DE2900220C2

DE2900220C2 -

Info

Publication number: DE2900220C2
Application number: DE2900220A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 7300 Esslingen De Lauterbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-01-04
Filing date: 1979-01-04
Publication date: 1987-09-03
Also published as: FR2445954A1; GB2041536B; JPS5593019A; US4317365A; GB2041536A; FR2445954B1; JPH039218A; US4403506A; JPH0330091B2; DE2900220A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums nach der Gattung des Anspruchs 1 oder 2. Es ist schon eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums bekannt (DE-OS 27 10 473), bei der als temperaturabhängiger Widerstand eine Widerstandsschicht verwendet wird, die auf der lang gestreckten Wandung im engsten Querschnitt eines Venturirohres auf gebracht ist. Bei ihrer Verwendung wird die Vorrichtung auch in ei nem Reynoldszahlenbereich benutzt, in dem die Strömung auch im eng sten Querschnitt des Venturirohres instabil wird. Dabei treten lami nare Strömungsablösungen auf, die die Wärmeübergangszahl und damit das Meßsignal der Vorrichtung ändern. Ein stark schwankendes Meßsig nal ist jedoch zu Reglungszwecken ungeeignet. Es ist deshalb bereits aufgezeigt worden (Grenzschicht-Theorie, Dr. Hermann Schlichting, 5. Auflage, 1965), zur Erzielung eines gleichmäßigen Meßsignales mit einem plattenförmigen Träger im Bereich einer freien laminaren Strö mung zu arbeiten. Ebenfalls aufgezeigt ist, daß sich Strömungen durch einen negativen Druckgradienten stabilisieren lassen.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums (GB-PS 8 39 615) wird eine Spaltströmung erzeugt und temperaturabhängige Widerstandsschichten sind in den Spaltwan dungen vorgesehen, jedoch ist keine stabile Strömung im Spalt ge währleistet. Die Stabilisierung einer Strömung in einem Spalt ist jedoch an sich bekannt.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ein gangs genannten Art zu schaffen, bei der über einen ausreichend gro ßen Meßbereich Strömungsablösungen vermieden und ein genaues Meßsig nal erzielbar ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 oder 2 gelöst.

Dabei ergibt sich der Vorteil, daß durch die Anordnung der auf dem Träger aufgebrachten temperaturabhängigen Widerstandsschicht in ei nem Bereich stabilisierter Strömung, wie in einer düsenartigen Ver engung, in der in Strömungsrichtung ein stetiges Druckgefälle ge währleistet ist oder in mindestens einem engen Spalt mit einer lami naren Spaltströmung ein ruhiges und möglichst genaues Meßsignal er halten wird.

Zeichung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Prinzipschaltung für eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums mit einem temperaturab hängigen Widerstand, Fig. 2 und 3 je eine Anordnung einer tempera turabhängigen Widerstandsschicht in einer düsenartigen Verengung ei nes Strömungsquerschnittes, Fig. 4 eine Anordnung einer temperatur abhängigen Widerstandsschicht in mindestens einem Spalt mit lamina rer Spaltströmung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Ansaugrohr einer im übrigen nicht dar gestellten Brennkraftmaschine gezeigt, in welches in Richtung der Pfeile 2 die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luft strömt. In dem Ansaugrohr 1 befindet sich ein temperaturabhängiger Widerstand 3, z.B. ein Heißschichtwiderstand, der von der Ausgangsgröße eines Reglers durchflossen wird und gleichzeitig die Eingangsgröße für den Regler liefert. Die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes 3 wird von dem Regler auf einen festen Wert, der über der mittleren Lufttemperatur liegt, eingeregelt. Nimmt nun die Strömungsgeschwin digkeit, d.h. die pro Zeiteinheit angesaugte Luftmenge zu, so kühlt sich der temperaturabhängige Widerstand 3 stärker ab. Diese Abküh lung wird an den Eingang des Reglers zurückgemeldet, so daß dieser seine Ausgangsgröße so erhöht, daß sich wiederum der festgelegte Temperaturwert an dem temperaturabhängigen Widerstand 3 einstellt. Die Ausgangsgröße des Reglers regelt die Temperatur des temperatur abhängigen Widerstandes 3 bei Änderungen der angesaugten Luftmenge jeweils auf den vorbestimmten Wert ein und stellt gleichzeitig ein Maß für die angesaugte Luftmenge dar, das als Meßgröße einem Zumeß kreis zur Anpassung der erforderlichen Kraftstoffmenge an die pro Zeiteinheit angesaugte Luftmenge zugeführt wird.

Der temperaturabhängige Widerstand 3 bildet mit einem Widerstand 4 zusammen einen ersten Brückenzweig, dem ein aus den beiden festen Widerständen 5 und 6 aufgebauter zweiter Brückenzweig parallel ge schaltet ist. Zwischen den Widerständen 3 und 4 befindet sich der Abgriffspunkt 7 und zwischen den Widerständen 5 und 6 der Abgriffs punkt 8. Die beiden Brückenzweige sind in den Punkten 9 und 10 pa rallel geschaltet. Die zwischen den Punkten 7 und 8 auftretende Dia gonalspannung der Brücke ist dem Eingang eines Verstärkers 11 zuge leitet, an dessen Ausgangsklemmen die Punkte 9 und 10 angeschlossen sind, so daß seine Ausgangsgröße die Brücke mit Betriebsspannung bzw. mit Betriebsstrom versorgt. Die im folgenden als Stellgröße U _S bezeichnete Ausgangsgröße ist zwischen den Klemmen 12 und 13 abnehmbar, wie in der Figur angedeutet. Die Stellgröße U _S steuert die Zumessung des für die angesaugte Luft erforderlichen Kraftstof fes in einem nicht dargestellten Kraftstoffzumeßkreis der Brenn kraftmaschine. Der temperaturabhängige Widerstand 3 wird durch den ihn durchfließenden Strom aufgeheizt, bis zu einem Wert, bei dem die Eingangsspannung des Verstärkers 11, die Brückendiagonalspannung, Null wird oder einen vorgegebenen Wert annimmt. Aus dem Ausgang des Verstärkers fließt dabei ein bestimmter Strom in die Brückenschal tung. Verändert sich infolge von Mengenänderung der angesaugten Luft die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes 3, so ändert sich die Spannung an der Brückendiagonale und der Verstärker 11 re gelt die Brückenspeisespannung bzw. den Brückenstrom auf einen Wert, für den die Brücke wieder abgeglichen oder in vorgebener Weise ver stimmt ist. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 11, die Steuerspannung U _S, stellt ebenso wie der Strom im temperaturabhängigen Widerstand 3 ein Maß für die angesaugte Luftmenge dar.

Zur Kompensation des Einflusses der Temperatur der Ansaugluft auf das Meßergebnis kann es zweckmäßig sein, einen von der Ansaugluft umströmten zweiten Widerstand 14 in den zweiten Brückenzweig zu schalten. Dabei ist die Größe der Widerstände 5, 6 und 14 so zu wäh len, daß die Verlustleistung des temperaturabhängigen Widerstandes 14, die durch den ihn durchfließenden Zweigstrom erzeugt wird, so gering ist, daß sich die Temperatur dieses Widerstandes 14 praktisch nicht mit den Änderungen der Brückenspannung verändert, sondern stets der Temperatur der vorbeiströmenden Ansaugluft entspricht.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, kann der temperaturabhängige Wider stand 3 als Widerstandsschicht ausgebildet sein, die nach einem be kannten Verfahren auf einem Träger 17 aufgebracht ist. Ist der Trä ger 17 aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet, so ist zwischen der Widerstandsschicht 3 und dem Trager 17 eine Isolier schicht vorgesehen. In dem Strömungsquerschnitt 1 ist ein Düsenkör per 18 angeordnet, der nicht den gesamten Strömungsquerschitt be grenzen muß, sondern auch, wie in Fig. 4 dargestellt ist, nur einen Teil der Mediumströmung erfassen kann. Stromaufwärts des engsten Querschittes 19 des Düsenkörpers 18 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der Träger 17 mit der temperaturabhängigen Widerstands schicht 3 angeordnet. Der Träger 17 ist beispielsweise linsenförmig ausgebildet und zwar derart, daß sich zwischen der Wand 20 der dü senartigen Verengung des Düsenkörpers 18 und dem Träger 17 ein in Strömungsrichtung sich stetig verengender Strömungsquerschnitt er gibt. Der somit bis zum engsten Querschnitt 19 in Strömungsrichtung stetig abnehmende Druck hat zur Folge, daß das Grenzschichtprofil konvex ausgebildet ist und keine Unstetigkeit aufweist, also keine laminaren Strömungsablösungen auftreten. Bei in Strömungsrichtung steigendem Druck würde das Grenzschichtprofil einen Wendepunkt und eine geringere Geschwindigkeitszunahme in Wandnähe aufweisen, wo durch es zu laminaren Ablösungen kommt, die zeitlich und örtlich re gellos auftreten. Die erfindungsgemäße Anordnung des Trägers 17 mit der temperaturabhängigen Widerstandsschicht 3 in der düsenartigen Verengung des Düsenkörpers 18 bewirkt somit eine Stabilisierung der Strömung, wodurch ein ruhigeres und genaueres Meßsignal der Vorrich tung erzielbar ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ergeben sich die gleichen Verhältnisse, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Wäh rend bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der düsenartige Ver lauf des Strömungsquerschnittes durch gewölbte Wände 20 des Düsen körpers 18 gebildet wird, weist der Düsenkörper 18 nach dem Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 3 geradlinig verlaufende Wände 20 auf. Der Träger 17 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 derart drei eckförmig mit einer Dreiecksspitze entgegen der Strömungsrichtung gerichtet angeordnet, daß sich zwischen der Wand 20 des Düsenkörpers 18 und dem Träger 17 ein sich stetig in Strömungsrichtung verengen der Querschnitt ergibt, also der Druck in Strömungsrichtung abnimmt.

Eine weitere Möglichkeit der Strömungsstabilisierung zeigt das Aus führungsbeispiel nach der Fig. 4. In Fig. 4 ist in dem Strömungs querschnitt 1 über einen Steg 22 ein Spaltkörper 23 mit möglichst geringem Strömungswiderstand angeordnet, der einen in Strömungsrich tung verlaufenden, zur Strömung parallelen engen Spalt 24 äufweist, in dem eine laminare Spaltströmung ohne Ablösungen herrscht. Der allseitig mit der temperaturabhängigen Widerstandsschicht 3 be schichtete Träger 17 kann plattenförmig ausgebildet derart in dem Spalt 24 angeordnet sein, daß sich beiderseits des Trägers 17 Teil spalte 25 und 26 ergeben, in denen jeweils eine laminare Spaltströ mung herrscht.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, ins besondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, mit einer von wenigstens einem Teil der Strömung des Mediums durch strömten düsenartigen Verengung und mindestens einem in der Strömung des Mediums angeordneten, als Schicht auf einem Träger aufgebrach ten, temperaturabhängigen Widerstand, dessen Temperatur und/oder Wi derstand in Abhängigkeit von der strömenden Masse geregelt wird und die Stellgröße ein Maß für die Masse des strömenden Mediums ist, da durch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Widerstandsschicht (3) stromaufwärts eines engsten Querschnittes (19) der düsenartigen Verengung (18) angeordnet ist, in der ein Bereich stabilisierter Strömung gebildet wird, indem der Träger (17) mit der temperaturab hängigen Widerstandsschicht (3) stromaufwärts des engsten Quer schnittes (19) der düsenartigen Verengung angeordnet und so ausge bildet ist, daß sich zwischen der Wand (20) der düsenartigen Veren gung und dem Träger (17) ein sich in Strömungsrichtung stetig veren gender Querschnitt ergibt.

2. Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, ins besondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, mit wenigstens einem von wenigstens einem Teil der Strömung des Me diums durchströmten parallelen Spalt und mindestens einem in der Strömung des Mediums im Spalt angeordneten, als Schicht auf einem plattenförmigen Träger aufgebrachten, temperaturabhängigen Wider stand, dessen Temperatur und/oder Widerstand in Abhängigkeit von der strömenden Masse geregelt wird und die Stellgröße ein Maß für die Masse des strömenden Mediums ist, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Widerstandsschicht (3) in einem Bereich stabili sierter Strömung angeordnet ist, der durch den eine laminare Spalt strömung bewirkenden engen, zur Strömung parallelen Spalt (24, 25, 26) gebildet wird, indem der plattenförmige Träger (17) mit der tem peraturabhängigen Widerstandsschicht (3) versehen und so innerhalb der Strömung angeordnet ist, daß er (17) mit jeder seiner Seiten ei nen Spalt (25, 26) mit laminarer Spaltströmung begrenzt.