Beschreibung

Verfahren zur Luftmassenmessung und Luftmassensensor

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Luftmassenmessung und einen Luftmassensensor.

In bekannter Weise wird in Verbrennungskraftmaschinen ein Luft-Treibstoffgemisch unter Verdichtung zur Verbrennung gebracht. Die Leistungsabgabe der Verbrennungskraftmaschine hängt vom Verhältnis von Treibstoffmasse zu Luftmasse ab. Die Messung einer jeweiligen Luftmasse wird mit einem Luftmassensensor durchgeführt, der im Ansaugtrakt der Verbrennungs- kraftmaschine sitzt. Aufgrund der hohen wirtschaftlichen Bedeutung des Kraftfahrzeugbereiches wird nachfolgend ohne Beschränkung der Verwendung erfindungsgemäßer und allgemein einsetzbarer Strömungssensoren nur auf die Anwendung zur Bestimmung einer angesaugten oder in sonstiger Weise einer Verbrennungskraftmaschine zugeführten Luftmasse eingegangen.

Zahlreiche moderne Verbrennungskraftmaschinen sind heute mit einem Abgas-Turbolader ausgestattet, welcher eine Vorverdichtung der Luftmasse bewirkt. Wurde bereits zu Beginn der Ent- wicklung von Verbrennungskraftmaschinen der Versuch einer

Vorkompression der einer Verbrennungskraftmaschine zuzuführenden Luft mit dem Ziel einer Erhöhung der Motorleistung durch Erhöhung des Luftmengen- und Kraftstoffdurchsatzes pro Arbeitstakt durchgeführt, so wird heute die Aufladung von Ot- to-Verbren-nungskraftmaschinen nicht mehr primär unter dem

Leistungsaspekt gesehen, sondern als Möglichkeit zur Einsparung von Kraftstoff und zur Minderung von Schadstoffen. Dabei wird in bekannter Weise einem jeweiligen Abgasstrom Energie zur Vorverdichtung des Luftmassenstromes durch eine im Abgas- ström laufende Turbine mit daran mechanisch gekoppeltem

Frischluft-Verdichter entzogen, so dass beispielsweise ein Dieselmotor nun nicht mehr als Saugmotor, sondern als aufgeladener Motor mit Ladeluftdrücken von bis zu 1,5 bar oder gar

2,5 bar bei deutlicher Leistungssteigerung und reduziertem Schadstoffausstoß arbeitet. Hierzu ist selbstverständlich einer jeweiligen Treibstoffmasse eine Luftmasse in einem vorgegebenen Verhältnis zuzugeben, so dass einem Luftmassensensor eine wesentliche Bedeutung bei der Wirtschaftlichkeit und

Schadstoffreduktion einer Verbrennungskraftmaschine zukommt.

Da es bei dem chemischen Vorgang der Verbrennung in jedem Betriebszustand einer Verbrennungskraftmaschine auf die Massen- Verhältnisse von Kraftstoff und Luft ankommt, ist der Massen- durchfluss der Ansaug-/Ladeluft auch fortlaufend möglichst genau zu messen. Der maximal zu messende Luftmassenstrom liegt je nach Motorleistung der Verbrennungskraftmaschine im Bereich von 400 bis ca. 1000 kg/h. Aufgrund des niedrigen Leerlaufbedarfes moderner Verbrennungskraftmaschinen beträgt das Verhältnis eines minimalen zu einem maximalen Luftdurchsatz zwischen 1 : 90 bis etwa 1 : 100.

Ein Luftmassensensor kann als Massenstromsensor nach einem thermischen Prinzip arbeiten, wobei eine Abgabe von Wärmeleistung eines durch den Fluss elektrischen Stroms erhitzten Sensormessdrahtes im Vergleich zu einem thermisch isolierten baugleichen Sensordraht über eine Widerstandbrückenschaltung als Maß für eine jeweilige Durchflussmenge ausgewertet wird.

Ein alternativer Ansatz, der gegenüber der elektro- thermischen Messung deutlich an elektrischer Energie einspart, ist allgemein in dem Aufsatz "Durchflussmesstechnik - Eine übersicht", in der Fachzeitschrift "Technisches Messen tm", 1979, Heft 4, Seiten 145 - 149, beschrieben worden. Dazu ist es bekannt, eine Durchflussmessung auf Basis des sog. Verwehungsprinzips unter Verwendung eines sendenden und eines empfangenden Ultraschallmesskopfs aufzubauen. Die beiden Ultraschallmessköpfe dienen dabei einer als Sender und einer als Empfänger und benötigen vor einer Signalauswertung eine entsprechende Sende-/Empfangseinrichtung .

Ferner ist aus dem Kraftfahrtechnischen Taschenbuch/Bosch, 23., aktualisierte und erweitere Auflage, Verlag Vieweg, 1999, ISBN 3-528-03876-4, Seite 115, ein Verfahren zur Ultraschall-Durchflussmessung bekannt, nach dem sich eine Laufzeit t eines Schallimpulses durch ein Messmedium, wie zum Beispiel Luft, unter dem Schrägungswinkel α mit derselben Messstrecke 1 einmal gegen eine Luftströmung und einmal in Luftströmungsrichtung messen lässt. Eine resultierende Laufzeitdifferenz des Schallimpulses ist dem Volumendurchfluss direkt proporti- onal.

Um die Luftströmung möglichst wenig zu beeinflussen und auch den Bauraum gegenüber anderen bekannten Anordnungen zu minimieren, werden die Ultraschallwandler in bekannten Anordnun- gen koaxial und schräg gegenüberliegend angeordnet, wie z.B. in der DE 33 31 519 C2 offenbart. Dies führt jedoch bei steigendem Anstellwinkel der Wandler zur Horizontalen zu einer Verringerung des Messeffekts. Daraus ergibt sich ein Kompro- miss aus einer vom Winkel der Wandler zur Horizontalen abhän- gigen Einbaulänge und dem Messeffekt der Anordnung. Die schräg ge-genüberliegende Anordnung der Wandler bietet den Vorteil der Mittelung der Verwehung über eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des gesamten Rohrquerschnitts.

Nach dem Stand der Technik wird die Durchflussmessung mittels Ultraschallwandlern realisiert, indem zwei koaxial ausgerichtete Wandler an den Rohrwänden schräg gegenüber angeordnet werden. Da der eine Wandler auf der einen Seite, und der andere Wandler auf der gegenüberliegenden Seite des Rohres an- gebracht ist, sind unterschiedlich lange Kabel von der Elektronik zu den Wandlern nötig. Die dabei auftretenden Kabellängen zwischen der Ansteuerelektronik und den jeweiligen Ultraschallwandlern führt zu zusätzlichen Laufzeitunterschieden der Empfangssignale. Außerdem besteht in diesen Kabeln die Gefahr von elektrischen bzw. elektromagnetischen Einstreuungen, welche das Messergebnis zusätzlich verfälschen.

Rein auf einer Signaldrift aufbauend, die durch die Verwehung des Schalls durch die Fluidströmung auftritt, sind beispielsweise in der DE 103 44 895 Al ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung mittels Ultraschall offenbart worden. Hierbei werden Schallimpulse von einem Ultraschallsender zu einem Ultraschallempfänger übertragen, die gemeinsam als Wandlerarray ausgebildet und parallel ausgerichtet in einer Rohrwandung angeordnet sind. Die Schallwellen durchlaufen den gesamten Rohrquerschnitt bei Reflexion an der gegenüberliegenden Rohrwandung zweimal. Die von einem

Senderteil des Wandlerarrays ausgesandte Schallkeule ist zudem so gebündelt, dass sie auf dem Empfängerbereich des Ar- rays im Wesentlichen in einem Punkt fokussiert wird. In Abhängigkeit von einer jeweiligen typischen mittleren Strö- mungsgeschwindigkeit ab ca. 0,5 m/s bis etwa 50 m/s treten unterschiedlich weite Verwehungen auf, die durch eine Aufteilung des Empfängerbereichs in einzelne kleine Empfangszellen des Arrays detektiert werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein preiswertes sowie zuverlässig arbeitendes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchflussmessung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen An- sprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

In einem erfindungsgemäß aufgebauten Luftmassensensor sind die Ultraschallwandler unter einem geringen Abstand und im Wesentlichen parallel zueinander in einem Winkel schräg zur Rohrmittenachse im Bereich der Rohrwand angeordnet. Die Schallwandler sind dabei vorzugsweise zum paarweise wechselnden Betrieb als Sender und Empfänger ausgebildet. Ein System mit mindestens einem Schallreflektor bzw. Spiegel reflektiert die von dem jeweiligen Sendewandler ausgesandte Ultraschallwelle zu dem als Empfangswandler benutzten zweiten Wandler. Ein Teil des übertragungsweges der Ultraschallwelle wird dabei in einem Rohr geführt und damit zu einem wesentlichen

Teil dem Einfluss des strömenden Mediums entzogen. In einer Laufrichtung im Betrieb der beschriebenen Anordnung ist die Ultraschallwelle von dem Spiegelsystem zu dem Empfangswandler dabei durch ein koaxial zur Achse des Empfangswandlers lie- gendes Rohr weitgehend von dem fließenden Medium abgeschirmt. In umgekehrter Signalrichtung ist dann die Ultraschallwelle auf ihrem Weg vom Sendewandler zum Spiegelsystem hin durch das Rohr abgeschirmt. Damit ist im Wesentlichen nur ein verbleibender übertragungsweg der Ultraschallwelle noch dem Einfluss des strömenden Mediums ausgesetzt.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Rohr über einem der beiden Schallwandler angeordnet. Das Rohr erstreckt sich entlang eines Teils des übertragungsweges der Ultra- Schallwellen. Bei einer Erstrechung bis zu dem System zur Spiegelung bzw. Reflektion ist damit fast die Hälfte des Schallweges dem Einfluss des fließenden Mediums entzogen.

Das System zur Spiegelung bzw. Reflektion umfasst vorzugswei- se zwei Reflektoren. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Spiegelsystem in einem mittleren Rohrbereich bzw. in einem Bereich der Rohrmittenachse angeordnet. Durch dieses Spiegelsystem wird der übertragungsweg der Ultraschallwelle von einem jeweiligen Sender zu einem jeweiligen Empfänger verkürzt. Hierdurch wird eines Verwehung des Ultraschallsignals begrenzt. Zugleich wird jedoch vorteilhafterweise ein Messergebnis durch Verlängerung bzw. Verkürzung einer Signallaufzeit je nach Orientierung zur Strömung des Fluids maxi- miert. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Spie- gelsystem aus mindestens zwei Spiegeln oder Teil-Reflektoren einstückig zusammengesetzt, wobei beispielsweise durch eine entsprechende Formgebung und Anordnung innerhalb des Ansaugrohres ein Strömungswiderstand gemindert wird.

Aufgrund der Geschwindigkeitsverteilung innerhalb des Rohres lassen sich grob zwei Strömungsbereiche unterscheiden: Eine Randströmung, die begrenzt auf dem Bereich der Rohrwand ist, und eine Mittenströmung, die den Bereich eines Rohrquer-

Schnitts füllt. Von der Rohrwand mit der Grenzflächenbedingung v = 0 steigt die Strömungsgeschwindigkeit im Randbereich stark an. Am stärksten und fast überall gleich groß ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Mittenströmung. Erfindungsge- maß wird ein Durchlaufen der Randströmung zur Bildung einer Art von Mittelwert der Strömungsgeschwindigkeit genutzt. Durch die vorstehend beschriebene Anordnung ist eine Mittelung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung über den Rohrquerschnitt, wie sie nach dem Stand der Technik vorgenommen wird, nur eingeschränkt möglich. Um die Zuverlässigkeit der

Messergebnisse zu steigern, wird in einer Ausführungsform der Erfindung eine rechnerische Kompensation über Kennwertfelder und/oder Eichung verwendet.

Erfindungsgemäß wird auch ohne Schaffung eines langen, aufwändigen und entsprechend kostspieligen Wandler-Arrays gemäß der Lehre der DE 103 44 895 Al eine kompakte Sensor-Bauform mit nahezu identisch kurzen Signalleitungen realisiert. Ein Laufzeitunterschied über den Schallausbreitungsweg wird so auch bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten bei im Wesentlichen ortsfester Hauptkeule im Bereich eines jeweiligen Empfängerwandlers bestimmt. Bei bekannten Systemen kann dahingegen gerade bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten die Hauptkeule des Messschalls durch räumlichen Versatz bzw. Ver- wehung außerhalb eines Empfangswandlers liegen. Je weiter die Hauptkeule außerhalb des Empfangswandlers liegt, desto schwächer und damit störungsanfälliger und unzuverlässiger ist ein jeweiliges Messergebnis.

Vorzugweise wird eine Größe des Einflusses der Fluidströmung auf das Messsignal über den Winkel der Schrägstellung der Wandlerachsen und den Abstand des Reflektors oder der Spiegel von dem Ende des Schutzrohres eingerichtet. Der Reflektor bzw. die eventuell weiteren Schall-Reflexionsflächen sind an diese durch den Schrägstellungswinkel wesentlich vorgegebene Geometrie nach den grundlegenden Gesetzen der Optik anzupassen. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden sie daher auch als Spiegel bezeichnet, wenngleich sie im Bereich des

sichtbaren Lichtes optisch nicht als Spiegel wirken müssen. Es muss lediglich die Bedingung erfüllt sein, wonach Einfallswinkel und Ausfallswinkel gleich groß sind, wobei jedoch auch eine Korrektur einer Verwehung bei Auslegung eines Re- flexionswinkels berücksichtigt werden kann. Weiter sollte eine Bedämpfung des Ultraschallsignals durch den Reflektor möglichst gering sein.

Bei einem fortlaufend paarweise durchgeführten Wechsel von Sende- und Empfangsaufgaben der beiden Wandler werden so in einstellbar kurzen zeitlichen Abständen jeweils Vergleiche der Laufzeiten in den beiden Signalrichtungen in einer Elektronik ausgewertet. So werden zwischen den Schallwandlern zu einem Zeitpunkt Schallwellen in Strömungsrichtung und im nächstfolgenden Zeitpunkt Schallwellen in Gegenrichtung ausgetauscht. Durch die besondere Wandleranordnung wird der Effekt der parallel zur Rohrmittenachse gerichteten Verwehung fast vollständig ausgeblendet. Es werden im Wesentlichen nur die Laufzeitunterschiede der Messsignale der Wandler für bei- de Senderichtungen des Schalls ausgewertet. Insbesondere ist durch diese Anordnung jedes seitliche Auswandern einer Hauptkeule des Empfangssignals aus dem Bereich des Empfängerwandlers unabhängig von einer Strömungsgeschwindigkeit weitestge- hend ausgeschlossen.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind beide Wandler zueinander unter einem Winkel ß zu einer Symmetrieachse in einer Querschnittsebene des Ansaugrohres geneigt angeordnet. Durch diese Anordnung ist ein Strahlverlauf zu beeinflussen, wobei sich ein Abstand der beiden Wandler zueinander nur geringfügig vergrößert. Dabei kann ein Spiegel- bzw. Reflektorsystem in Anpassung auf einen neuen Strahlengang verkleinert werden .

Vorzugsweise finden als Ultraschallwandler kompakte piezoelektrische Wandler Anwendung. Damit ist ein auch insgesamt

sehr kompakter Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. Die beiden Wandler werden zusammen in einem Einsteckfinger, welcher eine gewisse Tiefe in das Rohr hinein ragt, parallel zueinander fixiert, in einem vorgegebenen Win- kel schräg zur Rohrwand angeordnet. Durch die Anordnung in einem Einsteckfinger kann das System in jedes beliebige Rohr mit einem Durchmesser, der größer als die Einstecktiefe des Fingers ist, eingebaut werden. Das System benötigt durch seine Bauform sehr wenig Einbaulänge im Rohr. Durch die Abschir- mung des Schallweges vom Spiegelsystem zum Empfangswandler wird die Verwehung der Ultraschallwelle durch das Medium gegenüber der herkömmlichen Lösung entscheidend verringert, so dass beide Wandler auch sehr eng nebeneinander angeordnet werden können. Dazu können beide Wandler in Längs- wie - Querrichtung des Ansaugrohres eng nebeneinander oder gegeneinander leicht versetzt angeordnet sein. In jedem Fall lässt sich eine kompakte Bauweise des Einsteckfingers als Gesamtanordnung erreichen.

Ein System mit mindestens einem Reflektor bzw. Spiegel lenkt die vom Sendewandler ausgesandte Ultraschallwelle zum Empfangswandler um und ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mechanisch mit dem Rohr des Einsteckfingers verbunden. So ergibt sich nach einer Ausführungsform der Er- findung ein einstückiger Aufbau aller Komponenten. Die gesamte Anordnung kann damit sehr einfach in das Rohr eingebracht und außen an eine Signalverarbeitung elektrisch angeschlossen werden .

Die Messsignale der Wandler werden vorzugsweise für beide

Senderichtungen des Schalls ausgewertet, wobei eine Elektronik zur Auswertung im Bereich der Wandler angeordnet werden kann. Hierdurch werden Signallaufwege verkürzt und eine Gefahr von Einstreuungen von Störsignalen gemindert. Zudem wird eine sehr kompakte Einheit geschaffen, die gleich ein im Hinblick auf die raue Umgebung einer Verbrennungskraftmaschine oder eines gesamten Fahrzeugs entsprechend geschütztes und/oder verstärktes Endsignal ausgibt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug- nähme auf die Abbildungen der Zeichnung angegeben. In der Zeichnung zeigen in schematisierter Darstellung:

Figur 1: einen Längsschnitt durch ein Ansaugrohr mit zwei zueinander parallel angeordneten und über ein Sys- tem von Reflektoren über einen Schallausbreitungsweg miteinander verbundenen Ultraschallwandlern;

Figur 2: den Längsschnitt gemäß Figur 1 bei Umkehrung der

Schall-Laufrichtung;

Figur 3: eine alternative Bauform analog der Darstellung von

Figur 1 mit spiegelbildlicher Anordnung;

Figur 4a und 4b: eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Figur 1 in einem Längsschnitt und eine Ansicht entlang eines Schnitts C-C in einer Querschnittsebene des Ansaugrohrs und

Figur 5a und 5b: eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Figur 4a, 4b in einem Längsschnitt mit einer Ansicht entlang eines Schnitts D-D in einer Querschnittsebene des Ansaugrohrs .

über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden nachfolgend einheitlich gleiche Bezugsziffern und Bezeichnungen für gleiche Funktions- bzw. Baugruppen und Verfahrensschritte verwen- det.

Die Abbildung von Figur 1 zeigt einen vereinfachten Längsschnitt durch eine Vorrichtung 1 mit einem Ansaugrohr 2, in

dem zwei Ultraschallwandler 3, 4 vorgesehen sind. Die zwei Ultraschallwandler 3, 4 sind sehr eng nebeneinander und hinsichtlich ihrer Sende-/Empfangsachsen parallel zueinander in einem Winkel α schräg zu einer Rohrmittenachse M im Bereich einer Rohrwand 5 angeordnet.

Die Ultraschallwandler 3, 4 sind mit einer nicht weiter dargestellten Elektronik zur Ansteuerung und Signalauswertung verbunden. Durch diese Elektronik werden die Ultraschallwand- ler 3, 4 abwechselnd als Sender und Empfänger betrieben, so dass sich immer paarweise ein Sender und ein Empfänger bei jeweils umgekehrtem Lauf des Schallsignals ausbilden, wie in Figur 2 angedeutet.

Ein System 6 mit zwei Schallreflektoren bzw. Spiegeln 7, 8 reflektiert die in Figur 1 von dem Sendewandler 3 ausgesandten Ultraschallwellen 9 zu dem hier als Empfangswandler benutzten zweiten Wandler 4. Damit sind die beiden parallel angeordneten Ultraschallwandler 3, 4 durch das System 6 von Re- flektoren 7, 8 über einen Schallausbreitungsweg miteinander verbunden .

Das Spiegelsystem 6 ist in einem mittleren Rohrbereich bzw. in einem Bereich der Rohrmittenachse M angeordnet. Durch die- se Anordnung wird ein möglicher freier Ausbreitungsweg des

Schalls innerhalb einer Strömung des Ansaugrohrs 2 verkürzt, wodurch auch eine mögliche Verwehung einer Hauptkeule des Empfangssignals relativ zu dem als Empfänger geschalteten Ultraschallwandler 3, 4 nur noch unwesentlich ausgebildet ist. Das dargestellte Ultraschall-Durchflussmesser-Konzept arbeitet damit weiterhin auf Basis des sog. Verwehungsprin- zips, wonach Schallwellen 9 in einem strömenden Medium 10 in Abhängigkeit von ihrer Ausbreitungsrichtung relativ zu einer Geschwindigkeit v des Mediums 10 beschleunigt oder verzögert werden. Es werden jedoch im Wesentlichen Laufzeitunterschiede der Schallwellen 9 nach einem Betriebszustand gemäß Figur 1 und Figur 2 und keine Verschiebung einer Hauptkeule des Empfangssignals untersucht.

Während in x-Richtung unter Vernachlässigung von Verwirbelun- gen oder Turbulenzen eine Strömungsgeschwindigkeit v immer gleich ist, so zeigt sich in y-Richtung eine deutliche Ver- teilung der Strömungsgeschwindigkeit v, so dass in der angedeuteten Weise von einer Strömungsgeschwindigkeit v(y) auszugehen ist: An der Rohrwand 5 gilt die Grenzflächenbedingung v = 0, so dass sich zur Mittelachse M hin ein deutlicher Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit v(y) ergibt, der schnell bzw. bereits mit recht geringem Abstand zur Rohrwand 5 einem Maximalwert v (M) erreicht, der über den übrigen Querschnittsbereich des Ansaugrohres 2 im Wesentlichen gleich ist. Im Folgenden wird für den Querschnittsbereich des Ansaugrohres 2 außerhalb einer schmalen Randzone die Strömungsgeschwindig- keit v (M) als maximal und gleich groß angenommen. Figur 1 veranschaulicht das angenommene Profil der Strömungsgeschwindigkeit v(y) durch die Längen der Geschwindigkeitspfeile und die eingezeichnete Punkte-Linie.

So ergeben sich in dem Ansaugrohr 5 aufgrund des gewählten und vorstehend beschriebenen Aufbaus grob unterteilt zwei Bereiche mit unterschiedlich starker Beeinflussung einer jeweiligen x-Komponente der Schallwellen 9 auf ihrem Weg von dem Sender zum Empfänger: In einer Zone A durchläuft das Ultra- schall-Messsignal zu Beginn einen Randbereich mit vergleichsweise geringer Strömungsgeschwindigkeit v(y). Anschließend ist das Messsignal der vollen Strömungsgeschwindigkeit v (M) ausgesetzt, die zu dem erwünschten Messeffekt führt. In einer Zone B hingegen ist das Messsignal zu einem wesentlichen Teil durch das Umlenkungssystem 6 abgeschattet. Der Einfluss der Zone B auf das Messsignal ist daher gering. Die Verweildauer der Schallwellen 9 in der Zone B wird nun gering gehalten, um den Einfluss der Zone A auf die Laufzeit der Schallwellen 9 wenig zu verfälschen und zudem optimal nutzen zu können. An die Zone B schließt sich ein in Figur 1 dem Einfluss der

Strömung entzogener Bereich an, um nur unwesentliche Verwe- hungseffekte mit einer Verschiebung der Hauptkeule im Empfangssignal hinnehmen zu müssen. Konstruktiv wird die Zone B

also dadurch beschränkt, dass das System 6 mit den Schallreflektoren 7, 8 eine Schallausbreitung abschattet und schließlich als zusätzlicher Schutz gegen unerwünscht starke Verwehungen des Empfangssignals ein Rohr 11 vorgesehen ist. Das Rohr 11 schirmt den Ausbreitungsweg der Schallwellen 9 bis zum empfangenden Ultraschallwandler 4 ab. Dabei ist das Rohr 11 im Wesentlichen parallel zu der Sende-/Empfangsachse des Ultraschallwandlers 4 ausgerichtet, also auch ungefähr unter dem Winkel α schräg zu der Rohrmittenachse M. Bei dieser ge- genseitigen Ausrichtung kann eine auftretende mittlere Verwehung des Messsignals berücksichtigt werden.

In Figur 1 ist der Wandler 3 als aktiver Sender dargestellt, in Figur 2 ist der Wandler 3 dagegen bei sonst weitgehend i- dentischer Anordnung Empfänger. Im praktischen Betrieb wird zwischen diesen beiden Betriebszuständen fortlaufend gewechselt. Es werden also die Messsignale der Wandler 3, 4 für beide Senderichtungen des Schalls aufgenommen und ausgewertet.

In Abwandlung der Darstellung von Figur 1 ist in der Ausführungsform von Figur 2 das System 6 mit den beiden Komponenten 7 und 8 zur Ausführung der beiden in dieser Anordnung erforderlichen Schallreflexionen einstückig ausgeführt. Die Schallwandler 3, 4 sind dabei in Richtung einer Längserstreckung des Ansaugrohres 2 direkt benachbart angeordnet. Dadurch ergibt sich ein insgesamt sehr stabiles und kompaktes System 6, das Störungen im Fluidstrom mindert. Zudem ist der Bereich B auch noch weiter verkleinert worden.

In Figur 3 ist als weitere Variation des Aufbaus die Anordnung von Figur 2 gespiegelt worden. Zusätzlich ist eine Eintauchtiefe T der fingerförmigen Anordnung aus den beiden Wandlern 3, 4, dem Rohr 11 und dem System 6 der Reflektoren 7, 8 gegenüber der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 soweit reduziert worden, dass der Umkehrpunkt der Schallwellen in y-Richtung fast auf der Rohrmittenachse M liegt. Damit entspricht der gesamte Schall-Laufweg im Wesentlichen nur

noch dem einfachen Durchmesser des Ansaugrohrs 2, wovon noch wesentliche Bereiche durch Abdeckung dem Zugriff des strömenden Fluids 10 entzogen sind. Aufgrund der vorstehend beschriebenen besonderen Anordnung und Abschirmung ist jedes seitliche Auswandern einer Hauptkeule eines beschleunigten oder abgebremsten Empfangssignals aus dem Bereich des Empfängerwandlers 3, 4 ausgeschlossen. Damit wird auch in dieser Ausführungsform der Erfindung ein ausreichend starkes und aussagekräftiges Signal empfangen, wodurch auch eine weitge- hend störungsarme Signalauswertung garantiert ist.

Durch die gewählte Anordnung durchläuft nur noch ein unwesentlicher Anteil der jeweils ausgesandten und schließlich auch gemessenen Schallwellen 9 die Bereiche nahe der Rohrin- nenwandung 5, die wesentlich geringere Strömungsgeschwindigkeiten v(y) aufweisen. Eine zuverlässige Mittelung der Strömungsgeschwindigkeiten v über den Rohrquerschnitt durch unterschiedlich ausgeprägte Verwehungen ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen prinzipiell nicht mehr möglich. Um den Verlust dieses Effekts zu kompensieren und eine tatsächliche Durchflussmenge noch genauer bestimmen zu können, wird eine rechnerische Kompensation über Kennwertfelder und/oder Eichung zur Bildung eines Mittelwerts der Strömungsgeschwindigkeiten v verwendet. Auch diese Signalaufbereitung wird in der Elektronik durchgeführt.

Die Schallwandler 3, 4 bauen als piezoelektrische Wandler selber sehr klein. Sie werden daher in nicht weiter dargestellter Weise zusammen in einem Einsteckfinger angeordnet, welcher in einer Einbaulage an bzw. in dem Ansaugrohr 2 unter dem vorgegebenen Winkel α schräg zur Rohrwand 5 eine gewisse Tiefe T in das Ansaugrohr 2 hinein ragt. Das über einem der beiden Schallwandler 3, 4 angeordnete Rohr 11 ist in diesem Aufbau einstückig angebunden. An einem freien und offenen En- de des Rohrs 11 ist zudem das System 6 mit den Reflektoren 7, 8 mechanisch mit dem Einsteckfinger verbunden. Von einer nicht weiter dargestellten Elektronik wird nach Auswertung dann ein Messergebnis an eine nicht weiter dargestellte Mo-

torsteuerung übermittelt, wobei auch diese Elektronik im Bereich der Schallwandler 3, 4 quasi in einem Fußteil angeordnet ist, der in einer Baulage über einer Ausnehmung des Ansaugrohrs 2 abdichtend fixierbar ist. So ergibt sich eine insgesamt sehr kompakte und bei geringem Raumbedarf sicher an einem Ansaugrohr 2 fixierbare Einheit.

Die Abbildungen der Figuren 4a und 4b zeigen eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Figur 1. Figur 4a stellt einen Längsschnitt durch die abgewandelte Ausführungsform einer

Vorrichtung 1 dar, in der die Wandler 3, 4 so eng nebeneinander angeordnet sind, dass sie sich im Längsschnitt bereits überlappen. Die Ansicht entlang eines Schnitts C-C in einer Querschnittsebene des Ansaugrohrs 2 gemäß Figur 4b offenbart, dass die Wandler 3, 4 gegeneinander versetzt angeordnet sind. In der Querschnittsebene des Ansaugrohrs 2 weisen sie nun einen Abstand L zueinander auf.

Ein Abwandlung des Aufbaus nach den Figuren 4a, 4b sind die Wandler 3, 4 in den Figuren 5a, 5b gegenüber einer Symmetrieachse S um einen Winkel ß verkippt angeordnet, wie in der Schnittdarstellung der Ebene D-D angedeutet. Hierdurch kann u.a. das System 6 verkleinert werden, ohne dass dazu der Abstand L der Wandler 3, 4 zueinander nennenswert vergrößert werden müsste. Im Ergebnis ist also auch diese Anordnung sehr kompakt und kann vollständig als Einsteckfinger ausgeführt und schnell über eine vergleichsweise kleine öffnung in einem Ansaugrohr 2 abdichtend angeordnet werden.