HAUSCHEL, Jan-Erik (Louis-Braille-Str. 14, Apolda, 99510, DE)
PESAHL, Stefan (Peter-Konrad-Str. 27, Saal A.D.Donau, 93342, DE)
SETESCAK, Stephen (Lilienweg 11 A, Pentling, 93080, DE)
STEUBER, Frank (Benzstr. 5, Bad Abbach, 93077, DE)
HACKER-LEMIRE, Birgitta (Eichenweg 8, Schierling, 84069, DE)
HAUSCHEL, Jan-Erik (Louis-Braille-Str. 14, Apolda, 99510, DE)
PESAHL, Stefan (Peter-Konrad-Str. 27, Saal A.D.Donau, 93342, DE)
SETESCAK, Stephen (Lilienweg 11 A, Pentling, 93080, DE)
STEUBER, Frank (Benzstr. 5, Bad Abbach, 93077, DE)
Patentansprüche
1. Massenstromsensorvorrichtung für eine zumindest partielle Anordnung in einem Hauptkanal (1), in dem ein Massenstrom in einer Hauptströmungsrichtung (3) strömt, die aufweist einen Massenstromsensor (1) mit einem Bypasskanal (7), der einen Einlassabschnitt (9) aufweist, über den Massenstrom aus dem Hauptkanal (2) in den Bypasskanal (7) einströmen kann, und mit zumindest einem Massenstromsensorelement (17, 19) , mittels dessen eine für den Massenstrom in dem Hauptkanal (2) charakteristische Größe erfasst werden kann, wobei ein strömungsführender Kanal (23) vorgesehen ist, dessen bezüglich der Hauptströmungsrichtung (3) senkrecht verlaufener Einlassquerschnitt (25) mit dessen be- züglich der Hauptströmungsrichtung (3) senkrecht verlaufenden Auslassquerschnitt (27) eine maximale überlappung von einem Drittel bezogen auf den Einlassquerschnitt (25) aufweist, und der Einlassquerschnitt (25) im Wesentlichen mittig in dem Hauptkanal (2) angeordnet ist und der strö- mungsführende Kanal (23) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er in ihm strömendes Medium zumindest teilweise zu dem Einlassabschnitt (9) des Massenstromsensors (1) leitet und zumindest eine Ausnehmung (29) hin zu dem Hauptkanal (2) hat, über die eine Kommunikation mit dem Hauptkanal (2) unter Umgehung des Bypasskanals (7) er ¬ folgt .
2. Massenstromsensorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der strömungsführende Kanal (23) eine Rohrlängsachse (33) auf- weist, die verkippt ist gegenüber der Hauptströmungsrichtung (3) .
3. Massenstromsensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem dem strömungsführenden Kanal (23) eine Halterung (35) für eine Fixierung in dem Hauptkanal (2) zugeordnet ist, die so ausgebildet ist, dass sie den Mas ¬ senstromsensor (1) von der Strömung in dem Hauptkanal (2) in einem in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung (3) stirnseitigen Bereich des Massenstromsensors (1) ab ¬ schirmt .
4. Massenstromsensorvorrichtung nach Anspruch 3, bei dem die Halterung (35) eine Ausnehmung (37) aufweist, durch die strömendes Medium hin zu einem Temperatursensorelement (21) geleitet wird, das zum Erfassen der Temperatur des strömenden Mediums in dem Massenstromsensor (1) vorgesehen ist.
5. Massenstromsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der der bezüglich des stirnseitigen Bereichs des Massenstromsensors (1) abschirmend wirkende Abschnitt der Halterung (35) in Hauptströmungsrichtung (3) zunächst als schmaler Steg ausgebildet ist und ein nicht abschir ¬ mender Abschnitt der Halterung (35) zumindest in einem Teilbereich der Hauptströmungsrichtung (3) bezogen auf den schmalen Steg verbreitert zu diesem ausgebildet ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der strömungsführende Kanal (23) S-förmig ausgebildet ist.
7. Massenstromsensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der strömungsführende Kanal (23) so ausgebildet ist, dass sich sein Querschnitt in Strömungs ¬ richtung verringert .
8. Massenstromsensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der in der Wandung des strömungsführenden
Kanals (23) Führungskonturen vorgesehen sind.
9. Massenstromsensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Hauptkanal und der strömungsführen- de Kanal als einstückiges Spritzteil ausgebildet sind. |
Beschreibung
MASSENSTROMSENSORVORICHTUNG MIT EINEM STRöMUNGSFüHRENDEN KANAL
Die Erfindung betrifft eine Massenstromsensorvorrichtung. Derartige Massenstromsensorvorrichtungen sind geeignet zum Erfassen eines Massenstroms in einem Hauptkanal. Ein derarti ¬ ger Hauptkanal kann beispielsweise ein Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine sein. Abhängig von dem durch die Massen- Stromsensorvorrichtung erfassten Massenstrom kann eine
Steuerung beispielsweise einer Brennkraftmaschine erfolgen oder auch Diagnosen durchgeführt werden. Zu diesen Zwecken ist ein auch unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen zuverlässiges und möglichst präzises Erfassen des tatsächlichen Massenstroms wichtig.
Aus der DE 100 11 709 Al ist eine Massenstromsensorvorrichtung bekannt, die in einem Hauptkanal angeordnet ist und der ein koaxial zu dem Hauptkanal zugeordneter Rohrkörper zuge- ordnet ist .
Entsprechende Massenstromsensorvorrichtungen mit zumindest einem parallel zu einer Hauptströmungsrichtung in dem Hauptkanal angeordneten Rohrkörper sind auch aus der DE 100 355 43 Al und der DE 197 35 664 Al bekannt.
Aus der DE 101 54 253 Al ist eine Massenstromsensorvorrichtung bekannt mit einem flügeiförmigen Schirmkörper, der den Luftmassensensor gegen Partikel abschirmt und ihm Luft von der Rohraußenwand her zuführt. Hier erfolgt somit eine asym ¬ metrische Entnahme des Massenstroms in dem Hauptkanal.
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Massenstromsensorvorrichtung zu schaffen, die präzise und zuverlässig betreibbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentan ¬ spruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Massenstromsensor- vorrichtung für eine zumindest partielle Anordnung in einem Hauptkanal, in dem ein Massenstrom in einer Hauptströmungs ¬ richtung strömt. Die Massenstromsensorvorrichtung weist einen Massenstromsensor auf mit einem Bypasskanal, der einen Ein- lass aufweist, über den Massenstrom aus dem Hauptkanal in den Bypasskanal einströmen kann. Der Massenstromsensor hat ferner zumindest ein Massenstromsensorelement, mittels dessen eine für den Massenstrom in den Bypasskanal charakteristische Grö ¬ ße erfasst werden kann. Ein strömungsführender Kanal ist vor- gesehen, dessen bezüglich der Hauptströmungsrichtung senkrecht verlaufender Einlassquerschnitt mit dessen bezüglich der Hauptströmungsrichtung senkrecht verlaufendem Auslassquerschnitt eine maximale überlappung von einem Drittel bezo ¬ gen auf den Einlassquerschnitt aufweisen. Dabei bezieht sich die maximale überlappung auf die jeweilige Projektion der Einlass- und Auslassquerschnitte aufeinander. Der Einlass ¬ querschnitt ist im Wesentlichen mittig in dem Hauptkanal an ¬ geordnet. Der strömungsführende Kanal ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er in ihm strömendes Medium zumindest teilweise zu dem Einlass des Massenstromsensors leitet und zumindest eine Ausnehmung hin zu dem Hauptkanal hat, über die eine Kommunikation mit dem Hauptkanal unter Umgehung des By- passkanals erfolgt. Diese Ausnehmung kann beispielsweise au ¬ ßerhalb des Bereichs der überlappung oder in dem Bereich sei- nes Auslassquerschnittes ausgebildet sein. Insbesondere ist der Auslassquerschnitt dem Einlass des Bypasskanals in Haupt ¬ strömungsrichtung vorgelagert und gegebenenfalls separat von dem Einlass ausgebildet. Besonders vorteilhaft überlappen die Einlass- und Auslassquerschnitte gar nicht.
Durch den strömungsführenden Kanal im Zusammenhang mit der zumindest einen Ausnehmung kann so einfach sichergestellt
werden, dass in dem strömenden Medium befindliche Partikel, wie z. B. Staub oder auch Wassertropfen mittels Fliehkraftab- scheidung an einer Wandung des strömungsführenden Kanals zu einem großen Teil abgeschieden werden und über die zumindest eine Ausnehmung in den Hauptkanal unter Umgehung des Bypass- kanals abgeführt werden. Dies hat zur Folge, dass das Mess ¬ verhalten des Sensorelements von diesen Partikeln dann unbe- einflusst ist und somit sehr präzise sein kann und auch zu ¬ verlässig sein kann.
Darüber hinaus erlaubt die im Wesentlichen mittige Entnahme des Massenstroms für das Zuführen zu dem Bypasskanal ein sehr robustes Erfassen des Massenstroms in dem Hauptkanal, insbe ¬ sondere auch bei inhomogenen Strömungsprofilen in dem Haupt- kanal, wie es in der Regel direkt stromabwärts nach Luftfil ¬ tern beispielsweise der Fall ist. Dadurch kann auch eine Ab ¬ hängigkeit des Messsignals des Massenstromsensorelements von einem Einbauwinkel bezogen auf den Rohrquerschnitt des Haupt ¬ kanals deutlich verringert sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der strömungsführende Kanal eine Rohrlängsachse auf, die verkippt ist ge ¬ genüber der Hauptströmungsrichtung. Auf diese Weise kann der strömungsführende Kanal besonders einfach realisiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem strömungsführenden Kanal eine Halterung für eine Fixierung in dem Hauptkanal zugeordnet, die so ausgebildet ist, dass sie den Massenstromsensor von der Strömung in dem Hauptkanal in einem in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung stirnseitigen Bereich des Massenstromsensors abschirmt. Auf diese Weise kann beispielsweise sehr wirkungsvoll ein Ein ¬ dringen unerwünschter Partikel, wie beispielsweise Wassertropfen entlang beispielsweise eines Gehäuses des Massen- stromsensors verhindert werden, was ansonsten beispielsweise mittels eines Kriechprozesses erfolgen kann. Die Halterung kann in diesem Zusammenhang insbesondere auch
strömungsgünstig und damit druckverlustmindernd vorteilhaft ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- düng weist die Halterung eine Ausnehmung auf, durch die strömendes Medium hin zu einem Temperatursensorelement geleitet wird, das zum Erfassen der Temperatur des strömenden Mediums in dem Massenstromsensor vorgesehen ist. Auf diese Weise kann, insbesondere im Zusammenhang mit der Schirmwirkung, ein präzises und weitgehend verzögerungsfreies Erfassen der Tem ¬ peratur des strömenden Mediums erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der bezüglich des stirnseitigen Bereichs des Massenstromsensors ab- schirmend wirkende Abschnitt der Halterung in Hauptströmungs ¬ richtung zunächst als schmaler Steg ausgebildet. Ein nicht abschirmender Abschnitt der Halterung ist zumindest in einem Teilbereich der Hauptströmungsrichtung bezogen auf den schmalen Steg des abschirmend wirkenden Abschnitts verbreitert zu diesem ausgebildet. Auf diese Weise kann auch bei einer asym ¬ metrischen Ausbildung der Halterung eine gute Strömungsteilereigenschaft erreicht werden, die einer symmetrischen Aus ¬ bildung nahe kommt .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der strömungsführende Kanal S-förmig ausgebildet. Auf diese Weise können etwaige Strömungsablösungen gut vermieden werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der strömungsführende Kanal so ausgebildet, dass sich sein Querschnitt in Strömungsrichtung verringert. Auf diese Weise können einfach stabile Strömungsverhältnisse durch ein Beschleunigen der Strömung erreicht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in der Wandung des strömungsführenden Kanals Führungskonturen
vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass die abzuführenden Partikel, insbesondere Wassertropfen und dergleichen, gezielt geführt werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der strömungsführende Kanal als Spritzteil einstü ¬ ckig mit dem Hauptkanal hergestellt. Auf diese Weise kann die Massenstromsensorvorrichtung besonders kostengünstig herge ¬ stellt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen ersten Längsquerschnitt durch eine erste Aus- führungsform der Massenstromsensorvorrichtung,
Figur 2 einen zweiten Längsquerschnitt durch die erste Aus ¬ führungsform der Massenstromsensorvorrichtung senkrecht zu dem Längsschnitt gemäß der Figur 1,
Figur 3 einen Querschnitt durch einen Hauptkanal der ersten Ausführungsform der Massenstromsensorvorrichtung und
Figur 4 einen Längsquerschnitt durch eine zweite Ausfüh ¬ rungsform der Massenstromsensorvorrichtung.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine Massenstromsensorvorrichtung ist dazu vorgesehen, zumindest partiell in einem Hauptkanal 2 angeordnet zu sein. Bei dem bestimmungsgemäßen Betrieb der Massenstromsensorvorrichtung ist diese zumindest partiell in dem Hauptkanal angeord ¬ net. Sie kann den Hauptkanal auch umfassen, muss es jedoch nicht .
Die Massenstromsensorvorrichtung (Figur 1) umfasst einen Mas- senstromsensor, der zumindest partiell in dem Hauptkanal 2 angeordnet ist. In Figur 1 ist dargestellt, dass ein Teil des Massenstromsensors 1 in den Hauptkanal 2 hineinragt. Mit dem Pfeil 3 ist die Hauptströmungsrichtung des in dem Hauptkanal strömenden Mediums bezeichnet. In der Regel handelt es sich bei diesem Medium um Luft, in der gegebenenfalls auch Parti ¬ kel in fester oder flüssiger Form, wie beispielsweise Staub oder Wassertropfen enthalten sein können.
Der Massenstromsensor 1 hat ein Gehäuse 5, in dem ein Bypass- kanal 7 ausgebildet ist. Der Bypasskanal 7 hat einen Einlass ¬ abschnitt 9, einen senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung ausgebildeten ersten Bypasskanalabschnitt 11, einen parallel zu der Hauptströmungsrichtung 3 ausgebildeten zweiten Bypasskanalabschnitt 13 und einen erneut senkrecht zu der Haupt ¬ strömungsrichtung ausgebildeten dritten Bypasskanalabschnitt 15.
In dem Bypasskanal sind ferner Massenstromsensorelemente 17, 19 angeordnet, die bevorzugt temperaturabhängige Widerstände umfassen, die in Form einer Wheatstone 'sehen Messbrücke bevorzugt miteinander verschaltet sind nach dem Prinzip eines Anemometers .
Ferner ist bevorzugt dem Massenstromsensor 1 auch ein Temperatursensor 21 zugeordnet, der bevorzugt in Pillenform ausgebildet ist und zum Erfassen der Temperatur des in dem Hauptkanal 2 strömenden Mediums vorgesehen ist.
Dem Massenstromsensor 1 und insbesondere dem Einlassabschnitt 9 des Bypasskanals 7 ist ferner ein strömungsführender Kanal 23 in Hauptströmungsrichtung vorgelagert. Der strömungsführende Kanal 23 ist so ausgebildet, dass sein bezüglich der Hauptströmungsrichtung 3 senkrecht verlaufender Einlassquerschnitt 25 mit dessen bezüglich der Hauptströmungsrichtung 23 senkrecht verlaufendem Auslassquerschnitt 27 eine maximale
überlappung von einem Drittel bezogen auf den Einlassquerschnitt 23 aufweist. Der Einlassquerschnitt 25 ist im Wesent ¬ lichen mittig dem Hauptkanal 2 angeordnet. Der strömungsfüh ¬ rende Kanal 23 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er in ihm strömendes Medium zumindest teilweise zu dem Einlass ¬ abschnitt 9 des Massenstromsensors 1 leitet und zumindest ei ¬ ne Ausnehmung 29 hin zu dem Hauptkanal 1 hat, über die eine Kommunikation mit dem Hauptkanal 1 unter Umgehung des Bypass- kanals 7 erfolgt. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Ausnehmung in dem Bereich des Auslassquerschnitts 27 aus ¬ gebildet. Zusätzlich oder alternativ können jedoch auch stromaufwärts dazu in der Wandung des strömungsführenden Kanals eine oder mehrere entsprechende Ausnehmungen vorgesehen sein .
Der strömungsführende Kanal 23 ist mittels einer Halterung 35 in dem Hauptkanal 2 fixiert. Bevorzugt ist der strömungsfüh ¬ rende Kanal 23 mit seiner Halterung 35 einstückig durch Spritzgießen mit dem Hauptkanal 2 hergestellt.
Die Halterung 35 kann jedoch auch als separates Teil von dem Hauptkanal 2 ausgebildet sein.
In der Halterung ist bevorzugt eine Ausnehmung 37 (Figur 3) vorgesehen, durch die strömendes Medium hin zu dem Temperatursensorelement 21 geführt wird.
Die Halterung hat bevorzugt einen ersten Steg 39 und einen zweiten Steg 43. In der Figur 2 ist ein Längsschnitt senk- recht zu der Schnittrichtung gemäß der Figur 1 dargestellt, wobei relevante Bereiche in mehreren Schnittebenen darge ¬ stellt sind, die durch A-A, B-B und C-C gekennzeichnet sind. Der erste Steg 39 ist in Hauptströmungsrichtung zunächst als ein sehr schmaler Steg ausgebildet und ist dann stromabwärts zu einem Schirmkörper 41 erweitert. Der Schirmkörper 41 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er einen Teilbereich oder einen Großteil des Gehäuses 5 des Massenstromsensors 1 von
der Strömung in dem Hauptkanal 2 abschirmt. Der zweite Steg 43 der Halterung 35 hat bevorzugt die in der Figur 2 darge ¬ stellte Kontur (siehe Schnittebene C-C) . Auf diese Weise kann durch die vorgelagerte Verbreiterung in Hauptströmungsrich- tung 3 des zweiten Stegs 43 im Vergleich zu dem ersten Steg 39 eine besonders günstige Strömungsteilereigenschaft er ¬ reicht werden, die angenähert ist an eine symmetrische Aus ¬ bildung des ersten und zweiten Stegs 39, 43.
Bevorzugt ist der strömungsführende Kanal 23 S-förmig ausge ¬ bildet. Ferner ist in der Figur 1 auch erkennbar, dass sich der strömungsführende Kanal 23 entlang der Hauptströmungs ¬ richtung 3 bezüglich seines Querschnittes in der Strömungs ¬ richtung des Mediums innerhalb des strömungsführenden Kanals 23 verringert. Alternativ kann der Querschnitt jedoch auch beispielsweise gleich bleiben.
Bevorzugt sind in der Wandung des strömungsführenden Kanals Führungskonturen vorgesehen, mittels derer durch Fliehkraft- abscheidung abgeschiedene Partikel, insbesondere Wassertrop ¬ fen oder auch öltropfen, gezielt an der Wandung entlang und zwar hin zu der mindestens einen Ausnehmung 29 des strömungs ¬ führenden Kanals 23 geführt sind und so diese Partikel ge ¬ zielt von den Massenstromsensorelementen 17, 19 ferngehalten werden können.