DE10046943A1

DE10046943A1 - Mass flow meter

Info

Publication number: DE10046943A1
Application number: DE2000146943
Authority: DE
Inventors: Stefan Pesahl; Frank Steuber
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2002-04-18
Also published as: WO2002025223A1

Abstract

Ein Massenstrommesser, der geeignet ist zum Einsetzen in einen Hauptkanal (2), in dem ein Massenstrom in einer Hauptströmungsrichtung (12) strömt, hat ein Gehäuse (1). In dem Gehäuse (1) ist ein Hilfskanal ausgebildet, der eine Einlassöffnung (4) und eine Auslassöffnung (10) hat und in dem mindestens ein Sensorelement (6, 7) angeordnet ist. Die Einlassöffnung (4) ist trichterförmig ausgebildet. Die Auslassöffnung (10) ist in der Hauptströmungsrichtung (12) des Massenstroms im Windschatten der Einlassöffnung (4).A mass flow meter, which is suitable for insertion into a main channel (2) in which a mass flow flows in a main flow direction (12), has a housing (1). An auxiliary channel is formed in the housing (1), which has an inlet opening (4) and an outlet opening (10) and in which at least one sensor element (6, 7) is arranged. The inlet opening (4) is funnel-shaped. The outlet opening (10) is in the main flow direction (12) of the mass flow in the slipstream of the inlet opening (4).

Description

Die Erfindung betrifft einen Massenstrommesser, der geeignet ist zum Einsetzen in einen Hauptkanal, in dem ein Massenstrom strömt.The invention relates to a mass flow meter that is suitable is for insertion in a main channel in which a mass flow flows.

Aus der US 5 892 146 ist ein Massenstrommesser bekannt, der in einen Hauptströmungskanal eingesetzt ist. Der Massenstrom messer hat ein Gehäuse, in dem ein L-förmiger Hilfskanal aus gebildet ist und in dem Sensorelemente angeordnet sind. Der Hilfskanal hat eine Einlassöffnung und an seinem stromabwär tigen Ende eine Auslassöffnung. Die Auslassöffnung ist ver größert im Vergleich zu dem Querschnitt des Hilfskanals. Die Luft in dem Hauptkanal strömt teilweise direkt in den Hilfs kanal und zu einem anderen Teil strömt sie gegen den durch eine Pralllatte gebildeten Bereich der Einlassöffnung und wird dort stark verwirbelt und strömt anschließend in den Hilfskanal. Die mit der Prallplatte ausgebildete Einlassöff nung stellt einen sehr hohen Strömungswiderstand in dem Hauptkanal dar, so dass es zu einem hohen Druckverlust kommt. Der Massenstrom strömt aus der Auslassöffnung nahezu senk recht zur Hauptströmungsrichtung in dem Hauptkanal und ist somit nahezu unmittelbar der Hauptströmung ausgesetzt. Somit wird die Strömung im Hilfskanal im Bereich der Auslassöffnung gestaut, was zu einer Verfälschung des Messsignals der Sen sorelemente führen kann.A mass flow meter is known from US Pat. No. 5,892,146 is inserted into a main flow channel. The mass flow knife has a housing in which an L-shaped auxiliary channel is formed and are arranged in the sensor elements. The Auxiliary channel has an inlet opening and at its downstream end of an outlet opening. The outlet opening is ver increases in comparison to the cross section of the auxiliary duct. The Air in the main duct partially flows directly into the auxiliary channel and to another part it flows through against a baffle formed area of the inlet opening and is whirled up there and then flows into the Auxiliary channel. The inlet opening formed with the baffle plate This represents a very high flow resistance in the Main channel, so that there is a high pressure loss. The mass flow flows almost vertically out of the outlet opening right to the main flow direction in the main channel and is thus almost immediately exposed to the main flow. Consequently the flow in the auxiliary duct in the area of the outlet opening jammed, which leads to a falsification of the measurement signal of the sen can lead to elements.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Massenstrommesser kompakt auszubilden und gleichzeitig sicherzustellen, dass der Massenstrommesser einen äußerst geringen Strömungswider stand für den Massenstrom darstellt.The object of the invention is a mass flow meter to be compact and at the same time ensure that the mass flow meter has an extremely low flow resistance represents the mass flow.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. The task is solved by the characteristics of the independent Claim. Advantageous developments of the invention are marked in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass durch die trichterförmig ausgebildete Einlassöffnung des Hilfskanals ein sehr großer Querschnitt des Hauptströmungskanals erfasst wird und so beim Erfassen des Massenstroms eine Mittelung ü ber lokale Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit des Mas senstroms in dem Hauptkanal erfolgt und gleichzeitig durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im anschließenden Hilfskanal eine verbesserte Messsignalgüte erreicht wird. Durch die trichterförmige Ausbildung der Einlassöffnung wird ferner eine strömungstechnisch günstige Strömungsführung hin ein in den Hilfskanal erreicht, was einer Verringerung des Strömungswiderstandes gleichkommt. Die Auslassöffnung des Hilfskanals ist so ausgebildet, dass sie in der Hauptströ mungsrichtung des Massenstroms in dem Hauptkanal im Wind schatten der Einlassöffnung ist. Dadurch ist gewährleistet, dass der Massenstrom ungestört von der Strömung des Massen stroms in der Hauptströmungsrichtung in dem Hauptkanal aus der Auslassöffnung zurück in den Hauptkanal strömen kann. Der Massenstrommesser kann dabei äußerst kompakt ausgebildet wer den, da durch das Gehäuse einerseits die trichterförmige Ein lassöffnung ausgebildet ist und dies gleichzeitig den erfor derlichen Windschatten für die Auslassöffnung erzeugt.The invention is characterized in that funnel-shaped inlet opening of the auxiliary channel a very large cross section of the main flow channel is recorded and so averaging ü when recording the mass flow local fluctuations in the flow velocity of the mas current in the main channel and simultaneously through the increase in flow velocity in the subsequent Auxiliary channel an improved measurement signal quality is achieved. Due to the funnel-shaped design of the inlet opening also a flow-wise favorable flow guidance one reached in the auxiliary channel, reducing the Flow resistance equals. The outlet opening of the Auxiliary channel is designed so that it is in the main stream Direction of the mass flow in the main channel in the wind shadow of the inlet opening. This ensures that the mass flow is undisturbed by the flow of the masses current in the main flow direction in the main channel the outlet opening can flow back into the main duct. The Mass flow meters can be made extremely compact the, because of the housing on the one hand the funnel-shaped one opening is formed and this simultaneously the required generated slipstream for the outlet opening.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati schen Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are based on the schematic drawing explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt einen Massenstrommesser 1a, der in eine Ausnehmung eines Hauptkanals 2 eingesteckt ist. Der Hauptkanal ist bevorzugt Teil eines Ansaugtraktes einer Brennkraftmaschine. In dem Hauptkanal befindet sich ein strö mendes Medium, vorzugsweise Luft, das in der mit dem Pfeil 12 gekennzeichneten Hauptströmungsrichtung 12 durch den Hauptka nal 2 strömt.The single figure shows a mass flow meter 1 a, which is inserted into a recess in a main channel 2 . The main duct is preferably part of an intake tract of an internal combustion engine. In the main channel there is a flowing medium, preferably air, which flows in the main flow direction 12 indicated by the arrow 12 through the main channel 2 .

Der Massenstrommesser 1a hat ein Gehäuse 1, in dem ein umge kehrt U-förmiger Hilfskanal ausgebildet ist. Der Hilfskanal hat eine Einlassöffnung 4, einen ersten Kanalabschnitt 5 und einen zweiten Kanalabschnitt 8 und einen dritten Kanalab schnitt 9 und eine Auslassöffnung 10. In dem ersten Kanalab schnitt sind ein erstes und zweites Sensorelement 6, 7 ange ordnet, aus deren Messsignalen ein Messsignal des Massen stroms in dem Hauptkanal 2 abgeleitet wird.The mass flow meter 1 a has a housing 1 in which an inverted U-shaped auxiliary channel is formed. The auxiliary duct has an inlet opening 4 , a first duct section 5 and a second duct section 8 and a third duct section 9 and an outlet opening 10 . In the first channel section, a first and second sensor element 6 , 7 are arranged, from whose measurement signals a measurement signal of the mass flow in the main channel 2 is derived.

Die Einlassöffnung 4 ist trichterförmig in dem Gehäuse 1 aus gebildet. Durch geeignete Wahl der Trichterform wird ein ge eignet großer Teil des Querschnitts des Hauptkanals erfasst und somit die Strömung in diesem Bereich in den U-förmigen Hilfskanal geleitet. Der Querschnitt der trichterförmigen Einlassöffnung 4 am stromaufwärtigen Ende wird dabei vorzugs weise so dimensioniert, dass der durch die trichterförmige Einlassöffnung 4 eintretende Massenstrom repräsentativ ist für den Gesamtmassenstrom in dem Hauptkanal 2. Durch die Trichterform der Einlassöffnung 4 erfolgt eine günstige Strö mungsführung. In der Figur sind einzelne Strömungslinien durch gestrichelte Linien angedeutet.The inlet opening 4 is formed in a funnel shape in the housing 1 . By suitable choice of the funnel shape, a suitable large part of the cross-section of the main channel is detected and the flow in this area is thus directed into the U-shaped auxiliary channel. The cross section of the funnel-shaped inlet opening 4 at the upstream end is preferably dimensioned such that the mass flow entering through the funnel-shaped inlet opening 4 is representative of the total mass flow in the main channel 2 . Due to the funnel shape of the inlet opening 4 , a favorable flow guidance takes place. In the figure, individual flow lines are indicated by dashed lines.

Der Querschnitt der Einlassöffnung 4 an ihrem stromaufwärti gen Ende ist größer als der Querschnitt des Hilfskanals in seinem ersten Kanalabschnitt 5. Diese hat zur Folge, dass die Strömung in dem ersten Kanalabschnitt 5 beschleunigt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Signalgüte der durch die Sen sorelemente 6 und 7 erfassten Messsignale verbessert ist.The cross section of the inlet opening 4 at its upstream end is larger than the cross section of the auxiliary duct in its first duct section 5 . The consequence of this is that the flow in the first channel section 5 is accelerated. This has the advantage that the signal quality of the measurement signals detected by the sensor elements 6 and 7 is improved.

Die ersten und dritten Kanalabschnitte 5, 8 sind im wesentli chen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 12 ausgebildet. Die ersten und zweiten Kanalabschnitte 5,8 kommunizieren über ei nen dritten Kanalabschnitt 9, in dem die Umlenkung der Strö mung erfolgt. Der Massenstrom strömt somit von der Einlass öffnung 4 durch den ersten Kanalabschnitt 5, hin zum zweiten Kanalabschnitt 8, weiter zum dritten Kanalabschnitt 9 und strömt schließlich zurück in den Hauptkanal 2 durch die Aus lassöffnung 10. The first and third channel sections 5 , 8 are formed in wesentli Chen perpendicular to the main flow direction 12 . The first and second channel sections 5 , 8 communicate via a third channel section 9 , in which the flow is deflected. The mass flow thus flows from the inlet opening 4 through the first channel section 5 , to the second channel section 8 , further to the third channel section 9 and finally flows back into the main channel 2 through the outlet opening 10 .

Die Auslassöffnung 10 ist so in dem Gehäuse 1 des Massen strommessers 1a ausgebildet, dass sie im Windschatten einer Trichterwand 11 ist, die einen Teil der Einlassöffnung be grenzt. Dadurch kann der Massenstrom in den dritten Kanalab schnitt 9 in seiner Strömungsrichtung, die im wesentlichen senkrecht Hauptströmungsrichtung 12 ist, nahezu ungestört aus der Auslassöffnung 10 zurück in den Hauptkanal 2 strömen, wo bei sich seine Strömungsrichtung allmählich wieder der Haupt strömungsrichtung 12 angleicht. Dadurch dass die Auslassöff nung 10 im Windschatten der Trichterwand 11 im Bezug auf die Hauptströmung in Hauptströmungsrichtung 12 im Hauptkanal 2 ist, ist verhindert, dass die Strömung im Hauptkanal 2 einen Strömungsstau im Bereich der Auslassöffnung 10 hervorruft. Die Trichterwand 11 wirkt so als Strömungsteiler und erzeugt im Bereich der Auslassöffnung 10 einen Unterdruck im Hauptka nal 2. Dadurch ist gewährleistet, dass die Strömung durch den U-förmigen Hilfskanal nahezu ungestört strömen kann. Dies hat den Vorteil, dass das Messsignal der Sensorelemente 6 und 7 eine hohe Güte aufweist und gleichzeitig der Druckverlust ge ring gehalten werden kann. Zudem wird auch der durch den Hauptkanal 2 strömende Massenstrom nur unwesentlich in seiner Strömung durch den Massenstrom gestört, der durch die Aus lassöffnung 10 zurück in den Hauptkanal 2 strömt. Dabei er folgt eine besonders gute Strömungsführung, wenn ein Bereich der Außenkontur der Trichterwand 11 in die Auslassöffnung 10 mündet und dieser Bereich sich entlang der Hauptströmungs richtung 12 verjüngt. Dadurch auch verhindert, dass sich bei Rückströmungen - wie sie bei Pulsationen auftreten - sich Wirbel bilden, die das Sensorsignal negativ beeinflussen kön nen.The outlet opening 10 is formed in the housing 1 of the mass flow meter 1 a that it is in the slipstream of a funnel wall 11 which limits part of the inlet opening be. As a result, the mass flow in the third Kanalab section 9 in its flow direction, which is substantially perpendicular to the main flow direction 12 , flows almost undisturbed from the outlet opening 10 back into the main channel 2 , where its direction of flow gradually converges again to the main flow direction 12 . The fact that the outlet opening 10 is in the slipstream of the funnel wall 11 in relation to the main flow in the main flow direction 12 in the main duct 2 prevents the flow in the main duct 2 from causing a flow backflow in the region of the outlet opening 10 . The funnel wall 11 thus acts as a flow divider and generates a negative pressure in the main channel 2 in the region of the outlet opening 10 . This ensures that the flow through the U-shaped auxiliary channel can flow almost undisturbed. This has the advantage that the measurement signal of the sensor elements 6 and 7 has a high quality and at the same time the pressure loss can be kept low. In addition, the mass flow flowing through the main channel 2 is only insignificantly disturbed in its flow by the mass flow that flows through the outlet opening 10 back into the main channel 2 . He follows a particularly good flow control when an area of the outer contour of the funnel wall 11 opens into the outlet opening 10 and this area tapers along the main flow direction 12 . This also prevents vortices that can affect the sensor signal negatively from backflows, such as those that occur with pulsations.

Claims

1. Mass flow meter, which is suitable for insertion into a main channel ( 2 ) in which a mass flow flows in a main flow direction ( 12 ), with a housing ( 1 ) in which an auxiliary channel is formed, which has an inlet opening ( 4 ) and has an outlet opening ( 10 ) and in which at least one sensor element ( 6 , 7 ) is arranged, the inlet opening ( 4 ) being funnel-shaped and the outlet opening ( 10 ) in the main flow direction ( 12 ) of the mass flow in the slipstream of the inlet opening ( 4 ) is.

2. Mass flow meter according to claim 1, characterized in that the auxiliary channel in the area which is adjacent to the outlet opening ( 10 ) upstream, is approximately perpendicular to the main flow direction ( 12 ).

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the auxiliary channel is U-shaped is.

4. Mass flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that an area of the outer contour of a funnel wall ( 11 ) opens into the outlet opening ( 10 ) and that this area tapers along the main flow direction ( 12 ).