DD136072B1 - Durchflussgeber, insbesondere fuer die kraftstoffdurchflussmessung an brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Durchflußgeber, vorzugsweise für die Messung des relativ geringen Kraftstoffdurchflusses von Vergaserkraftstoff oder Dieselkraftstoff von Otto-, Drehkolben- oder Dieselmotoren. Das Gebersystem erlaubt im Zusammenwirken mit einer Auswerteeinheit die Messung von Momentanwerten, Integralwerten und die Registrierung zur späteren Auswertung. Der Durchflußgeber kann außerdem zur Messung anderer strömender Medien, wie flüssige Kohlenwasserstoffe, Wasser und Gase, Verwendung finden. Er eignet sich insbesondere für die lineare Erfassung kleiner Durchflüsse, wobei dadurch die Auswertung digital und/oder analog auf einfache Weise möglich ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Durchflußgeber bekannt, die nach dem Turbinen-, Wäzkolben- oder Verdrängungskolbenprinzip oder als Zahnradzähler, mit Schwebekörper, Hitzfilmanemometer oder unter Ausnutzung elektrokinetischer Effekte arbeiten. Diesen Gebern, Gebersystemen oder ihrem Zusammenwirken mit der Auswerteeinheit haften, vor allem bei der Messung kleiner Durchflüsse, Mängel an, wie Anlauffehler, Nichtlinearität, Lageabhängigkeit, teils aufwendige Auswerteverfahren notwendig, was sie vor allem für die Kraftstoffverbrauchsmessung wenig geeignet macht. Es sind weiterhin Durchflußgeber bekannt, die für die Kraftstoffverbrauchsmessung zugeschnitten oder entwickelt wurden. In der DE-OS 2502599 ist ein Durchflußmesser offenbart, bei dem ein in einem Gehäuse drehbar angeordneter und der Dichte des zu messenden Mediums angepaßter, auf dem Umfang verzahnter Rotor berührungslos abgetastet wird. Die Eintrittsdüse und die Auffangdüse für den zu messenden Volumenstrom sind derart vorgesehen, daß deren Mittellinien parallel zueinander an den gegenüberliegenden Tangenten des Rotors verlaufen.

Aus dieser Anordnung der Düsen ergibt sich der Nachteil eines hohen Druckabfalles, der die Eignung dieses Meßprinzips bei Kfz. mit Fallkraftstoffzufuhr in Frage stellt. In das Gebersystem eingedrungene Luft-und/oder Gasblasen können schwer entweichen. Das in die auf den Rotorumfang aufgebrachten Sägezähne einströmende Medium kann zur Pulsation und/oder Turbulenz führen, was Anlauffehler und/oder unzureichende Linearität überden gesamten Arbeitsbereich zwischen Drehfrequenz des Rotors und zu messenden Volumenstromes und damit Meßfehler zur Folge hat.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung stellt sich das Ziel, einen Durchflußgeber, insbesondere für die Kraftstoffdurchflußmessung an

Brennkraftmaschinen zu schaffen, der auch an solchen Meßstellen einsetzbar ist, wo innerhalb des strömenden Mediums zwischen Erzeugerund Verbraucher eine geringe Druckdifferenz besteht, wie das beispielsweise bei Kfz mit Kraftstoffzufuhr aus dem Tank durch Schwerkraft (Fallkraftstoff) der Fall ist und durch Vermeidung zusätzlichertechnischer Mittel zur Kompensation von Anlauffehlern und/oder unzureichender Linearität zwischen der Drehfrequenz des Flügelrades und dem zu messenden Volumenstrom die Fertigungskosten des Meßgerätes zu minimieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die der Erfindung zugrundeliegende technische Aufgabenstellung besteht darin, innerhalb des Durchflußgebers den auftretenden Druckabfall sowie die Verwirbelungsneigung des strömenden Mediums zu verringern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein der Dichte des zu messenden Mediums angepaßtes Flügelrad, in bekannterWeise, in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Die Auffangdüse ist in Drehrichtung des Flügelrades gegenüber der Eintrittsdüse um 90° versetzt. Weiterhin erfolgt die Anordnung der beiden Düsen derart, daß deren Mittellinien durch den Mittelpunkt der Fläche gehen, die aus der Breite eines radial auf dem Flügelrad aufgebrachten rechteckigen Flügels und dem lichten Maß zwischen der

Flügeloberkante und dem Gehäuse gebildet ist. Diese Fläche entspricht gleichzeitig dem Querschnitt der Düsen. Für die Meßwertgewinnung sind bekannte Mittel vorgesehen, die das Flügelrad berührungslos· und rückwirkungslos abtasten und die gewonnenen elektrischen Impulse einer Anzeige- und/oder Auswerteeinheit zuführen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in Fig. 1 die Gestaltung des Flügelrades und in Fig. 2 die Anordnung der Düsen sowie die Lage des Nebenflußkanals. In Fig. 3 ist ein Schnitt durch das Gesamtsystem dargestellt.

Die mechanischen Teile des Durchflußgebers außer der Lagerung 12 sind vorteilhaft in Plastspritzguß ausgeführt.

Das Flügelrad 1 ist zweckmäßig mit einer Zapfenlagerung 12, die als Steinlagerung ausgebildet ist, versehen, die über Gewindestifte justierbar ist und einen Auswurf des Lagers mittels der Gewindestifte gestattet. Die die Lagerung 12 tragenden Scheiben 9 dienen gleichzeitig der Abdichtung des Systems. Sie werden mittels Schrauben an den Mittelring 8 gepreßt. In die Scheiben 9 sind Sichtlöcher 18 eingearbeitet, die über lichtdurchlässige Abdichtscheiben 19 die Kontrolle des Laufes des Flügelrades 1 zulassen. Als rückwirkungsfreie berührungslose Abtastung ist eine optoelektronische Abtastung vorgesehen. Diese besteht aus einer Lichtquelle 10 und einem Fotosensor 11. Die lichtdurchlässigen Abdichtscheiben 19 sind hier zweckmäßig als Glaslinsen ausgebildet und in die Scheiben 9 beim Spritzvorgang mit eingebettet. Es ist auch möglich, daß Scheiben 9 aus durchsichtigem Plast auszuführen, so daß die Sichtlöcher 18 und Abdichtscheiben 19 entfallen können. Die elektrischen Leitungen werden auf Lötstützpunkte 13 geführt, und überein abgeschirmtes Kabel 15 wird der Durchflußgeber mit der Informationsverarbeitungs- oder Anzeigeeinheit verbunden. Die Schutzkappen 16 verschließen das System staub- und wasserdicht. Der Anschluß des Systems erfolgt über den Eintrittsstutzen 20 und Austrittsstutzen 17 nach Fig. 2, wobei eine hinreichende Dichtheit durch Schlauchbinder herbeigeführt wird. Das der Dichte des zu messenden Mediums angepaßte Flügelrad 1 mit darauf radial angeordneten Rechteckflügeln 2 besitzt ebenfalls lichtdurchlässige Fenster 3. Die Anpassung des Flügelrades 1 an die Dichte des zu messenden Mediums bewirkt die schwimmende Anordnung im Gehäuse und damit eine Verringerung der Lagerreibung sowie eine Lageunabhängigkeit des Durchflußgebers. Dadurch werden der Anlauffehlerund der Verschleiß an der Lagerung vernachlässigbar klein. Gleichzeitig wird durch die berührungslose optoelektronische Abtastung ein Abbremsen des Flügelrades 1 vermieden und die gegenüber magnetischinduktiven Systemen auftretende Behinderung des freien Laufs des Flügelrades 1 infolge induzierter Rückwirkung und Ansammlung von Eisenteilchen ausgeschlossen. Die Eintrittsdüse 4 ist dergestalt angeordnet, daß die auf dem Flügelrad 1 befindlichen Flügel 2 tangential beaufschlagt werden. Die Lageder Auffangdüse 5 am Austritt ist gegenüber der Eintrittsdüse 4 um 90° in Drehrichtung versetzt, so daß das Medium für eine Viertelumdrehung über das Flügelrad 1 strömt. Der Querschnitt von Eintrittsdüse 4 und Auffangdüse 5 am Austritt ist gleich und entspricht der Fläche über dem Flügelrad 1 bis zur oberen Wandung des Mittelringes 8. Die Größe der Fläche bestimmt neben den weiteren geometrischen Abmessungen des Flügelrades und der Reynolds-Zahl die Größe des Proportionalitätsfaktors zwischen Durchfluß und entstehender Drehfrequenz des Flügelrades. Diese Anordnung führt zu einem linearen Zusammenhang zwischen Durchfluß und Drehfrequenz. Nach der Umwandlung der Drehfrequenz des Flügelrades mittels eines optoelektronischen Abtastsystems in ein frequenzanaloges Ausgangssignal wird dieses in eine digital- oder/und analogarbeitende Auswerteeinheit, im einfachsten Fall in ein Integrierglied mit proportional arbeitendem Meßwerk geleitet. Durch einen die Eintrittsbohrung und Austrittsbohrung verbindenden Kanal 6 und der Stellschraube 7 für den Feinabgleich kann erreicht werden, daß ein Teil des Mediums am Flügelrad 1 vorbeigeleitet wird und durch eine den Querschnitt vermindernde Stellschraube 7 ein stufenloser Feinabgleich ermöglicht und der zu betreibende Aufwand für die Kompensation von Toleranzen der Fertigung im Falle einer rein digitalen Auswerteeinheit niedriger wird. Die Zunahme des Anlauffehlers bleibt dabei noch in vertretbaren Grenzen, besonders wenn der Geber nicht im ersten Drittel des Arbeitsbereiches betrieben wird. Die Genauigkeit für das Meßsystem wird mit größerer Anzahl von lichtdurchlässigen Fenstern 3 im Flügelrad 1 für die optoelektronische Abtastung höher. Der Durchflußgeber kann in Verbindung mit seiner frequenzanalogen Informationsausgabe zur Messung des Durchflusses und bei Nachschalten einer analogen, digitalen oder beide Verfahren kombinierende

Informationsverarbeitungseinheit zur Messung des verbrauchten Kraftstoffvolumens dienen. Bei zusätzlichem Einsatz eines Gebers für die Geschwindigkeit am mobilen Fahrzeug kann eine Informationsverarbeitungseinheit den spezifischen Kraftstoffverbrauch bezogen auf 100km direkt anzeigen. Es sind weitere mit dem Durchfluß kombinierbare Messungen möglich, die insbesondere an stationären Anlagen notwendig sind. Hierzu gehören der Wirkungsgrad und der spezifische Kraftstoffverbrauch in g/kWh oder Ι/kWh. Damit läßt sich der Durchflußgeber bei ständiger Installation im Fahrzeug oder an stationären Anlagen zur Ermittlung des wirtschaftlichsten Betriebes einsetzen.

Claims (3)

1. Durchflußgeber, insbesondere für die Kraftstoffdurchflußmessung an Brennkraftmaschinen, mit einem der Dichte des zu messenden Mediums angepaßten, in einem Gehäuse drehbaren, berührungs- und rückwirkungslos abgetasteten Flügelrad, gekennzeichnet dadurch, daß die Düsen (4) und (5) eine Anordnung aufweisen, bei welcher deren Mittellinien mit der Mitte der aus der Breite des radial auf dem Flügelrad (1) aufgebrachten rechteckigen Flügels (2) und dem lichten Maß zwischen der Flügeloberkante und dem Mittelring (8) des Gehäuses gebildeten Fläche, die gleichzeitig dem Querschnitt der Düsen (4) und (5) entspricht, zusammenfallen und bei welcher bezogen auf die Drehrichtung des Flügelrades (1) die Auffangdüse (5) gegenüber der Eintrittsdüse (4) einen Versatz von 90° besitzt.

2. Durchflußgeber nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Eintrittsdüse (4) und die Auffangdüse (5) durch einen mittels Stellschraube (7) im Querschnitt variablen Nebenschlußkanal (6) verbunden sind.

Hierzu

3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Durchflußgeber, vorzugsweise für die Messung des relativ geringen KraftstoffdurchfIusses von Vergaserkraftstoff oder Dieselkraftstoff von Otto-, Drehkolben- oder Dieselmotoren. Das Gebersystem erlaubt im Zusammenwirken mit einer Auswerteeinheit die Messung von Momentanwerten, Integralwerten und die Registrierung zur späteren Auswertung. Der Durchflußgeber kann außerdem zur Messung anderer strömender Medien, wie flüssige Kohlenwasserstoffe, Wasser und Gase, Verwendung finden. Er eignet sich insbesondere für die lineare Erfassung kleiner Durchflüsse, wobei dadurch die Auswertung digital und/oder analog auf einfache Weise möglich ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Durchflußgeber bekannt, die nach dem Turbinen-, Wäzkolben- oder Verdrängungskolbenprinzip oder als Zahnradzähler, mit Schwebekörper, Hitzfilmanemometer oder unter Ausnutzung elektrokinetischer Effekte arbeiten. Diesen Gebern, Gebersystemen oder ihrem Zusammenwirken mit der Auswerteeinheit haften, vor allem bei der Messung kleiner Durchflüsse, Mängel an, wie Anlauffehler, Nichtlinearität, Lageabhängigkeit, teils aufwendige Auswerteverfahren notwendig, was sie vor allem für die Kraftstoffverbrauchsmessung wenig geeignet macht. Es sind weiterhin Durchflußgeber bekannt, die für die Kraftstoffverbrauchsmessung zugeschnitten oder entwickelt wurden. In der DE-OS 2502599 ist ein Durchflußmesser offenbart, bei dem ein in einem Gehäuse drehbar angeordneter und der Dichte des zu messenden Mediums angepaßter, auf dem Umfang verzahnter Rotor berührungslos abgetastet wird. Die Eintrittsdüse und die Auffangdüse für den zu messenden Volumenstrom sind derart vorgesehen, daß deren Mittellinien parallel zueinander an den gegenüberliegenden Tangenten des Rotors verlaufen.

Aus dieser Anordnung der Düsen ergibt sich der Nachteil eines hohen Druckabfalles, der die Eignung dieses Meßprinzips bei Kfz. mit Fallkraftstoffzufuhr in Frage stellt. In das Gebersystem eingedrungene Luft- und/oder Gasblasen können schwer entweichen. Das in die auf den Rotorumfang aufgebrachten Sägezähne einströmende Medium kann zur Pulsation und/oder Turbulenz führen, was Anlauffehler und/oder unzureichende Linearität über den gesamten Arbeitsbereich zwischen Drehfrequenz des Rotors und zu messenden Volumenstromes und damit Meßfehler zur Folge hat.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung stellt sich das Ziel, einen Durchflußgeber, insbesondere für die Kraftstoffdurchflußmessung an Brennkraftmaschinen zu schaffen, der auch an solchen Meßstellen einsetzbar ist, wo innerhalb des strömenden Mediums zwischen Erzeuger und Verbraucher eine geringe Druckdifferenz besteht, wie das beispielsweise bei Kfz mit Kraftstoffzufuhr aus dem Tank durch Schwerkraft (Fa11kraftstoff) der Fall ist und durch Vermeidung zusätzlichertechnischer Mittel zur Kompensation von Anlauffehlern und/oder unzureichender Linearität zwischen der Drehfrequenz des Flügelrades und dem zu messenden Volumenstrom die Fertigungskosten des Meßgerätes zu minimieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die der Erfindung zugrundeliegende technische Aufgabenstellung besteht darin, innerhalb des Durchflußgebers den auftretenden Druckabfall sowie die Verwirbelungsneigung des strömenden Mediums zu verringern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein der Dichte des zu messenden Mediums angepaßtes Flügelrad, in bekannter Weise, in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Die Auffangdüse ist in Drehrichtung des Flügelrades gegenüber der Eintrittsdüse um 90° versetzt. Weiterhin erfolgt die Anordnung der beiden Düsen derart, daß deren Mittellinien durch den Mittelpunkt der Fläche gehen, die aus der Breite eines radial auf dem Flügelrad aufgebrachten rechteckigen Flügels und dem lichten Maß zwischen der

Flügeloberkante und dem Gehäuse gebildet ist. Diese Fläche entspricht gleichzeitig dem Querschnitt der Düsen. Für die Meßwertgewinnung sind bekannte Mittel vorgesehen, die das Flügelrad berührungslos- und rückwirkungslos abtasten und die gewonnenen elektrischen Impulse einer Anzeige- und/oder Auswerteeinheit zuführen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in Fig. 1 die Gestaltung des Flügelrades und in Fig. 2 die Anordnung der Düsen sowie die Lage des Nebenflußkanals. In Fig. 3 ist ein Schnitt durch das Gesamtsystem dargestellt.

Die mechanischen Teile des Durchflußgebers außer der Lagerung 12 sind vorteilhaft in Plastspritzguß ausgeführt. Das Flügelrad 1 ist zweckmäßig mit einer Zapfenlagerung 12, die als Steinlagerung ausgebildet ist, versehen, die über Gewindestifte justierbar ist und einen Auswurf des Lagers mittels der Gewindestifte gestattet. Die die Lagerung 12 tragenden Scheiben 9 dienen gleichzeitig der Abdichtung des Systems. Sie werden mittels Schrauben an den Mittelring 8 gepreßt. In die Scheiben 9 sind Sichtlöcher 18 eingearbeitet, die über lichtdurchlässige Abdichtscheiben 19 die Kontrolle des Laufes des Flügelrades 1 zulassen. Als rückwirkungsfreie berührungslose Abtastung ist eine optoelektronische Abtastung vorgesehen. Diese besteht aus einer Lichtquelle 10 und einem Fotosensor 11. Die lichtdurchlässigen Abdichtscheiben 19 sind hier zweckmäßig als Glaslinsen ausgebildet und in die Scheiben 9 beim Spritzvorgang mit eingebettet. Es ist auch möglich, daß Scheiben 9 aus durchsichtigem Plast auszuführen, so daß die Sichtlöcher 18 und Abdichtscheiben 19 entfallen können. Die elektrischen Leitungen werden auf Lötstützpunkte 13 geführt, und über ein abgeschirmtes Kabel 15 wird der Durchflußgeber mit der Informationsverarbeitungs- oder Anzeigeeinheit verbunden. Die Schutzkappen 16 verschließen das System staub- und wasserdicht. Der Anschluß des Systems erfolgt über den Eintrittsstutzen 20 und Austrittsstutzen 17 nach Fig. 2, wobei eine hinreichende Dichtheit durch Schlauchbinder herbeigeführt wird. Das der Dichte des zu messenden Mediums angepaßte Flügelrad 1 mit darauf radial angeordneten Rechteckflügeln 2 besitzt ebenfalls lichtdurchlässige Fenster 3. Die Anpassung des Flügelrades 1 an die Dichte des zu messenden Mediums bewirkt die schwimmende Anordnung im Gehäuse und damit eine Verringerung der Lagerreibung sowie eine Lageunabhängigkeit des Durchflußgebers. Dadurch werden der Anlauffehler und der Verschleiß an der Lagerung vernachlässigbar klein. Gleichzeitig wird durch die berührungslose optoelektronische Abtastung ein Abbremsen des Flügelrades 1 vermieden und die gegenüber magnetischinduktiven Systemen auftretende Behinderung des freien Laufs des Flügelrades 1 infolge induzierter Rückwirkung und Ansammlung von Eisenteilchen ausgeschlossen. Die Eintrittsdüse 4 ist dergestalt angeordnet, daß die auf dem Flügelrad 1 befindlichen Flügel 2 tangential beaufschlagt werden. Die LagederAuffangdüseöam Austritt ist gegenüber der Eintrittsdüse 4 um 90° in Drehrichtung versetzt, so daß das Medium für eine Viertelumdrehung über das Flügelrad 1 strömt. Der Querschnitt von Eintrittsdüse 4 und Auffangdüse 5 am Austritt ist gleich und entspricht der Fläche über dem Flügelrad 1 bis zur oberen Wandung des Mittelringes 8. Die Größe der Fläche bestimmt neben den weiteren geometrischen Abmessungen des Flügelrades und der Reynolds-Zahl die Größe des Proportionalitätsfaktors zwischen Durchfluß und entstehender Drehfrequenz des Flügelrades. Diese Anordnung führt zu einem linearen Zusammenhang zwischen Durchfluß und Drehfrequenz. Nach der Umwandlung der Drehfrequenz des Flügelrades mittels eines Optoelektronischen Abtastsystems in ein frequenzanaloges Ausgangssignal wird dieses in eine digital- oder/und analogarbeitende Auswerteeinheit, im einfachsten Fall in ein Integrierglied mit proportional arbeitendem Meßwerk geleitet. Durch einen die Eintrittsbohrung und Austrittsbohrung verbindenden Kanal 6 und der Stellschraube 7 für den Feinabgleich kann erreicht werden, daß ein Teil des Mediums am Flügelrad 1 vorbeigeleitet wird und durch eine den Querschnitt vermindernde Stellschraube 7 ein stufenloser Feinabgleich ermöglicht und der zu betreibende Aufwand für die Kompensation von Toleranzen der Fertigung im Falle einer rein digitalen Auswerteeinheit niedriger wird. Die Zunahme des Anlauffehlers bleibt dabei noch in vertretbaren Grenzen, besonders wenn der Geber nicht im ersten Drittel des Arbeitsbereiches betrieben wird. Die Genauigkeit für das Meßsystem wird mit größerer Anzahl von lichtdurchlässigen Fenstern 3 im Flügelrad 1 für die optoelektronische Abtastung höher. Der Durchflußgeber kann in Verbindung mit seiner frequenzanalogen Informationsausgabe zur Messung des Durchflusses und bei Nachschalten einer analogen, digitalen oder beide Verfahren kombinierende Informationsverarbeitungseinheit zur Messung des verbrauchten Kraftstoffvolumens dienen. Bei zusätzlichem Einsatz eines Gebers für die Geschwindigkeit am mobilen Fahrzeug kann eine Informationsverarbeitungseinheit den spezifischen Kraftstoffverbrauch bezogen auf 100km direkt anzeigen. Es sind weitere mit dem Durchfluß kombinierbare Messungen möglich, die insbesondere an stationären Anlagen notwendig sind. Hierzu gehören der Wirkungsgrad und der spezifische Kraftstoffverbrauch in g/kWh oder l/kWh. Damit läßt sich der Durchflußgeber bei ständiger Installation im Fahrzeug oder an stationären Anlagen zur Ermittlung des wirtschaftlichsten Betriebes einsetzen.