DE10154253B4

DE10154253B4 - Vorrichtung mit einem Luftansaugrohr und einer darin eingesteckten Luftmassensensoranordnung

Info

Publication number: DE10154253B4
Application number: DE10154253A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Frie; Stefan Pesahl; Stephen Setescak; Frank Dr. Steuber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2021-11-06
Also published as: KR20050043749A; JP2005509150A; WO2003040665A1; US6941807B2; US20050109101A1; DE10154253A1

Abstract

Vorrichtung mit einem Luftansaugrohr (1) und einer darin in radialer Richtung eingesteckten Luftmassensensoranordnung (2), deren Einlassöffnung (3) senkrecht zur Luftströmungsrichtung (6) im Luftansaugrohr (1) orientiert ist, und mit einem die Einlassöffnung (3) verdeckenden Schirmkörper (7), dadurch gekennzeichnet, dass der flügelförmig ausgebildete Schirmkörper (7) eine nicht-abreißende Luftströmung zur Einlassöffnung (3) sicherstellt und seine quer zur Strömungsrichtung der über seine Oberfläche strömenden Luft verlaufende, im wesentlichen gradlinige Oberfläche senkrecht zur Einsteckrichtung der Luftmassensensoranordnung (2) orientiert ist.

Description

Bei Verbrennungsmotoren sind vermehrt Fälle bekannt geworden, bei denen größere Mengen von Wasser in den Luftansaugtrakt gelangten. Im Luftansaugtrakt angeordneten Ansaugrohr sind üblicherweise meist auf der Heißfilmanemometrie basierende Luftmassensensoren angeordnet. Bei diesen Luftmassensensoren kommt es zu einer starken Verfälschung des Messsignals oder sogar zu einem Ausfall des Sensors im Falle eines Kontaktes der Sensorelemente mit Wasser.

Die eigentlichen Luftmassensensoren sind in einem Luftströmungskanal einer Luftmassensensoranordnung untergebracht. Die EP 0 908 704 A1 zeigt ein Beispiel einer in einem Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors eingesteckten Luftmassensensoranordnung, bei der der Luftströmungskanal in der Sensoranordnung im wesentlichen senkrecht zur Luftströmungsrichtung im Ansaugrohr verläuft, was als erster Schritt zur Vermeidung eines Kontaktes der Sensorelemente mit Wasser betrachtet werden kann, der jedoch bei weitem nicht ausreicht. Die Lufteinlassöffnung der Sensoranordnung ist senkrecht zur Luftströmungsrichtung im Ansaugrohr orientiert und ist relativ großflächig gestaltet, um Strömungsschwankungen, die das Sensorsignal verfälschen würden, zu mitteln. Allerdings wird durch die großflächige Einlassöffnung Wasser vermehrt aufgefangen, was den Effekt der gekrümmten Strömungskanalführung wieder relativiert.

Aus der Produktschrift eines Luftmassensensors (mass airflow sensor) der Firma Pierburg AG, der gemäß der dort aufgelisteten Historie wasser- und partikelresistent sein soll, ist eine Vorrichtung mit einem Luftansaugrohr und einer darin in radialer Richtung eingesteckten Luftmassensensoranordnung zu entnehmen bei der ein Schirmkörper vor der Einlassöffnung der Luftmassensensoranordnung angeordnet ist. Der Schirmkörper deckt einerseits die Einlassöffnung ab, so dass keine Wasserpartikel direkt in die Einlassöffnung gelangen können und scheint andererseits stromlinienförmig ausgebildet zu sein, so dass die Luftströmung trotzdem zur Einlassöffnung gelangt. Er ist dabei quer zum gekrümmten Verlauf seiner Oberfläche in Strömungsrichtung geradlinig ausgebildet und derart im Ansaugrohr angeordnet, dass die Richtung dieses geradlinigen Verlaufs parallel zur Einsteckrichtung der Luftmassensensoranordnung verläuft.

Gemäß der Beschreibung zu einem Diagramm auf Seite 4 der Produktschrift wird von einem Wasserfluss von 2.5 ml/min ausgegangen, der durch die gezeigte Vorrichtung gut beherrscht wird. Allerdings treten in der Praxis oftmals Wasserflüsse von über 200 ml/min auf, die durch die gezeigte Vorrichtung kaum beherrschbar sein dürften, da eine hohe Zahl von Wasserpartikelquerschlägern in die Einlassöffnung der Luftmassensensoranordnung gelangen können.

Aus der DE 100 16 642 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Parameters eines strömenden Mediums bekannt. Diese Vorrichtung besitzt einen Prallkörper, der stromaufwärts des Messelementes untergebracht ist, der zumindest teilweise durch einen Außenring umringt ist, wobei der Außenring einen in Strömungsrichtung verjüngend zulaufenden Abschnitt innerhalb des Außenringes bildet, um in der Strömung mittransportierte flüssige Bestandteile mittels des Prallkörpers von dem Messelement abzulenken.

Aus der DE 196 32 198 C1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums bekannt. Diese Vorrichtung be sitzt einen Störkörper, der stromaufwärts der Vorrichtung in einem in Strömungsrichtung verjüngend zulaufenden Abschnitt einer Ansaugleitung untergebracht ist, um in der Strömung mittransportierte flüssige Bestandteile mittels des Störkörpers auszufiltern und von der Vorrichtung abzulenken.

Darüber hinaus ist aus der US 4,457,169 eine Vorrichtung zur Messung eines Massenstromes in einem Lufteinlasskanal, insbesondere zur Messung des Luftmassenstromes eines Verbrennungsmotors, bekannt. Diese Vorrichtung hat zumindest einen temperaturabhängigen Widerstand, der dem Massenstrom ausgesetzt ist und dessen Temperatur und/oder Widerstand abhängig vom Massenstrom verändert wird. Der temperaturabhängige Widerstand ist in einer Aussparung platziert, und ein Ablenkkörper ist stromaufwärts der Aussparung angeordnet.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der vorgenannten Art anzugeben, die derart ausgebildet ist, dass nahezu alle Wasserpartikel von der Einlassöffnung ferngehalten werden.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß Anspruch 1 ist die Vorrichtung mit einem Luftansaugrohr und einer darin in radialer Richtung eingesteckten Luftmassensensoranordnung, deren Einlassöffnung senkrecht zur Luftströmungsrichtung im Ansaugrohr orientiert ist gebildet, wobei vor der Einlassöffnung ein flügelförmiger Schirmkörper derart angeordnet ist, dass er einerseits die Einlassöffnung verdeckt und andererseits eine nicht-abreißende Luftströmung zur Einlassöffnung sicherstellt und seine quer zur Strömungs richtung der über seine Oberfläche strömenden Luft verlaufende, im wesentlichen geradlinige Oberfläche senkrecht zur Einsteckrichtung der Luftmassensensoranordnung orientiert ist.

Durch diese Orientierung der Einbaurichtung des flügelförmigen Schirmkörpers kann er im Gegensatz zum bekannten Schirmkörper relativ groß ausgebildet werden und somit mehr Wasserpartikel abhalten, ohne eine deutlich größeren Strömungswiderstand zu bilden, da sich die zusätzliche Fläche im Strömungsbereich der dahinterliegenden Luftmassensensoranordnung befindet, die bereits einen Strömungswiderstand erzeugt.

Besonders vorteilhaft bei dieser Einbaurichtung ist jedoch der Beitrag des durch die Luftmassensensoranordnung bedingten Überdrucks an deren Anströmseite, der zusätzlich zur flügelförmigen und damit stromlinienförmigen Ausgestaltung des Schirmkörpers dazu beiträgt, dass die Strömung zur Einlassöffnung nicht abreißt, so dass ein geringer Signalrauschpegel erreicht wird.

Mit der Bezeichnung flügelförmig sind Formen gemeint, die wie bereits gesagt stromlinienförmig sind und Anströmkanten aufweisen, die es ermöglichen, dass sich die Strömung gut an den Schirmkörper anlegt ohne unter Wirbelbildung abzureißen. Vorzugsweise sind die Anströmkanten abgerundet oder derart angeschrägt, dass die Luftströmung und die Anströmkante einen spitzen Winkel bilden. Der weitere Verlauf des Schirmkörpers kann prinzipiell geradlinig sein, es ist jedoch von Vorteil, wenn er eine leichte Krümmung oder Wölbung aufweist.

Der Schirmkörper kann zwar wie ein Flugzeugflügel im Bereich der Anströmkante dicker sein, es ist aus Herstellungsgründen jedoch von Vorteil, wenn er eine im wesentlichen konstante Dicke hat, da er in vorteilhafter Weise als Spritzgussteil hergestellt wird. In besonders vorteilhafter Weise ist er einstückig mit dem Ansaugrohr ausgebildet, was eine sehr kostengünstige Fertigung ermöglicht.

Die in Strömungsrichtung verlaufenden Ränder des Schirmkörpers sind in besonders vorteilhafter Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Wänden versehen, die sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite oder auch an beiden Seiten vorgesehen sein können. Sie können über die gesamte Länge des Schirmkörpers verlaufen oder auch nur abschnittsweise. Diese Seitenwände sorgen dafür, dass weniger Randwirbel entstehen, so dass es möglich ist, einen schmäleren Schirmkörper vorzusehen, der aufgrund eines geringeren Strömungswiderstands weniger Druckverlust im Ansaugrohr erzeugt.

Außerdem schützen die Seitenwände davor, dass Wassertropfen durch die an den Rändern des Schirmkörpers abgelöste Strömung oder als Querschläger in die Einlassöffnung der Luftmassensensoranordnung gelangen.

Die Strömungsabrisskante des Schirmkörpers liegt bezüglich der Strömungsrichtung der Luft im Ansaugrohr unterhalb der Einlassöffnung der Luftmassensensoranordnung, da diese möglichst vollständig abgeschirmt sein sollte. In besonders vorteilhafter Ausbildung der Erfindung liegt sie außerdem bezüglich der Strömungsrichtung hinter der Einlassöffnung, um zu verhindern, dass möglicherweise an der Abrisskante hochgerissene Wasserpartikel in die Einlassöffnung gelangen.

Der flügelförmige Schirmkörper ist an seinen vier Ecken mit Halterungen versehen, mittels derer er mit dem Ansaugrohr – in vorteilhafter Weise einstückig – verbunden ist. Es ist dabei aus fertigungstechnischen Gründen von besonderem Vorteil, wenn die vorderen und hinteren Halterungen zueinander seitlich versetzt sind, so dass beim Spritzgießen das Ansaugrohr mit dem Schirmkörper leicht entformt werden kann.

Die nahe bei der Luftmassensensoranordnung liegenden Halterungen des Schirmkörpers sind in vorteilhafter Weise zur Strömungsrichtung schräg angeordnet, so dass die Luftströmung hinter der Luftmassensensoranordnung wieder zusammengeführt wird.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung verlaufen die vorderen Halterungen an ihrer Hinterkante schräg zur Richtung der Luftströmung, so dass sich an der Halterung bildende Wassertropfen an dieser Hinterkante mit der Strömung weg von der Einlassöffnung laufen können und nicht abreißen und möglicherweise mit der Strömung zur Einlassöffnung geführt werden.

Die zum Schirmkörper hin orientierte Seite der Luftmassensensoranordnung weist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einen quer verlaufenden Steg oder eine Querrille auf, so dass das diese Sensoranordnungsseite treffende Wasser nicht zur Einlassöffnung laufen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Längsquerschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung gemäß 1 mit Blick in Strömungsrichtung und
3 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung gemäß 1 mit Blick gegen die Strömungsrichtung.
Das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt ein Ansaugrohr 1, in das eine Luftmassensensoranordnung 2 in radialer Richtung eingesteckt ist. Die Luftmassensensoranordnung 2 ist in ihren wesentlichen Teilen ähnlich aufgebaut wie aus der EP 0 908 704 A1 bekannt und braucht hier nicht im Detail beschrieben werden. Sie weist eine Einlassöffnung 3 und eine Auslassöffnung 4 auf. Der Strömungskanal 5 zwischen der Einlass- 3 und der Auslassöffnung 4 hat eine gekrümmte, im wesentlichen senkrecht zur – durch einen Pfeil 6 angedeuteten – Strömungsrich tung der Luft im Ansaugrohr 1 verlaufende Ausgestaltung, wie aus 1 zu sehen ist, so dass bereits durch diese Maßnahme ein Auftreffen von Wasserpartikeln auf die eigentlichen Sensorelemente (nicht dargestellt) reduziert ist.
Bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft im Ansaugrohr 1 vor der Einlassöffnung 3 ist ein Schirmkörper 7 angeordnet. Er ist derart bemessen, dass seine Projektion auf die Einlassöffnung 3 diese vollständig überdeckt. Er weist darüber hinaus in der Strömungsrichtung der Luft einen gekrümmten, flügelförmigen Verlauf bei nahezu konstanter Dicke auf. Durch diese Ausgestaltung des Schirmkörpers 7 werden mit der Ansaugluft mitgeführte Wasserpartikel davon abgehalten, in die Einlassöffnung 3 zu gelangen. Durch die flügelförmige und damit stromlinienförmige Ausgestaltung des Schirmkörpers 3 wird jedoch dafür gesorgt, dass der Luftstrom entlang des Schirmkörpers zur Einlassöffnung geführt wird ohne abzureißen; die Wasserpartikel fliegen aufgrund ihrer größeren Masse geradeaus weiter.
Die Anströmkante 8 des Schirmkörpers 7 ist im dargestellten Beispiel derart angeschrägt, dass sie mit dem Luftstrom einen spitzen Winkel bildet. Hierdurch kann sich der Luftstrom sauber anlegen und reißt nicht ab. Alternativ kann die Anströmkante 8 auch rund ausgebildet sein. Es ist ebenfalls nicht nötig, dass der Schirmkörper 7 eine konstante Dicke hat; er könnte auch im Bereich der Anströmkante 8 dicker sein, also insgesamt den Querschnitt eines Flugzeugflügels haben. Wesentlich ist, dass er eine Luftströmung zur Einlassöffnung 3 ermöglicht, die nicht abreißt.
Die Erzeugung dieser nicht-abreißenden Strömung wird zusätzlich durch die erfindungsgemäße Orientierung des Schirmkörpers 7 zur Luftmassensensoranordnung 2 verstärkt. Durch die Luftmassensensoranordnung 2 wird in deren Luftanströmbereich ein Überdruck erzeugt, der die anströmende Luft zusammen mit dem flügelförmigen Schirmkörper 7 zur Einlassöffnung 3 führt.
Der Schirmkörper 7 ist mit zwei vorderen Halterungen 9 und zwei hinteren Halterungen 10 mit dem Ansaugrohr 1 vorzugsweise einstückig verbunden. Die vorderen 9 und die hinteren Halterungen 10 sind seitlich zueinander versetzt angeordnet, so dass die Vorrichtung bei der Herstellung mittels Spritzgusstechnik leicht entformbar ist. Die hinteren Halterungen 10 sind schräg zur Ansaugrohrmitte hin ausgerichtet, so dass die Luftströmung hinter der Luftmassensensoranordnung 2 wieder zusammengeführt wird. Die Hinterkante 11 der vorderen Halterungen 9 verläuft schräg zur Luftstromrichtung 6 zum Ansaugrohr 1 hin, um sich dort bildende Wassertropfen von der Einlassöffnung 3 weg zu führen.
Die Abreißkante 12 des Schirmkörpers 7 ist unterhalb der Einlassöffnung 3 der Luftmassensensoranordnung 2 und vorzugsweise hinter dieser positioniert, so dass keine an dieser Kante 12 hochgewirbelten Wasserpartikel in die Einlassöffnung 3 gelangen können.
In der in den Figuren dargestellten vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind an den Rändern des Schirmkörpers 7 Seitenwände 13, 14 angeformt, die einen Abriss der Luftströmung an diesen Rändern oder das Eindringen von Wasserpartikelquerschlägern verhindern und somit einen schmäleren Schirmkörper 7, der einen geringeren Strömungswiderstand hat, ermöglichen. Die Seitenwände können sowohl an der Oberseite des Schirmkörpers 7 als obere Seitenwände 13 als auch an dessen Unterseite als untere Seitenwände 14 vorgesehen werden. Sie können über die gesamte Länge des Schirmkörpers 7 wie die oberen Seitenwände 13 als auch nur in einem Abschnitt wie die unteren Seitenwände 14 an die Ränder des Schirmkörpers 7 angeformt sein.
An der von der Luftströmung im Ansaugrohr 1 angeströmten Seite der Luftmassensensoranordnung 2 ist im in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel eine Querrille 15 angebracht.
Alternativ ist es genauso gut möglich, einen quer verlaufenden Steg vorzusehen. Diese Maßnahmen verhindern, dass Wasserpartikel, die auf diese Seite der Luftmassensensoranordnung 2 auftreffen, in die Einlassöffnung 3 gelangen.

Claims

Vorrichtung mit einem Luftansaugrohr (1) und einer darin in radialer Richtung eingesteckten Luftmassensensoranordnung (2), deren Einlassöffnung (3) senkrecht zur Luftströmungsrichtung (6) im Luftansaugrohr (1) orientiert ist, und mit einem die Einlassöffnung (3) verdeckenden Schirmkörper (7), dadurch gekennzeichnet, dass der flügelförmig ausgebildete Schirmkörper (7) eine nicht-abreißende Luftströmung zur Einlassöffnung (3) sicherstellt und seine quer zur Strömungsrichtung der über seine Oberfläche strömenden Luft verlaufende, im wesentlichen gradlinige Oberfläche senkrecht zur Einsteckrichtung der Luftmassensensoranordnung (2) orientiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirmkörper (7) in der Strömungsrichtung der über seine Oberfläche strömenden Luft einen gewölbten Verlauf hat.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen in Luftströmungsrichtung (6) der im Luftansaugrohr (1) strömenden Luft verlaufende Ränder des Schirmkörpers (7) mit Seitenwänden (13, 14) versehen sind, die die Ober- und/oder die Unterseite des Schirmkörpers (7) zur Vermeidung von Randwirbeln seitlich begrenzen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Luftströmungsrichtung (6) der im Luftansaugrohr (1) strömenden Luft hin orientierte Anströmkante (8) des Schirmkörpers (7) angeschrägt oder abgerundet ist, so dass sich die Luftströmung gut anlegen kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Luftströmungsrichtung (6) der im Luftansaugrohr (1) strömenden Luft orientierte Kante (12) des Schirmkörpers (7) unter der Einlassöffnung (3) der Luftmassensensoranordnung (2) und bezogen auf die Luftströmungsrichtung (6) hinter der Einlassöffnung (3) liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirmkörper (7) einstückig mit dem Luftansaugrohr (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirmkörper (7) an seinen vier Ecken Halterungen (9, 10) aufweist und die vorderen (9) und hinteren (10) Halterungen zueinander seitlich versetzt angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hinteren Halterungen (10) schräg zur Luftströmungsrichtung (6) angeordnet sind derart, dass die Luftströmung zur Ansaugrohrmitte geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen Halterungen (9) an ihrer Hinterkante (11) schräg zur Luftströmungsrichtung (6) zur Ansaugrohrwand hin verlaufen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass an der Luftanströmseite der Luftmassensensoranordnung (2) ein quer verlaufender Steg oder eine Querrille (15) vorgesehen ist.