DE2900220A1 - Vorrichtung zur messung der masse eines stroemenden mediums - Google Patents

Vorrichtung zur messung der masse eines stroemenden mediums

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DE2900220A1 DE19792900220 DE2900220A DE2900220A1 DE 2900220 A1 DE2900220 A1 DE 2900220A1 DE 19792900220 DE19792900220 DE 19792900220 DE 2900220 A DE2900220 A DE 2900220A DE 2900220 A1 DE2900220 A1 DE 2900220A1
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Description

12.12.1978 Kh/Ht
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums bekannt, bei der als temperaturabhängiger Widerstand eine Widerstandsschicht verwendet wird, die auf einem Träger aufgebracht ist. Bei ihrer Verwendung, wird die Vorrichtung auch in einem Rey- ■ noldszahlenbereich benutzt, in dem eine sehr instabile, laminare Strömung vorherrscht. Dabei treten laufend laminare Strömungsablösungen auf, die die Wärmeübergangs zahl und damit das Meßsignal der Vorrichtung ändern. Ein stark schwankendes Meßsignal ist jedoch zu Reglungszwecken ungeeignet.
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Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Anordnung der temperaturabhängigen Widerstandsschicht in einem Bereich stabilisierter Strömung ein ruhiges und möglichst genaues Meßsignal· erhaben wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, die temperaturabhängige Widerstandsschicht in einen Bereich einer düsenartigen Verengung anzubringen in dem in Strömungsrichtung eine stetige Druckabnahme gewährleistet ist.
Vorteilhaft ist ebenfalls die Anordnung der tempera.türabhängigen Widerstandsschicht in mindestens einem engen Spalt mit einer laminaren Spaltströmung.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipschaltung für eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums mit einem temperaturabhängigen Widerstand, Figur 2 bis 4 je eine Anordnung einer temperaturabhängigen Widerstandsschicht in einer düsenartigen Verengung' eines Strömungsquerschnittes, Figur 5 und 6 je eine Anordnung ei-
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ner temperaturabhangigen Widerstandsschicht in mindestens einem Spalt mit laminarer Spaltströmung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist mit 1 ein Ansaugrohr einer im übrigen nicht dargestellten 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 Strömungsgeschwindigkeit,, d-.h. die pro Zeiteinheit angesaugte Luftmenge zu, so kühlt sich der temperaturabhängige Widerstand 3 stärker ab. Diese Abkühlung wird an den Eingang des R'eglers 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 temperaturabhängigen 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 Zumeßkreis 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
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beiden festen Widerständen 5 und 6 aufgebauter zweiter Brükkenzweig parallel geschaltet ist. Zwischen den Widerständen 3 und 4 befindet sich der Abgriffspunkt 7 und zwischen den Widerständen 5 und 6 der Abgriffspunkt 8. Die beiden Brükkenzweige sind in den Punkten 9 und 10 parallel geschaltet. Die zwischen den Punkten 7 und 8 auftretende Diagonalspannung der Brücke ist dem Eingang eines Verstärkers 11 zugeleitet, 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 Ug bezeichnete Ausgangsgröße ist zwischen den Klemmen 12 und 13 abnehmbar, wie in der Figur angedeutet.-Die Stellgröße Ug steuert die Zumessung des für die angesaugte Luft erforderlichen Kraftstoffes in einem nicht dargestellten Kraftstoffzumeßkreis der Brennkraftmaschine. 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 Brückenschaltung. 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 regelt die Brückenspeisespannung bzw. den Brückenstrom auf einen Wert", für den die Brücke wieder abgeglichen oder in vorgegebener Weise verstimmt ist. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 11, die Steuerspannung U3, stellt ebenso wie der Strom im temperaturabhängigen Widerstand 3 ein Maß für die angesaugte Luftmenge dar.
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Zur Kompensation des Einflusses der Temperatur der Ansaugluft auf das Meßergebnis kann es zweckmäßig sein, einen von der Ansaugluft umströmten zweiten Widerstand Γ4 in den zweiten Brückenzweig zu schalten. Dabei ist die Größe der Widerstände 5, 6 und 14 so zu wählen, daß die Verlustleistung des temperaturabhängigen Widerstandes Ik, 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 Figur 2 dargestellt ist, kann der temperaturabhängige Widerstand 3 als Widerstandsschicht ausgebildet sein, die nach einem bekannten Verfahren auf einem Träger 17 aufgebracht ist. Ist der Träger 17 aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet, so ist zwischen der Widerstandsschicht 3 und dem Träger 17 eine Isolierschicht vorgesehen. In dem Strömungsquerschnitt 1 ist ein Düsenkörper 18 angeordnet, der nicht den gesamten Strömungsquerschnitt begrenzen muß, sondern auch, wie in Figur 5 dargestellt ist, nur einen Teil der Mediumströmung erfassen kann. Stromaufwärts des engsten Querschnittes 19 des Düsenkörpers 18 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 der Träger 17 mit der temperaturabhängigen Widerstandsschicht 3 angeordnet. Der Träger ist beispielsweise linsenförmig ausgebildet und zwar derart, daß sich zwischen der Wand 20 der düsenartigen Verengung des Düsenkörpers 18 und dem Träger 17 ein in Strömungsrichtung sich stetig verengender Strömungsquerschnitt ergibt. Der somit bis zum engsten Querschnitt 19 in Strömungsrichtung stetig abnehmende Druck hat zur Folge, daß das Grenzschicht-
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Uj
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profil 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, wodurch es zu laminaren Ablösungen kommt, die zeitlich und örtlich regellos 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 Vorrichtung erzielbar ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ergeben sich die gleichen Verhältnisse, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 der düsenartige Verlauf des Strömungsquerschnittes durch gewölbte Wände 20 des Düsenkörpers 18 gebildet wird, weist der Düsenkörper 18 nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 geradlinig verlaufende Wände 20 auf. Der Träger 17 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 derart dreieckförmig 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 verengender Querschnitt ergibt, also der Druck in Strömungsrichtung abnimmt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist die temperaturabhängige Widerstandsschicht 3 direkt auf die Wand 20 stromaufwärts des engsten Querschnittes 19 der düsenartigen Verengung des Düsenkörpers 18 aufgebracht. Der Düsenkörper 18 dient also gleichzeitig als Träger der Widerstandsschicht 3·
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/IO
R· 5206
Durch die ausschließlich- stromaufwärts gerichtete Anordnung der temperaturabhängigen Widerstandsschicht 3 am Düsenkörper 18 wird aufgrund der stetigen Druckabnahme verhindert, daß Strömungsablösungen auftreten.
Bei Änderung der Strömungsgeschwindigkeit und damit verbundener Änderung der Wärmeübergangszahl ändert sich im Düsenkörper 18 die Temperaturverteilung. Die Zeit, die bis zum Erreichen des neuen Zustandes verstreicht, hängt von.der Wärmekapazität des Düsenkörpers 18 ab. Durch geeignete Wahl der Masse und der Oberfläche des Düsenkörpers 18 kann eine gewünschte Dämpfung des Meßsignals der Vorrichtung zur Messung der Masse des strömenden Mediums vorher bestimmt werden.
Weitere Möglichkeiten der Strömungsstabilisierung zeigen&ie Ausführungsbeispiele nach den Figuren 5 und 6. In Figur ist in dem Strömungsquerschnitt 1 über einen Steg 22 ein Spaltkörper 23 mit möglichst geringem Strömungswiderstand angeordnet, der einen in Strömungsrichtung verlaufenden, zur Strömung parallelen engen Spalt 24 aufweist, in dem eine laminare Spaltströmung ohne Ablösungen herrscht. Der allseitig mit der temperaturabhängigen Widerstandsschicht 3 beschichtete Träger 17 kann plattenförmig ausgebildet derart in dem Spalt 24 angordnet sein, daß sich beiderseits des Trägers 17 Teilspalte 25 und 26 ergeben, in denen jeweils eine laminare Spaltströmung herrscht.
Beim dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls ein Spaltkörper 23 mit einem eine laminare Spaltströmung bewirkenden Spalt 24 vorgesehen, jedoch ist hier-
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bei die temperaturabhängige Widerstandsschicht 3 auf der dem Spalt 24 begrenzenden Oberfläche des Spaltkörpers 23 aufgebracht, so daß der Spaltkörper 23 gleichzeitig als Träger der temperaturabhängigen Widerstandsschicht 3 dient.
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Claims (8)

  1. p.. 5 2 0 6
    12.12.1978 Kh/Ht
    ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart
    Ansprüche
    (' 1Λ Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem in der Strömung des Mediums angeordneten, als Schicht auf einem Träger aufgebrachten, temperaturabhängigen Widerstand, 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 zur Erzielung eines möglichst genauen Meßsignals die temperaturabhängige Widerstandsschicht (3) in einem Bereich (18, 24) stabilisierter Strömung im Strömungsquersctinitt (1) angeordnet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Strömung in einem Bereich des Strömungsquerschnittes (1) eine düsenartige Verengung (18) dient.
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  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Widerstaridsschicht (3) stromaufwärts des engsten Querschnittes (19) der düsenartigen Verengung angeordnet ist.
  4. h. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (17) mit der temperaturabhängigen Widerstandsschicht (3) stromaufwärts des engsten Querschnittes (19) der düsenartigen Verengung angeordnet und so ausgebildet ist, daß sich zwischen der Wand (20) der düsenartigen Verengung und dem Träger (17) ein sich in Strömungsrichtung stetig verengender Querschnitt ergibt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Widerstandsschicht (3) auf der sich düsenartig verengenden Oberfläche (20) des die düsenartige Verengung bildenden Düsenkörpers (18) aufgebracht ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Strömung in einem Bereich des Strömungsquerschnittes (1) mindestens ein eine laminare Spaltströnung bewirkender, zur Strömung paralleler Spalt dient.
    U3CQ29/0221
    2800220
    - 3 - R. <·Γ C- J Ü
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (17) mit der temperaturabhängigen Widerstandsschicht (3) innerhalb des Spaltes (24) angeordnet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (24) durch einen im Strömungsquerschnitt (1) angeordneten Spaltkörper (23) gebildet wird und die temperaturabhängige Widerstandsschicht (3) auf der den Spalt (24) begrenzenden Oberfläche des Spaltkörpers (23) aufgebracht ist.
    030020/0221 "
    ORIGINAL INSPECTED
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