DE3100269A1

DE3100269A1 - Vorrichtung und verfahren zum bestimmen der durchflussmenge und/oder geschwindigkeit eines stroemungsmittels

Info

Publication number: DE3100269A1
Application number: DE19813100269
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Fujisawa Kanagawa Kato
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-01-10
Filing date: 1981-01-08
Publication date: 1981-12-10
Also published as: US4398428A; DE3100269C2; GB2070149A; GB2070149B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit und/oder Menge eines sie durchströmenden Strömungsmittels für die Verwendung beispielsweise in der Brennstoffleitung einer Brennkraftmaschine zum Messen der der Maschine zugeführten Brennstoffmenge. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Durchflußmesser mit einer beweglichen Kugel, welche von einem Strömungsmittel mit einer der Strömungsgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit bewegt wird.

Es gibt verschiedene Arten von Vorrichtungen zum Bestimmen der Geschwindigkeit und/oder Menge von sie durchströmenden Strömungsmitteln. Bei einem bekannten Durchflußmesser dieser Art ist in einem Strömungsdurchlaß eine Kugel angeordnet, welche sich mit einer der Strömungsgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit darin bewegt. Ein solcher Dui'chflußmesser wird beispielsweise in der Brennstoffleitung der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs od. dergl. verwendet.

Bei einem solchen bekannten Durchflußmesser ist die Kugel gewöhnlich in einem ringförmigen Durchlaß angeordnet und bewegt sich in dessen Umfangsrichtung. Das Strömungsmittel durchströmt den ringförmigen Durchlaß und nimmt die Kugel dabei mit. An einer Stelle des ringförmigen Durchlasses sind eine Lichtquelle und ein IPotosensor einander gegenüber angeordnet. Bei ihrem Umlauf unterbricht die Kugel den von der Lichtquelle auf den Fotosensor fallenden Lichtstrahl. Diese Unterbrechungen werden gezählt, um aufgrund der gezählten Summe die Strömungsgeschwindigkeit und/oder -menge zu bestimmen.

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Bei einem solchen Durchflußmesser ist die Bewegung der Kugel in starkem Maße beeinflußt durch die Reibung zwischen der Kugel und der Innenwand des ringförmigen Durchlasses. Aufgrund dieser Reibung ist die Geschwindigkeit der Kugel gewöhnlich niedriger als die Strömungsgeschwindigkeit, so daß der Durchflußnesser nicht mit der erwünschten Genauigkeit auf Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit anspricht, was insbesondere bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten der Fall ist. Beim Einbau einer Durchflußmessers in die Brennstoffleitung einer Brennkraftmaschine variiert die Strömungs- oder Durchflußgeschwindigkeit jedoch in einen sehr weiten Bereich zwischen Leerlauf- und Vollastbetrieb. Innerhalb dieses Bereichs spricht ein solcher Durchflußmesser nicht mit der wünschenswerten Genauigkeit auf kleinere Änderungen der Durchflußgeschwindigkeit und/oder -menge an, so daß eine genaue Verbrauchsines sung kaum möglich ist.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Durchflußmessers, bei welchem die Auswirkung der Reibung zwischen der Kugel und der Wandung des Durchlasses auf ein Mindestmaß begrenzt ist, so daß er sicher auf relativ kleine Änderungen der Durchströmungsgeschwindigkeit anc"> rieht.

Ein besonderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Durchflußmessers der genannten Art, bei welchem sich die Kugel entlang einem geradlinigen Durchlaß bewegt, so daß der Einfluß der Reibung zwischen ihr und der Wandung des Durchlasses auf ein Mindestmaß begrenzt ist.

Bei einem Durchflußmesser der genannten Art sind die genannten Ziele gemäß der Erfindung durch eine Anordnung erreicht, in welcher eine Kugel entlang einem an jedem Ende einen Ein/Auslaß aufweisenden, gerad-

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linigen Durchlaß beweglich geführt ist. Nahe den Enden des Durchlasses angeordnete Sensoren sprechen auf die Annäherung der Kugel an das jeweilige Ende an. Die Sensoren steuern eine Schalteinrichtung zum Umsteuern der Strömungsrichtung entlang dem Durchlaß. Die Umsteuervorgänge werden von einem Zähler gezählt.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Durchlaß und die Schalteinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und innerhalb desselben miteinander verbunden.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils eines Durchflußmessers bekannter Ausführung,

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Teils des Durchflußmessers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines zweiten Teils des Durchflußmessers nach Fig. 1,

Fig. 4 eine schematisierte Darstellung eines Durchflußmessers gemäß der Erfindung mit in Form eines Blockschaltbilds dargestellten elektrischen Schalteinrichtungen,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Durchflußmessers in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine Schnittansicht des Durchflußmessers nach Fig. 5 in einer ersten Betriebsstellung,

Fig. 7 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie VII-VII

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in Fig. 6,

Fig. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 6,

Fig. 9 eine Fig. 6 entsprechende Schnittansicht des Durchflußmessers in einer zweiten Betriebsstellung,

Fig. 10 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie X-Z in Fig. 9 und

Fig. 11 ein Schaltbild der in Fig. 4 als Blockschaltbild dargestellten elektrischen Schalteinrichtungen in einer bevorzugten Ausführungsform.

Zum besseren Verständnis der durch die Erfindung erzielten Vorteile sei im folgenden der Aufbau eines bekannten Durchflußmessers anhand von Fig. 1 bis 3 erläutert.

In Fig. 1 erkennt man ein aus zwei gleichen Teilen 52, 5^ zusammengesetztes Gehäuse 50. Die beiden Teile 52, 5^ haben jeweils eine kreisförmige Aussparung 56 bzw. 58, in welcher ein Einlaß 60 bzw. ein Auslaß 62 ausmündet. Ferner weist jedes Teil 52, 5^ eine Ringnut 64 bzw. 66 von halbkreisförmigem Profil auf, welche über eine Öffnung 68 bzw. 70 mit einer Bohrung 72 bzw. 7^ verbunden ist. Die Bohrung 72 enthält eine von einer Isolierfassung 78 darin festgehaltene Lichtquelle 76, und in die Bohrung 74 ist mittels einer Isolierfassung 82 ein Fotosensor 80 eingesetzt. Die Ringnuten 64, 66 sind über jeweils einen Kanal 84 bzw. 86 mit der jeweiligen Aussparung 56 bzw. 58 strömungsverbunden. Ein in den Kanal 86 eingesetzter Drosseldurchlaß 88 dient dazu, ein Zurückfließen des Strömungsmittels zu verhindern.

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Die beiden Teile 52, 54· sind so zusammengesetzt, daß die Öffnungen 68, 70 miteinander fluchten und daß von der Lichtquelle 76 abgegebene Licht auf den Fotosensor 80 fällt. Die Ringnuten 64 und 66 sind so aneinandergelegt, daß ein ringförmiger Durchlaß 90 mit kreisförmigem Querschnitt entsteht. Eine Kugel 92 aus einem Werkstoff, dessen spezifisches Gewicht im wesentlichen gleich dem des Strömungsmittels ist, ist beweglich im Durchlaß angeordnet. Die beiden Aussp_arungen 56, 58 sind unter Zwischenlage einer dem Ausgleich von Druckschwankungen dienenden Membrane aneinandergelegt und begrenzen mit dieser eine Einlaßkammer 96 und eine Auslaßkammer 98.

Ein dem Einlaß 60 der Vorrichtung zugeführtes Strömungsmittel durchströmt die Einlaßkammer 96, den Kanal 86, den Drosseldurchlaß 88 den ringförmigen Durchlaß 90, den Kanal 84- und die Auslaßkammer 98 zum Auslaß 62.

Die Kugel 92 wird vom Strömungsmittel mitgenommen und entlang dem ringförmigen Durchlaß 90 in Umlauf versetzt, wobei sie den von der Lichtquelle 76 ausgehenden Lichtstrahl jeweils unterbricht. Bei jeder Unterbrechung des Lichtstrahls erzeugt der Fotosensor 78 ein Signal, welches einem (nicht gezeigten) Zähler zugeführt wird. Die Geschwindigkeit und/oder Menge des den Durchflußmesser durchströmenden Strömungsmittels kann dann aufgrund der vom Zähler gezählten Summe berechnet werden.

Bei einem Durchflußmesser der vorstehend beschriebenen Art wird die Geschwindigkeit des den ringförmigen Durchlaß durchströmenden Strömungsmittels durch die Wandreibung verringert, so daß die scheinbare Durchströmungsgeschwindigkeit niedriger ist als die tatsächliche. Darüber hinaus wird auch die Kugel durch Reibung zwischen ihr und der Wandung des ringförmigen Durchlasses abge-

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bremst. Dadurch spricht der bekannte Durchflußmesser nur schlecht auf relativ kleine Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit an, so daß keine befriedigende Meßgenauigkeit erzielbar ist.

In Fig. 4 bis 10 sind bevorzugte Ausführungsbeispiele eines Durchflußmessers gemäß der Erfindung dargestellt. In den dargestellten Ausführungsformen dient der Durchflußmesser zum Bestimmen der einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffmenge, er ist jedoch nicht auf eine solche Verwendung beschränkt und kann auch zum Bestimmen der Strömungsmenge und/oder Geschwindigkeit von anderen Strömungsmitteln, insbesondere Flüssigkeiten, verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine erste Ausfuhrungsform eines Durchflußmessers mit in Form eines Blockschaltbilds dargestellten elektrischen Schalteinrichtungen. Der Durchflußmesser weist ein von einem Strömungsmittel durchströmt es Meßteil 10, eine zwischen diesem und einer Zufuhreinrichtung 22 angeordnete Schalteinrichtung 20 und eine elektrische Schaltungsanordnung zum Berechnen der Durchflußmenge pro Zeiteinheit auf.

Das il^ßteil 10 v/eist eine in einem Gehäuse 104 geformte zylindrische Bohrung 102 auf. Die Bohrung 102 verläuft geradlinig und ist an beiden Enden 106, 103 offen. In rr■- "^Vr-- TS. "OR rioT- "Roh-nur*^ -if)? sind unter Zwischenlage von Dichtungsringen 111, 113 Anschlußnippel 110, 112 eingepaßt, über welche die Bohrung 102 mit einer Strömungsleitung, z.B. einer von einer Brennstoffpumpe zur Schwimmerkammer 24 eines Vergasers führenden Brennstoffleitung, verbindbar ist. Wehe den Enden 105, 108 der Bohrung 102 weist das Gehäuse 104 einander paarweise gegenüberstehende Öffnungen 114, 116 und 118, 120 auf. Diese sind in bezug auf die Bohrung 102 radial mitein-

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ander fluchtend angeordnet und weisen eine äußere Bohrung 122, 124, 126, 128 größeren Durchmessers auf, welche über eine verengte Bohrung 130, 132, 134, 136 in der Bohrung 102 ausmündet.

In die äußeren Bohrungen 122, 126 ist jeweils eine Lichtquelle 138? 1^0, z.B. eine Leuchtdiode, eingesetzt, während die Bohrungen 124, 128 jeweils ein lichtempfindliches Element 142, 144, z.B. einen Fototransistor, enthalten. Die Lichtquellen 138, 140 richten einen Dauerlichtstrahl durch die verengten Bohrungen 130 bzw. 134 hindurch, und die lichtempfindlichen Elemente 142, 144 sind über Verstärker 304 bzw. 306 mit einem Schaltkreis 302 verbunden.

In der zylindrischen Bohrung 102 ist ein beweglicher Körper 146 etwa in Form einer Kugel beweglich geführt. In der bevorzugten Ausführungsform ist der bewegliche Körper 146 eine Kugel, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der der zylindrischen Bohrung 102, und welche aus einem Werkstoff ist, dessen spezifisches Gewicht im wesentlichen gleich dem des Strömungsmittels bzw. Brennstoffs ist.

Die Zufuhr und Ableitung des Brennstoffs zum bzw. vom Meßteil 10 wird durch die in der Brennstoffleitung angeordnete Schalteinrichtung 20 gesteuert. Die Schalteinrichtung 20 wird ihrerseits durch vom Schaltkreis 302 erzeugte Signale gesteuert, um die Durchströmungsrichtung der zylindrischen Bohrung 102 wechselweise umzuschalten. Wie man in Fig. 4 erkennt, hat die Schalteinrichtung 20 ein Gehäuse 201 mit einer zylindrischen Bohrung 202, in welcher ein Schieberkolben 214 angeordnet ist. Dieser ist durch eine Feder 222 in Richtung auf das geschlossene Ende der Bohrung 202 belastet.

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Eine an dem dem geschlossenen Ende der Bohrung 202 gegenüberliegenden Ende derselben angeordnete Magnetspule 224 ist elektrisch mit dem Schaltkreis 302 verbunden und über diesen erregbar bzw. abschaltbar. Die zylindrische Bohrung 202 ist über Durchlässe 24-2, 244 mit einem Einlaß 240 und über Durchlässe 248, 250 mit einem Auslaß 246 stromungsverbunden. Der Einlaß 240 und der Auslaß 246 sind ihrerseits mit der Zufuhreinrichtung 22 bzw. der Kammer 24 stromungsverbunden. Außerdem ist die Bohrung 202 über Durchlässe 254 bzw. 252 mit den Anschlußnippeln 110 bzw. 112 des Heßteils 10 verbunden.

Der Schieberkolben 214 hat drei durch Ringnuten 219, voneinander getrennt Stege 216, 218, 220. Die Stege 216 und 220 sind so angeordnet, daß jeweils einer von ihnen je nach der Stellung des Schieberkolbens 214 den zugeordneten Durchlaß 250 bzw. 248 verschließt, während die jeweils anderen Durchlässe dann in der zugeordneten Ringnut 219 bzw. 221 ausmünden. Der Steg 218 verschließt wahlweise einen der Durchlässe 242, 244, während der jeweils andere dann in der zugeordneten Ringnut 219 bzw. 221 ausmündet. Bei abgeschalteter Magnetspule 224 befindet sich der Schieberkolben 214 in Anlage am ge: hlossenen Ende der Zylinderbohrung 202, wobei der Einlau 240 über den Durchlaß 242 und der Auslaß 246 über den Durchlaß 248 mit der Zylinderbohrung 202 strönungsverbunden ist, während die Durchlässe 244, 250 von den zugeordneten Stegen 218 bzw. 216 verschlossen sind. Das von der Zufuhreinrichtung 22 zufließende Strömungsmittel strömt nun vom Einlaß 240 über den Durchlaß 242, die Ringnut 219, den Durchlaß 252, die zylindrische Bohrung 102, den Durchlaß 254, die Ringnut 221, den Durchlaß und den Auslaß 246 zur Kammer 24. Dabei durchströmt es die zylindrische Bohrung 102 von rechts nach links in der Zeichnung und nimmt dabei die Kugel 142 in dieser

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ersten Richtung mit, bis sie in eine Stellung zwischen den verengten Bohrungen 130, 132 der einander gegenüberliegenden öffnungen 114, 116 kommt und dadurch den von der Lichtquelle 138 ausgehenden Lichtstrahl unterbricht. Aufgrund der Unterbrechung des Lichtstrahls erzeugt das lichtempfindliche Element 142 ein Signal, welches über den Verstärker 304 dem Schaltkreis 302 zufließt. Ein von diesem daraufhin erzeugtes Ausgangssignal bewirkt die Erregung der Magnetspule 224, so daß diese den Schieberkolben 224 unter Überwindung der Federbelastung anzieht. Dadurch sind dann die Ringnut 219 mit dem Durchlaß 250 und die Ringnut 221 mit dem Durchlaß 244 strömungsverbunden, während die Durchlässe 242, 248 von den Stegen 218 bzw. 220 geschlossen sind. Dadurch ist nun die Strömungsrichtung umgekehrt, so daß sich die Kugel 142 in entgegengesetzter Richtung von links nach rechts bewegt.

Die Umsteuervorgänge der Strömungsrichtung werden von einem über ein ODER-Verknüpfungsglied mit den Verstärkern 304 und 306 verbundenen Zähler 26 gezählt. In einer bevorzugten Ausführungsform spricht der Zähler 26 jeweils auf die Erregung der Magnetspule an. Da die Ein- und Ausschaltvorgänge der Magnetspule in einer bestimmten Beziehung zur Strömungsgeschwindigkeit stehen, läßt sich die Strömungsmenge durch Multiplizieren des Zählerstands mit einer vorbestimmten Konstante berechnen.

In der in Fig. 5 bis 10 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung sind den in Fig. 4 Gezeigten entsprechende Einzelheiten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht eines Durchflußmessers in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In dieser

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sind das Meßteil 10 und die Schalteinrichtung 20 in einen gemeinsamen Gehäuse 104 angeordnet. An diesem ist ein Gehäuse 14-7 für eine Magnetspule abdichtend mittels Schrauben 149 befestigt. Das Gehäuse 104 hat einen Einlaß 150 und einen Auslaß 152. Der in Fig. 5 nicht sichtbare Einlaß I50 ist mit einer Zufuhreinrichtung, z.B. der Brennstoffpumpe 22 stromungsverbunden, während der Auslaß 152 etwa mit der Schwimmerkammer des Vergasers stromungsverbunden ist.

Der Durchflußmesser nach Fig. 5 ist in Fig. 6 bis 10 im Schnitt dargestellt. Das Meßteil 10 ist innerhalb des Gehäuses 104 nahe dessen Oberseite und parallel dazu angeordnet. Die zylindrische Bohrung 102 des Meßteils ist quer verlaufend im Gehäuse 104 geformt und am äußeren Ende durch einen von einem Durchlaß 156 durchsetzten Stopfen 154 verschlossen. Am anderen Ende ist die Bohrung 102 durch einen Durchlaß 158 verlängert. Die Durchlässe 156 und 158 stellen die Ein/Auslässe 14 bzw. 12 des Durchlasses bzw. der zylindrischen Bohrung 102 dar. Die Bohrung 102 enthält eine Kugel 146 aus einem Werkstoff, dessen spezifisches Gewicht im wesentlichen gleich dem des Strömungsmittels bzw. Brennstoffs ist.

Wie max in Fig. 7 erkennt, hat das Gehäuse 104 vier quer zur Längsachse der Bohrung 102 angeordnete, jeweils paarweise miteinander fluchtende Öffnungen 114, 116 und 118, 120. Diese bestehen jeweils aus einer erweiterten äußeren Bohrung 122, 124, 126, 128 und eimer verengten inneren Bohrung 130, 132, 134, 136. Am inneren Ende der äußeren Bohrungen ist jeweils ein transparenter Körper 115, z.B. eine Linse, angeordnet.

In die äußeren Bohrungen 122, 126 der in Fig. 7 oberen Öffnungen 114 bzw. 118 ist jeweils eine Lichtquelle 138

bzw. 140 mittels einer Isolierfassung 139 bzw. 141 eingesetzt. Zwischen den Isolierfassungen 139, 141 und dem jeweiligen transparenten Körper 115 ist jeweils eine elastische Dichtung 121 angeordnet. Die äußeren Bohrungen 124, 128 der in Fig. 7 unteren Öffnungen 116 bzw. 120 enthalten jeweils einen unter Zwischenlage einer elastischen Dichtung 121 mittels einer Isolierfassung 143 bzw. 145 darin befestigten Fotosensor 142 bzw. 144. Die Paare der öffnungen 114, 116 und 118, 120 sind nahe den beiden Enden der zylindrischen Bohrung 102 angeordnet. Die Isolierfassungen 139? 141, 143, 145 sind von axialen Bohrungen 123 durchsetzt, durch welche hindurch (nicht gezeigte) Leiter von den Lichtquellen 138, 140 zu einer Stromquelle, z.B. der Kraftfahrzeugbatterie bzw. von den Fotosensoren 142, 144 zu dem in Fig. 4 dargestellten Schaltkreis 302 geführt sind.

In der praktischen Ausführung des Durchflußmessers können Lichtquellen und Fotosensoren beliebiger Art verwendet v/erden. In der dargestellten Ausführungsform verdienen Leuchtdioden und Fototransistoren den Vorzug.

Wie man in Fig. 6 bis 10 erkennt, ist die Zylinderbohrung 202 der Schalteinrichtung 20 parallel zur zylindrischen Bohrung 102 des Meßteils 10 im Gehäuse 104 geformt. An ihrer Innenwandung weist die Zylinderbohrung 202 eine Reihe von Ringnuten 204, 206, 208, 210 und 212 auf. Die erste Ringnut 204 ist mit einem an einer Stirnseite des Gehäuses 104 ausmündenden Durchlaß 205 strömungsverbunden. Ein von der zweiten Ringnut 206 ausgehender Durchlaß 207 führt zu dem einen Ein/Auslaß der zylindrischen Bohrung 102. Die vierte Ringnut 210 ist über Bohrungen 211, 213 mit dem anderen Ein/Auslaß strömungsverbunden. Die dritte Ringnut 208 ist über den Einlaß 150 mit der Zufuhreinrichtung 22 und die fünfte

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Ringnut 212 über den Auslaß 152 mit der Kammer 24· verbindbar.

Ein verschieblich in der Zylinderbohrung 202 angeordneter Schieberkolben 214 hat eine Seihe von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Stegen 216, 218, 220 und Ringnuten 217, 219, 221. Die Stege 216, 218, 220 sind jeweils so breit, daß sie die zugeordneten Ringnuten 204 bis 212 der Zylinderbohrung 202 vollständig überdecken und verschließen können. Die Ringnuten 217 ₅ 219 und 221 sind dagegen so breit daß sie jeweils zwei einander benachbarte Ringnuten der Zylinderbohrung 202 miteinander verbinden können.

Das Magnetgehäuse 147 enthält eine mittels eines Hagnetkerns 162 darin befestigte, ringförmige Magnetspule 160, welche eine ringförmige Kammer 158 umgibt. Der Magnetkern 162 hat an seinem inneren Ende eine axiale Mittelbohrung 164 für die Aufnahme des einen Endes einer Druckfeder 222. Mit dem anderen Ende stützt sich die Feder 222 an einem axial verschieblich in der Kammer angeordneten Anker 165 ab. An der Stirnseite hat die Magnetspule 160 eine Ringnut 166 für die Aufnahme einer Rii _t dichtung 168. Eine weitere Ringdichtung 172 ist in eine i.i Umfang des Magnetkerns 162 geformte Ringnut eingelegt. Der Anker 165 hat eine Mittelbohrung 174, in welcher ein Endstück 176 des Schieberkolbens 214 befestigt ist, so daß dieser gemeinsam mit dem Anker gegen die von der Feder 222 ausgeübte Belastung bewegbar ist.

In Fig. 6 und 8 ist ein Betriebszustand dargestellt, in welchem der Schieberkolben 214 von der Magnetspule 160 angezogen ist. In dieser Stellung des Kolbens fließt mittels der Brennstoffpumpe 22 von einem Brennstoffbehälter zugeführter Brennstoff durch den Einlaß 150, die

Ringnut 208, einen zwischen dieser und dem Steg 218 gebildeten Spalt 23^, die Ringnut 210, die Bohrungen und 213, den Ein/Auslaß 156, die zylindrische Bohrung 102, die Bohrung 207, einen zwischen der Ringnut 204 und dem Steg 216 gebildeten Spalt 230, den Durchlaß 205, die Kammer 158 im Magnetgehäuse 147, eine waagerechte Bohrung 178 und den Auslaß 152 zur Schwimmerkammer des Vergasers 24. Innerhalb der zylindrischen Bohrung 102 fließt der Brennstoff somit vom zweiten Ein/Auslaß 14 bzw, 156 zum ersten Ein/Auslaß 12 bzw. 158 und nimmt dabei die Kugel 146 in dieser Richtung mit, bis sie den durch die innere Bohrung 130 der Öffnung 114 fallenden Lichtstrahl der Lichtquelle 138 unterbricht. Ein daraufhin vom zugeordneten Fotosensor 142 erzeugtes Ausgangssignal fließt über den Verstärker 304 dem Schaltkreis 302 zu. Der Schaltkreis 302 enthält beispielsweise einen Flip-Flop, welcher bei Empfang des Ausgangssignals des Fotosensors 142 die Stromzufuhr zur Magnetspule 160 abschaltet. Dadurch bewegt sich der Schieberkolben 214 nun unter der Belastung durch die Feder 222 in Richtung auf das geschlossene Ende der Zylinderbohrung 202 in die in Fig. 9 und 10 gezeigte Stellung. In dieser Stellung sind die Ringnuten 206 und 208 über die Ringnut 219 und die Ringnuten 210 und 212 über die Ringnut 221 miteinander strömungsverbunden. Der dem Einlaß 150 zugeführte Brennstoff fließt nun durch die Ringnuten 208, 219, 206, die Bohrung 207, den Ein/Auslaß 158, die zylindrische Bohrung 102, den Ein/AuslaO 156, die Bohrungen 213, 211 und die Ringnuten 210, 221 und 212 zum Auslaß 152. Innerhalb der zylindrischen Bohrung 102 fließt der Brennstoff nun somit vom ersten zum zweiten Ein/ Auslaß 12, 158 bzw. 14, 156 und nimmt dabei die Kugel in dieser Richtung mit, bis sie den durch die innere Bohrung 134 der Öffnung 118 fallenden Lichtstrahl der Lichtquelle 140 unterbricht. Ein daraufhin vom zugeordneten Fotosensor 144 erzeugtes Ausgangssignal fließt über

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den Verstärker 306 dem Schaltkreis 302 zu, welcher den Stromkreis der Magnetspule 160 wieder schließt, so daß diese den Anker 165 zusammen mit dem Schieberkolben anzieht.

Der Schaltkreis 302 erzeugt außerdem einen Zählimpuls, welcher dem Zähler 26 zufließt und diesen fortschaltet. Da die Anzahl der Umsteuerungen der Strömungsrichtung in der zylindrischen Bohrung proportional der Durchströmungsgeschwindigkeit der zylindrischen Bohrung ist, läßt sich die Strömungsmenge pro Zeiteinheit durch Multiplizieren mit einer durch den Durchmesser der Bohrung 102 und andere Variable vorgegebenen Konstante berechnen.

Fig. 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der in Fig. 4 in Form eines Blockschaltbilds dargestellten elektrischen Schaltungsanordnung. Die durch Leuchtdioden dargestellten Lichtquellen 133, 140 sind mit der Fahrzeugbatterie verbunden. Bei den Fotosensoren 142, 144 handelt es sich um N-P-N-Fot©transistoren, deren Kollektoren an der Fahrzeugbatterie angeschlossen sind, während ihre Emitter mit dem jeweiligen Verstärker 304 bzw. 306 verbunden sind. Die Verstärker 304 ur.^. 306 sind mit dem J- bzw. dem K-Anschluß eines den Schaltkreis 302 darstellenden JK-FlipFlops verbunden.

Solange das von den Lichtquellen 138, 140 erzeugte Licht auf die Fototransistoren 142 bzw. 144 fällt, befinden diese sich im Sperrzustand. Bewegt sich die Kugel in eine Stellung zwischen einer Lichtquelle und dem dieser zugeordneten Fototransistor, so erscheint an dessen Emitter ein Ausgangssignal, welches über den jeweiligen Verstärker 304 oder 306 dem Schaltkreis zufließt. Bei Zuleitung eines Ausgangssignals über den Verstärker 304 schaltet der FlipFlop 302 aus, und bei

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Zuleitung des Ausgangssignals über den Verstärker 306 schaltet er aus. Bei den Hin- und Herbewegungen der Kugel 146 schaltet der Schaltkreis 302 also abwechselnd ein und aus. Der Einsehaltausgang des Schaltkreises 302 ist über ein aus N-P-N-Transistoren 308, gebildetes TMD-Verknüpfungsglied mit dem Zähler 26 verbunden. Dabei liegt die Basis des Transistors 308 am Ausgangs des Schaltkreises 302 und ihr Emitter an der Basis des Transistors 310. Der Zähler 26 ist mit dem Kollektor des Transistors 310 verbunden.

Die Kollektoren der Transistoren 308, 310 sind gemeinsam mit der Magnetspule 160 verbünden. Im Ausschaltzustand des FlipFlops 302 fließt der Magnetspule kein Strom zu, während sie im Einschaltzustand des FlipFlops erregt wird. Auf diese V/eise wird die Magnetspule 160 in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung der Kugel 146 abwechselnd ein- und ausgeschaltet.

In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Talctgeber 312 mit einem durch eine integrierte Schaltung gebildeten Zeitglied an einem Eingang des FlipFlop 302 angeschlossen, um den FlipFlop in Abhängigkeit von den Taktgeberimpulsen ein- und auszuschalten. Beim Fehlen des Zeitgeberimpulses bleibt der FlipFlop 302 im Ausschaltzustand, selbst wenn ihm ein Ausgangssignal des Verstärkers 306 zufließt. Auf diese Weise ist ein gleichmäßiger Betrieb des Durchflußmessers gewährleistet.

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Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE"

NISSAN MOTOR COMPANY, LIMITED 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi

Kanagawa-ken, Japan

A. "(S R li^M E CIK E F ο». NG H. KlNKELDEY W. STOCKMAIR K. SCHUMANN -»·< IH MAT S»·^ **vS P. H. JAKOB G. BEZOLD 0» * 8 I MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE 43 ρ ■ 15 777

8. Januar 1981

Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Durchflußmenge und/oder Geschwindigkeit eines Strömungsmittels

P_a_t e_n_t_a_n_s_p___r_ü_c_h_e

Vorrichtung zum Bestimmen der Durchflußmenge und/oder -geschwindigkeit eines Strömungsmittels, gekennzeichnet durch einen abwechselnd in einer ersten und einer zweiten Richtung von dem Strömungsmittel durchströmbaren, geradlinigen Durchlaß (102), durch einen im Durchlaß angeordneten beweglichen

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telefon (oae) asaeea

TEUEX O5-9938O

TELEGRAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

Körper (146), durch nahe den Enden des Durchlasses angeordnete, auf den beweglichen Körper ansprechende Sensoranordnungen (138, 140, 142, 144) zum Erzeugen von Ausgangssignalen in Abhängigkeit von der Stellung des beweglichen Körpers, durch eine in Abhängigkeit von den Sensor-Ausgangssignalen betätigbare Schalteinrichtung (20) zum Umsteuern der Durchströmungsrichtung des Durchlasses und durch einen mit der Schalteinrichtung verbundenen Zähler (26) zum Zählen der Anzahl der Umsteuervorgänge .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Schalteinrichtung einen zwischen dem Durchlaß (102) einerseits und einem Einlaß und einem Auslaß (150 bzw. 152) andererseits angeordneten Schieber und eine auf die Sensor-Ausgangssignale ansprechende elektromagnetische Betätigungseinrichtung (160) für den Schieber zum Umschalten desselben zwischen der ersten und der zweiten Strömungsrichtung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß die Schalteinrichtung bei jeder Betätigung einen Zählimpuls zum Fortschalten des Zählers erzeugt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Körper eine Kugel (146) aus einem Werkstoff ist, dessen spezifisches Gewicht im wesentlichen gleich dem des Strömungsmittels ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Sensoranordnung nahe jedem Ende des Durchlasses eine Lichtquelle (138, 140) und einen dieser zugeordneten, zum Erzeugen eines Signals auf die

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Unterbrechung des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahls ansprechenden Fotosensor (14-2, 144) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Durchlaß und der Umsteuerschieber in einem gemeinsamen Gehäuse (104·) angeordnet und über Durchlässe miteinander verbunden sind.

7. Vorrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit und/oder Menge eines sie durchströmenden Strömungsmittels, gekennzeichnet durch einen an jedem Ende einen Ein/Auslaß (12, 14-) aufweisenden, geradlinigen Durchlaß (102), durch eine beweglich im Durchlaß angeordnete Kugel (146) aus einem Werkstoff, dessen spezifisches Gewicht im wesentlichen gleich dem des Strömungsmittels ist, durch nahe den Ein/Auslässen des Durchlasses angeordnete, zur Erzeugung von ersten und zweiten Signalen auf die Bewegungen der Kugel in ihrem Bereich ansprechende erste und zweite Sensoren (138, 142; 140, 144), durch eine von einer auf die Signale der Sensoren ansprechenden Betätigungseinrichtung (160) zuüi Umsteuern der Durchströmungsrichtung des Durchlasses betätigbare Schalteinrichtung (20) zum Vej . inden des ersten bzw. des zweiten Ein/Auslasses mit einem Einlaß (150) der Vorrichtung in einer ersten bzw. einer zweiten Stellung und zum Erzeugen jeweils eines Zählimpulses bei Betätigung in die erste Stellung, und durch einen die Zählimpulse zum Bestimmen der Geschwindigkeit und/oder Menge des die Vorrichtung durchströmenden Strömungsmittels zählenden Zähler (26).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7₅ dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Schalteinrichtung einen beweglich in einer zylindrischen Bohrung (202) geführten Schieberkolben (214) aufweist, welcher durch eine Feder (222) in eine erste Stellung nahe einem Ende der Boh-

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rung belastet und bei Ansprechen der Betätigungseinrichtung (160) auf ein erstes Sensorsignal in eine zweite Stellung bewegbar ist, wobei der Durchlaß in der ersten Stellung des Schieberkolbens in einer ersten und in der zweiten Stellung desselben in einer zweiten Richtung durchströmt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Bewegungen der Kugel ansprechenden Sensoren jeweils eine nahe dem jeweiligen Ein/Auslaß des Durchlasses angeordnete Lichtquelle (138, 140) und einen dieser gegenüber angeordneten, zur Erzeugung des ersten bzw. zweiten Sensorsignals auf eine Unterbrechung des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahls ansprechenden Fotosensor (142, aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein durch das erste Sensorsignal erregbares und durch das zweite Sensorsignal abschaltbares Schaltglied (302) sowie einen dieses mit Taktsignalen speisenden Taktgeber (312) aufweist, und daß die Betätigungseinrichtung mit dem Schaltglied verbunden und durch dessen Ausgangssignale ein- und ausschaltbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Kugel aus einem Werkstoff ist, dessen spezifisches Gewicht im wesentlichen gleich dem des Strömungsmittels ist.

12. Verfahren zum Bestimmen der Strömungsmenge und/ /oder Geschwindigkeit eines Strömungsmittels unter Verwendung einer Vorrichtung mit einem in einem Gehäuse geformten Durchlaß, einem im Durchlaß angeordneten und

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durch ein diesen durchströmendes Strömungsmittel darin bewegbaren Körper, einem auf die Bewegung des Körpers im Durchlaß ansprechenden Sensor zum Erzeugen jeweils eines Signals beim Durchgang des Körpers durch einen vorbestimmten Bereich des Durchlasses und mit einem Zähler zum Zählen der von dem Sensor erzeugten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel abwechselnd in einer ersten und einer zweiten Richtung durch einen geradlinigen Durchlaß hindurchgeleitet wird, daß die Strömungsrichtung Jeweils bei Annäherung des beweglichen Körpers an ein Ende des Durchlasses umgesteuert wird, daß für jeden Umsteuerzyklus der Strömungsrichtung ein Zählimpuls erzeugt wird und daß die Zählimpulse zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit und -menge gezählt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen des beweglichen Körpers mittels nahe beiden Enden des Durchlasses angeordneter fotoelektrischer Sensoren ermittelt werden.

Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Sent ->ren mit einer die Strömungsrichtung des Strömungsmitteln steuernden Schalteinrichtung verbunden sind, welche die Verbindungen der Ein- und Auslässe des Durchlasses in Abhängigkeit von den Sensoren umsteuert.