CN1175252C - 测量一个流动介质质量的装置 - Google Patents

Abstract

测量一个管道(2)中流动介质的质量、特别是内燃机的吸入空气质量的装置(1)，具有一个安置在管道(2)中的流动管(3)。在流动管(3)中安置了一个由流动介质环绕流过的测量元件(20)。介质在一个入口(9)从管道(2)流入流动管(3)，并在流动管(3)的一个出口(11)流出而进入管道(2)。流动管(3)的一个围绕出口(11)的出口端面(12)具有结构槽(53)，它们相对于流动管(3)的纵轴线(6)以一个径向方向分量分布。

Description

测量一个流动介质质量的装置

技术领域

本发明涉及一种测量一个流动介质质量的装置。

背景技术

由EP 0 087 621 B1公知测量在一个管道中流动介质的质量、特别是一个内燃机的引吸空气质量的装置，在该装置中，在相对于一个主进气道错位构造的旁路通道内放入一个例如形式为一个热线的测量元件。通过打开和关闭内燃机单个汽缸的进气阀，在旁路通道中发生流动速度的巨大波动或者说脉动，这些波动或者脉动的强度与单个活塞的吸气频率或者说与内燃机的转数相关。这种流动波动会大大地使测量结果、即在旁路通道中间的流动速度和可由此计算出的内燃机吸入空气质量出现误差。例如，与流动速度的脉动强度相关，可在内燃机的部分负载范围内确定出平均流动速度的减低的读数，并且在完整打开油门时可确定一个增高的读数(Mehranzeige)。为了减小在脉动流动中所出现的测量误差，在由EP 0 087 621 B1公知的装置中选择确定的、通过计算和通过大量测量而得到的主进气道和旁路通道的长度比和横截面积比，其中，测量元件在旁路通道中的位置被规定。这一方面大大地限制了装置的结构造型和装配的可能性，另一方面装置的构造也要求一个大的结构空间。

为了减小流动脉动，在DE 43 40 882 A1中建议，在待测量的管道中、例如在一个内燃机的进气道中，安置一个形式为一个内管的流动管。在此，测量元件也被安置在一个旁路通道中，该旁路通道大致处于该流动管的中间处。流动管在其内侧具有一个摩擦面，该摩擦面造成一个与流动的脉动强度相关的流动阻力。于是，在高脉动强度下，由于在流动管边缘区域内所出现的摩擦效应，流动被排挤到内部区域即具有测量元件的旁路通道区域内，从而，一个在高强度流动脉动下在没有流动管时所出现的减低的读数(Minderanzeige)被有效地补偿。因此，这种由DE 43 40 882 A1公知的流动管基本上得到认同，然而，不足之处是，在实际运行中会出现刺耳的口哨般的扰人噪声。

还应提到DE 44 07 209 C1，由该文献公知，将测量元件安置在一个在流动方向逐渐收缩的测量通道中，一个S形的转向通道与该测量通道连接。采用这种配置，进一步改善了测量结果与流动脉动强度的非相关性。特别地，该配置对于一个在高脉动强度下出现的与主流动方向相反的回流非常不敏感。

发明内容

按照本发明，提出了一种在一个管道中测量内燃机吸入空气质量的装置，它具有一个安置在管道中的流动管，用于容纳一个被流动介质环绕流过的测量元件，其中，该介质在一个入口从管道流入流动管，并在流动管的一个出口流出而进入管道，其中，流动管的一个围绕出口的出口端面具有结构槽，这些结构槽相对于流动管的纵轴线以一个径向方向分量分布。

根据本发明的用于测量一个管道中流动介质质量的装置的优点是，在运行时不产生或至少明显地减小口哨般的干扰噪声。本发明的、在围绕出口的出口端面上设置的结构槽阻止产生强干扰噪声的、在流动管出口区域内的涡旋分离。已表明本发明的、在围绕出口的出口端面上设置的结构槽没有减少流动管上述的、改善测量精度的流动技术方面的优点。

通过其它有利措施能够对上述技术方案所述装置作出进一步的构造和改进。

已表明，通过具有长方形、三角形或梯形横截面轮廓的结构槽能够取得干扰噪声的一个特别有效的减小。特别优选使结构槽相对于流动管纵轴径向分布并以相等的角度间距设置在出口端面上，由此，就得到出口端面的一个均匀的节段化，这对抑制干扰噪声是有利的。最好是围绕入口的入口端面不设置其它结构，以便不提高在入口区域的流动阻力。

附图说明

在附图中简单示出本发明的一些实施例，并在下面的说明中对它们做进一步的讨论。附图示出：

图1：以剖面图示出根据本发明装置的第一实施例的侧视图。

图2：在图1所示本发明装置实施例中所使用的测量组件的尺寸放大的局部剖侧视图。

图3：在图1所示实施例中所使用的流动管的端部区域沿图1中箭头III所示方向的视图。

图4：对应于图3的一个第二种变型实施例的视图。

图5：对应于图3的一个第三种变型实施例的视图。

图6：在图1所示实施例中所使用的流动管沿在图1中箭头VI所示方向的视图，其中，结构槽被构造得如图4所示。

具体实施方式

在图1中以剖视图示出的装置1用于测量在一个管道2中流动介质的质量、特别是一个内燃机的吸入空气质量。装置1能够例如借助未示出的在端部设置的连接法兰作为可装配的中间件而被安装在一个进气道中，内燃机借助于该进气道从一个未示出的空气过滤器由周围环境中吸入空气，这些空气经过一个未示出的为控制吸入空气质量而设置的节气阀套管而进入到内燃机的一个燃烧室中。

该装置1包含有一个流动管3，该流动管3被大致安置在管2的中间，并且借助于在图中示意性示出的衬底4而被安装在管道2的内壁5上。这里，可以设置多个衬底4，它们彼此之间相互错位角度例如120°或90°。

在所示出的实施例中，流动管3被作成圆柱形，并围绕一个纵轴线6伸展，该纵轴线与管2的纵轴线重合。流动管3具有一个朝向图中用箭头8清楚示出的主流动方向的入口9，该入口9被一个入口端面10包围。在轴向上与入口9相反对置具有一个出口11，该出口11被一个出口端面12包围。

在流动管3的内部，具有一个将要对其作进一步说明的测量组件17，该测量组件17具有一个沿主流动方向8逐渐收缩的用来容纳测量元件20的测量通道33。一个转向通道34连接在该测量通道33上。如由图2可看出的那样，该转向通道34被构造为S形，并且在一个转向通道出46汇入到流动管3中。测量元件20对准于测量通道33的中心，并处于流动管3纵轴线6的区域内。

下面将参考图2对测量组件17的构造进一步加以说明，图2示出测量组件17的一个剖切侧视图。测量组件17具有一个细长的沿径向在一个纵轴线23的方向上纵向伸展的长方体形状，并且被例如可插入地导入到流动管3的未示出的槽中。在所示出的优选实施例中，测量组件17的纵轴线23垂直于流动管3的纵轴线6定向。在图2中，也用箭头8来清楚示出主流动方向8。测量组件17可以例如以压铸技术由塑料制成。

测量元件20伸入到测量通道33的中心，并通过连接导线22与一个未示出的处理电路连接。测量元件20最好通过对一个半导体、例如一个微型机械结构形式的硅晶片进行腐蚀而制成，并且具有例如已由DE 195 24 634 A1公知的结构。测量元件20具有一个通过腐蚀而形成的薄膜状传感器区域21，该区域21在图2中以II线为界。传感器区域21具有一个特别小的厚度，并具有多个也是通过腐蚀而制成的电阻层，这些电阻层构成至少一个与温度相关的测量电阻和例如一个加热电阻。也可以将测量元件20设置为所谓的热线传感元件，其结构例如可由DE 36 38 138 A1了解。

测量元件20或者说传感器区域21的单个电阻层借助于在测量组件17内布线的连接导线22与一个未示出的处理电路电连接，该处理电路含有一个类似电桥的电阻测量线路。处理电路例如被安置在测量组件17的一个支撑件或一个固定件中。

如同前面所述，测量组件17具有一个在轴向展延的测量通道33和一个例如为S形的转向通道34。测量通道33在流动管3中心轴线6的方向上从一个例如具有长方形横截面的孔36伸展到一个汇合口35。测量通道33由一个远离中心轴线6的上面38和一个接近中心轴线11的下面37以及两个侧面围成。板形的测量元件20在测量通道中以其最大的长度沿径向在纵轴线23的方向上定向，并相对于纵轴线23对称，从而测量元件20被介质大致平行于中心轴线6地环绕流过。

介质从测量通道33的入口36流到测量元件20，然后由此流入转向通道34，以便相对于纵轴线6径向地从转向通道出口46离开转向通道34。与转向通道34一样，转向通道出46具有例如一个长方形的横截面，并且被设置在测量组件17的一个平行于纵轴线6定向的下外部面45上。迎着主流动方向8，测量组件17的一个迎着主流动方向8的边缘面42与下外部面45连接，该边缘面42在入口36的上游以一个圆弧形式从下外部面45通向测量通道33的底面37，直至通到入口36。

在图1所示的流动管3以一个内面50和一个外面51构成摩擦面52，在脉动流动下在顺流中，通过在摩擦面52上所出现的流动效应，例如产生的涡旋或者通过相对于内壁50的压力降而引起的流动分离，流动在摩擦面52上或多或少地受到阻碍，从而在内壁50的区域存在一个与脉动强度相关的、变化的流动阻力。这样，流动管3就起到一个流动整流器的作用。如同前述，当流动管3不存在时，测量元件20在出现脉动流动中基本上倾向于给出减低的读数。但是，由于与脉动强度相关的流动阻力，流动管3就起到将流动排挤到流动管3内部区域中的作用，带有测量元件20的测量组件17就安置在该内部区域中。这样，在一个强脉动流动中，与一个没有脉动流动的情况相比，在该流动管3的内部区域出现一个更高的流动速度，这就导致对一个否则就会存在的减低的读数的补偿。

然而，如果没有根据本发明的措施，流动管3就有如下的缺点，即，在运行时出现所不希望的刺耳哨声的干扰噪声。估计这些干扰噪声是来源于，在流动管3的出口11涡旋以相对高的重复频率被分离，这就导致所述的哨声。根据本发明的流动管3的构造抑制这种干扰哨声。

根据本发明，在流动管3的围绕出口11的出口端面12上设置结构槽53，这些结构槽53相对于流动管3的纵轴线6以一个径向分量分布。最好是，出口11和围绕出口11的出口端面12相对于流动管3的纵轴线6径向地定向，然而，结构槽53最好相对于流动管3纵轴线6径向地分布。

图3示出流动管3在出口11区域的端部区域的一个径向视图。作为图3基础的视图方向在图1中以箭头III表示。在图1和图3所示实施例中，结构槽53具有长方形横截面轮廓。图4和5示出另外的实施例，其中，图4和图5同样示出在流动管3出口11上端部区域的一个径向视图。在图4的实施例中，结构槽53具有三角形横截面轮廓。结构槽53通过具有梯形横截面轮廓的隔件54被分开。在图5所示的实施例中，结构槽53具有一个梯形横截面轮廓。在此，结构槽53通过一个具有三角形横截面轮廓的隔件54被分开。当然，结构槽的许多另外的实施形式也是可以考虑的，特别是部分圆形结构槽、梯形结构槽或者一个粗糙部分，该粗糙部分由非均匀深度、非均匀成形、径向分布的结构槽形成。

通过结构槽53，在很大程度上避免或至少抑制在围绕出口11的出口端面12上的涡旋分离。实际实验显示，通过根据本发明的措施可以显著地减小所出现的干扰噪声。根据本发明的结构槽53并不影响流动管3作为流动整流器的功能以及与此相联系的、上面所述的、改进在强脉动流动中测量精度的特性。因为特别是在将装置1应用到汽车中来测量内燃机的吸入空气质量时，所出现的哨声般噪声特别使人不舒服，并且很大地影响了驾驶的舒服性，通过本发明的措施就得到了很大的改善。

为了更好地理解本发明，图6示出流动管3的一个端视图，对应于图1中箭头VI表示的观察方向。在图6中，为了简化视图而将测量组件17省略。由图6可清楚地看到在围绕流动管3出口11的出口端面12上径向分布的结构槽53，这些结构槽53由隔件54彼此分开。与在图1和图3所示实施例中的长方形横截面轮廓不同，在图6中结构槽53对应于图4所示实施例被构造得具有三角形横截面轮廓。

相应于图6所示的优选实施例，结构槽53在出口端面12上以相等角度间离分布地配置，从而得到出口端面12的一个均匀的节段化。包围流动管3入口9的入口端面10上最好设置其它结构，即入口端面10没有结构槽，以便不提高流动阻力。入口端面10可以被导圆或作成流线型，以便进一步减小流动阻力。然而，原则上可能的是，既在出口端面11上又在入口端面10上设置结构槽53，这样做的优点是，流动管3在安装时可以任意定向。这可以减小加工费用。此外，装置1也适用于测量具有不同的主流动方向流动介质的质量流量。

Claims (11)

1.在一个管道(2)中测量内燃机吸入空气质量的装置(1)，具有一个安置在管道(2)中的流动管(3)用于容纳一个被流动介质环绕流过的测量元件(20)，其中，该介质在一个入口(9)从管道(2)流入流动管(3)，并在流动管(3)的一个出口(11)流出而进入管道(2)，其特征为，流动管(3)的一个围绕出口(11)的出口端面(12)具有结构槽(53)，这些结构槽(53)相对于流动管(3)的纵轴线(6)以一个径向方向分量分布。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征为，结构槽(53)具有一个长方形横截面轮廓。

3.根据权利要求1的所述装置，其特征为，结构槽(53)具有一个三角形横截面轮廓。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征为，带有三角形横截面轮廓的结构槽(53)由带有梯形横截面轮廓的隔件(54)分开。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征为，结构槽(53)具有一个梯形横截面轮廓。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征为，带有梯形横截面轮廓的结构槽(53)由带有三角形横截面轮廓的隔件(54)分开。

7.根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征为，出口端面(12)相对于流动管(3)的纵轴线(6)径向定向，并且结构槽(53)相对于流动管(3)的纵轴线(6)径向分布。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征为，结构槽(53)以等角度间距被设置在出口端面(12)上。

9.根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征为，在一个围绕入口(9)的入口端面(10)上不安排其它结构。

10.根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征为，测量元件(20)被安置在一个测量通道(33)中，该测量通道(33)被设置在流动管(3)内并在流动管(3)的从入口(9)到出口(11)的方向上逐渐收缩。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征为，一个S形的转向通道(34)连接在测量通道(33)上，该转向通道(34)通到流动管(3)中。

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