a zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsge ^¬ mäßen Luftmassenmessers mit Blick auf die Luftein ^¬ lassseite,

Figur 5b zeigt die Luftauslassseite des Luftmassenmessers nach Figur 5a,

Figur 6a zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsge ^¬ mäßen Luftmassenmessers mit Blick auf die Luftein ^¬ lassseite,

Figur 6b zeigt die Luftauslassseite des Luftmassenmessers nach Figur 6a.

Figur 1 zeigt einen Luftmassenmesser 1 nach dem Stand der Technik. Der Luftmassenmesser 1 umfasst ein Rohr 2 und ein Sensormodul 3. Das Sensormodul 3 weist einen Anfang 5 und ein Ende 6 in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung der Luftmasse im Rohr 2 auf. Um über alle Strömungsgeschwindigkeiten der Luftmasse im Rohr 2 fehlerfrei messen zu können, ist vor dem Sensormodul 3 mit einem gewissen Abstand zum Anfang 5 des Sensormoduls 3 ein Strömungsleitelement 8 ausgebildet. Dieses Strömungsleitelement 8 nach dem Stand der Technik besteht aus einem Gitter 11.

Dieses Gitter 11 wird in Figur 2 in einer Frontalansicht dargestellt.

Die erfindungsgemäßen Luftmassensensoren, die in den Figuren 3 bis 6 dargestellt sind, verzichten vollständig auf das als Gitter 11 ausgebildete Strömungsleitelement 8.

Figur 3a zeigt die Lufteinlassseite eines erfindungsgemäßen Luftmassenmessers 1. Zu erkennen ist das Rohr 2, in dem das Sensormodul 3 platziert ist. Das Sensormodul 3 ist ausgebil ^¬ det zur Messung der in dem Rohr 2 mit einer Strömungsgeschwindigkeit in Hauptströmungsrichtung 4 strömenden Gasmen- ge . Das Sensormodul 3 dehnt sich in dem Rohr in Hauptströ- mungsrichtung 4 aus. Am Sensormodul 3 ist ein Anfang 5 zu erkennen, der eine erste Ebene normal zur Hauptströmungsrich- tung 4 definiert.

Eine zweite Ebene normal zur Hauptströmungsrichtung 4 wird auf der Luftauslassseite des Luftmassenmessers 1 in Figur 3b gezeigt. Das Sensormodul 3 weist einen Strömungskanal 7 auf, der einen Teil der im Rohr 2 strömenden Gasmenge aufnimmt und über ein Messelement leitet. Im Rohr 2 des Luftmessenmessers 1 sind ausgedehnte Strömungsleitelemente 8 angeordnet, die parallel zur Hauptströmungsrichtung 4 ausgerichtet sind. Von der Gasmenge wird eine Stirnfläche 9 der Strömungsleitelemen ^¬ te 8 angeströmt, wonach die Gasmenge an den Wandbereichen der Strömungsleitelemente vorbeiströmt. Durch die Stirnflächen 9 der Strömungsleitelemente 8 wird der Querschnitt des Rohres 2 verringert. Damit erhöht sich der Druck im Bereich des Sen ^¬ sormoduls 3, und die Strömungsgeschwindigkeit der Gasmenge wird angehoben. Demgegenüber stehen die Wandbereiche 10 der Strömungsleitelemente 8, an denen die Gasmenge vorbeiströmt. Je nach herrschender Strömungsgeschwindigkeit wird sich an diesen Wandbereichen 10 eine laminare Strömung oder eine turbulente Strömung der Gasmenge ausbilden. Die Wandbereiche 10 der Strömungsleitelemente 8 erstrecken sich zumindest teil ^¬ weise zwischen der ersten und der zweiten Ebene, so dass die Strömungsleitelemente die Strömungsgeschwindigkeit der Gas ^¬ menge bei geringer Strömungsgeschwindigkeit im Rohr im Be ^¬ reich des Sensormoduls relativ zur Strömungsgeschwindigkeit im Rohr erhöhen. Bei hoher Strömungsgeschwindigkeit der Gas ^¬ menge im Rohr wird jedoch im Bereich des Sensormoduls 3 die Strömungsgeschwindigkeit weniger stark erhöht, was auf das Einsetzen der turbulenten Strömung im Wandbereich 10 der Strömungsleitelemente 8 bei hoher Strömungsgeschwindigkeit zurückzuführen ist. Bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit erfolgt an den Wandbereichen 10 der Strömungsleitelemente 8 eine laminare Strömung der Gasmenge, wodurch die Strömungsge ^¬ schwindigkeit der Gasmenge bei geringer Strömungsgeschwindig- keit im Rohr 2 im Bereich des Sensormoduls 3 relativ zur Strömungsgeschwindigkeit im Rohr erhöht wird.

Figur 3b zeigt die Luftauslassseite des Luftmassenmessers 1 nach Figur 3a. Wiederum zu erkennen ist das Rohr 2 mit dem

Sensormodul 3. Das Sensormodul 3 zeigt nun sein Ende 6 im Be ^¬ zug auf die Hauptströmungsrichtung 4. Das Ende 6 des Sensormoduls 3 bildet eine zweite Ebene normal zur Hauptströmungs ^¬ richtung 4. Darüber hinaus sind die Strömungsleitelemente 8 zu erkennen mit ihren Wandbereichen 10.

In Figur 3a und 3b sind die Strömungsleitelemente 8 als po ^¬ destartige Körper ausgebildet. Die Strömungsleitelemente 8 können einstückig mit dem Rohr 2 ausgebildet sein und im Spritzgussverfahren hergestellt sein.

Figur 4a zeigt die Lufteinlassseite eines erfindungsgemäßen Luftmassenmessers 1. Im Rohr 2 ist wiederum das Sensormodul 3 zu erkennen. Das Sensormodul 3 zeigt seinen Anfang 5 im Bezug auf die Hauptströmungsrichtung 4. Weiterhin ist am Sensormodul 3 der Anfang des Strömungskanals 7 zu erkennen. Die Strö ^¬ mungsleitelemente 8 sind als parallele Stege im Rohr 2 ausge ^¬ bildet. Die Stirnflächen 9 der Strömungsleitelemente 8 sind zu erkennen, und die Wandbereiche 10 der Strömungsleitelemen- te 8 sind dargestellt.

Figur 4b zeigt die Luftauslassseite des in Figur 4a darges ^¬ tellten Luftmassenmessers 1. Das Sensormodul 3 zeigt nun sein Ende 6 in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung 4. Zu erkennen ist wiederum die Form der Strömungsleitelemente 8.

Auch in Figur 5a ist ein Luftmassenmesser 1 nach der Erfindung dargestellt. Im Rohr 2 ist wiederum das Sensormodul 3 zu erkennen, das seinen Anfang 5 in Bezug auf die Hauptströ- mungsrichtung 4 zeigt. Am Sensormodul 3 ist der Strömungska ^¬ nal 7 ausgebildet. Die Strömungsleitelemente 8 sind nun als konzentrischer teilweise unterbrochener Kreis im Rohr 2 aus- gebildet und kombiniert mit Strömungsleitelementen 8, die po ^¬ destartig parallel zum Sensormodul 3 ausgebildet sind.

Figur 5b zeigt die Luftauslassseite des in Figur 5a darges- teilten Luftmassenmessers 1. Auch hier ist die Form der Strö ^¬ mungsleitelemente 8 erkennbar. Ein zum Rohr 2 konzentrischer unterbrochener Kreis bildet einen Teil des Strömungsleitele ^¬ mentes 8. Dazu kombiniert sind zwei podestartige Strömungs ^¬ leitelemente erkennbar, die parallel zum Sensormodul 3 an- geordnet sind.

In Figur 6a ist eine weitere Ausführungsform des erfindungs ^¬ gemäßen Luftmassenmessers 1 dargestellt. Im Rohr 2 ist wiede ^¬ rum das Sensormodul 3 angeordnet. Parallel zum Sensormodul 3 finden sich zwei Stege, die die Strömungsleitelemente 8 bil ^¬ den. Diese Stege werden ergänzt durch einen zum Rohr konzentrischen Kreis, der ein weiteres Strömungsleitelement 8 bil ^¬ det . Figur 6b zeigt die Luftauslassseite des Luftmassenmessers nach Figur 6a. Auch hier ist die Form der Strömungsleitele ^¬ mente 8 dargestellt. In jeder Ausführungsform des erfindungs ^¬ gemäßen Luftmassenmessers 1 können die Strömungsleitelemente 8 mit dem Rohr 2 als einstückiges Bauteil z. B. im Spritz- gussverfahren hergestellt sein.