DE102004005977A1

DE102004005977A1 - Vorrichtung zum Messen eines Strömungsparameters einer Wirbelströmung

Info

Publication number: DE102004005977A1
Application number: DE102004005977A
Authority: DE
Inventors: Heiko Jordan; Frank Schulz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Messen eines Strömungsparameters einer Wirbelströmung (3) eines Fluids (4), insbesondere der Impulsenergie einer Tumbleströmung (2) eines in einen Zylinder (5) einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug einströmenden Fluids (4), mit einem in einem Einströmraum (6) um eine quer zur Einströmrichtung des Fluids (4) in den Einströmraum (6) verlaufenden Schwenkachse (12) auslenkbar angeordneten, von dem Fluid (4) anströmbaren Messkörper (8). Zur direkten Erfassung des zu messenden Strömungsparameters wird vorgeschlagen, dass der Messkörper (8) an einer auf der Schwenkachse (12) angeordneten Messwelle (7) von dem anströmenden Fluid (4) um maximal 90 DEG verschwenkbar befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Strömungsparameters einer Wirbelströmung eines Fluids, insbesondere der Impulsenergie einer Tumbleströmung eines in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug einströmenden Fluids, mit einem in einem Einströmraum um eine quer zur Einströmrichtung des Fluids in den Einströmraum verlaufenden Schwenkachse auslenkbar angeordneten, von dem Fluid anströmbaren Messkörper.

Eine derartige Vorrichtung ist aus EP 06 11 955 A2 als Einrichtung zur Untersuchung der Strömungsbewegung in zylindrischen Bauteilen bekannt. Dabei soll eine Wirbelströmung, deren Drehachse senkrecht zu einer Zylinderachse angeordnet ist, in einem zylindrischen Bauteil erfasst werden. Es ist ein drehbar gelagerter Messflügel in dem zylindrischen Bauteil vorgesehen, der durch einen Massestrom in Drehbewegung versetzbar ist. Der Messflügel ist mit einer Einrichtung zur Auswertung der Drehzahl des Messflügels verbunden und in axialer Richtung des zylindrischen Bauteils verschiebbar.

Ein entsprechend aufgebauter Prüfstand wird nach DE 199 49 876 A1 in einem Verfahren zum Ermitteln einer Tumble-Zahl an einem Verbrennungsmotor verwendet.

Darüber hinaus ist aus DE 40 41 076 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Strömungen, insbesondere in Zylindern von Verbrennungskraftmaschinen, bekannt. Mittels einer Messung von Auflagerkräften als Reaktionsgrößen einer trichterförmigen Gleichrichtereinheit lassen sich dabei Wirbelkomponenten eines Massestroms ermitteln.

Weiterhin beschreibt DE 100 38 460 A1 ein Verfahren zum Messen von Strömungsverhältnissen von Fluiden, wobei die Strömung eine Wirbelströmung, insbesondere eine Tumble- und/oder Drallströmung, ausbildet.

Darüber hinaus ist es bekannt, eine Tumbleströmung zur Gemischaufbereitung in Ottomotoren gezielt einzusetzen, wobei es sich in einem Hubkolbenmotor bei der Tumbleströmung um eine walzenförmige (Luft-)Masseströmung um eine parallel zu einem Kolbenbolzen und senkrecht zu einer Zylinderachse verlaufende Achse handelt. Es werden zielgerecht Strömungsverhältnisse N:/ANMELDUN\Küker2\K12015.DOC für den Homogen-, den Schichtladebetrieb und Übergangsphasen genutzt. Auch beim Dieselbrennverfahren sind Tumbleströmungen von Bedeutung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den zu messenden Strömungsparameter direkt und möglichst exakt zu erfassen.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer eingangs genannten Vorrichtung, bei der der Messkörper an einer auf der Schwenkachse angeordneten Messwelle von dem anströmenden Fluid um maximal 90° verschwenkbar befestigt ist. Damit wird der Einfluss einer Lagerung des Messkörpers auf das Messergebnis vorteilhaft verringert. Der Messkörper wird bei der Erfindung nur geringstmöglich, das heißt regelmäßig nur um wenige Winkelgrade, ausgelenkt. Empfindliche Lagerungen einer drehbaren Welle können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung entfallen; sie kann aufgrund ihres robusten Aufbaus auch als Qualitätssicherungswerkzeug in einer Serienfertigung eingesetzt werden. Von Vorteil ist außerdem, dass mit der Erfindung die kinetische Energie der Wirbelströmung direkt ermittelt werden kann, und zwar vorzugsweise zum Beispiel in einer Brennkraftmaschine die Impulsenergie einer Tumbleströmung von in den Einströmraum einströmender Luft oder einströmenden Luft-Kraftstoff-Gemisches in Höhe der Mittelachse einer theoretischen Tumblewalze, wobei die Messwelle mit dem Messkörper vorzugsweise zylindermittig angebracht sein kann. Der Einströmraum bildet dabei einen Brennraum der Brennkraftmaschine.

Ein besonders exaktes Messergebnis bei gleichzeitig einfachem Aufbau der Vorrichtung lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erzielen, wenn der Messkörper eine Lochblende oder eine Messwabe aufweist.

Man könnte sich beispielsweise vorstellen, dass die Auslenkung des auf der Messwelle angeordneten Messkörpers optisch durch Fernabtastung erfasst wird. Von besonderem Vorteil ist es hingegen, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Messwelle mit einem eine Torsion der Messwelle erfassenden Momentengeber verbunden ist. Damit können kostengünstige und übliche Messgeber in der Erfindung verwendet werden.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Einströmraum ein Hohlzylinder. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Strömungsverhältnisse in Brennräumen von Hubkolbenmotoren, wie sie zum Beispiel in Kraftfahrzeugen in sehr großer Zahl eingesetzt werden, verwendet werden.

Dabei lässt sich insbesondere eine Tumbleströmung sehr exakt messen, wenn die Messwelle vorteilhaft senkrecht zur Zylinderachse des Hohlzylinders angeordnet ist.

Ferner ist es für die Messung insbesondere einer Tumbleströmung in einem Hohlzylinder von Vorteil, wenn die Messwelle die Zylinderachse des Hohlzylinders schneidet.

Eine besonders gute Anpassung an die Ausbildung des Einströmraumes und damit ein weiter verbessertes Messergebnis wird ermöglicht, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Messkörper in dem Einströmraum höhenverstellbar angeordnet ist. Beispielsweise ist so eine Anpassung des Messkörpers an die Mittelachse einer theoretischen Tumblewalze unterschiedlicher Brennraumgestaltungen möglich.

Die Erfindung eignet sich grundsätzlich zur Messung von Strömungsparametern beliebiger Wirbelströmungen. Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch von besonderem Vorteil, wenn die Wirbelströmung eine Tumbleströmung ist.

Dabei wird vorteilhaft ein besonders starkes Messsignal und eine sehr exakte Messung erreicht, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Messwelle mit der Mittelachse einer Tumblewalze der Tumbleströmung übereinstimmend in dem Einströmraum angeordnet ist. Vorteilhaft kann mit einer Weiterbildung die gesamte Strömungsquerschnittsfläche messtechnisch erfasst werden, wenn der Messkörper geeignet ist, die gesamte Strömungsquerschnittsfläche der Tumbleströmung zu überdecken. Auch bei ungünstiger Lage eines Strömungskanals wird damit die Gefahr ausgeschlossen, dass der Messkörper Signale erzeugt, ohne dass sich in der gesamten Strömungsquerschnittsfläche eine Wirbelströmung, insbesondere eine Tumbleströmung, ausgebildet hat.

Grundsätzlich können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Wirbelströmungen beliebiger Masseströme gemessen werden. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung das Fluid Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch ist.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist ein Ausführungsbeispiel davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung zeigt
1 eine Vorrichtung zum Messen der Impulsenergie einer Tumbleströmung in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine in drei schematisierten Ansichten.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum direkten Messen der Impulsenergie einer eine Tumbleströmung 2 bildenden Wirbelströmung 3 eines Fluids 4, das Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch ist, in einem als Zylinder 5 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ausgebildeten Einströmraum 6. Geometrisch bildet der Zylinder 5 einen Hohlzylinder. Zylindermittig ist an einer Messwelle 7 ein Messkörper 8 angeordnet. Der unteren Darstellung in 1 ist zu entnehmen, dass der Messkörper 8 eine Lochblende 9 ist und die gesamte Strömungsquerschnittsfläche der Tumbleströmung 2 überdeckt. Die Messwelle 7 ist mit einem eine Torsion der Messwelle 7 erfassenden Momentengeber 10 verbunden.
Insbesondere aus der rechten Darstellung in 1 wird deutlich, dass die Messwelle 7 senkrecht zur Zylinderachse 11 des Zylinders 5 und auf einer Schwenkachse 12 angeordnet ist. Ferner schneidet die Messwelle 7 die Zylinderachse 11 (siehe linke Darstellung in 1). Durch einen Doppelpfeil 13 ist eine Höheneinstellbarkeit der Messwelle 7 in dem Zylinder 5 angedeutet.

Claims

Vorrichtung zum Messen eines Strömungsparameters einer Wirbelströmung eines Fluids, insbesondere der Impulsenergie einer Tumbleströmung eines in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug einströmenden Fluids, mit einem in einem Einströmraum um eine quer zur Einströmrichtung des Fluids in den Einströmraum verlaufenden Schwenkachse auslenkbar angeordneten, von dem Fluid anströmbaren Messkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (8) an einer auf der Schwenkachse (12) angeordneten Messwelle (7) von dem anströmenden Fluid (4) um maximal 90° verschwenkbar befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (8) eine Lochblende (9) oder eine Messwabe aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwelle (7) mit einem eine Torsion der Messwelle (7) erfassenden Momentengeber (10) verbunden ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmraum (6) ein Hohlzylinder ist.
Vorrichtung nach zumindest Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwelle (7) senkrecht zur Zylinderachse (11) des Hohlzylinders angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwelle (7) die Zylinderachse (11) des Hohlzylinders schneidet.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (8) in dem Einströmraum (6) höhenverstellbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelströmung (3) eine Tumbleströmung (2) ist.
Vorrichtung nach zumindest Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwelle (7) mit der Mittelachse einer Tumblewalze der Tumbleströmung (2) übereinstimmend in dem Einströmraum (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (8) geeignet ist, die gesamte Strömungsquerschnittsfläche der Tumbleströmung (2) zu überdecken.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (4) Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch ist.