CN1823261A - 用于确定在管道中流动的介质的至少一个参数的装置 - Google Patents

Abstract

用于确定在管道中在一个主流动方向上流动的介质的至少一个参数的装置，尤其是用于确定在内燃机的进气系统中的空气质量流量，包括一个管道部件(3)及一个具有旁路部件(6)的传感器装置(1)，这种装置已被公开。为了避免在旁路部件的侧壁上的流动分离而提出：在管道部件(3)中在所述主流动方向(18)上看在分离口(33)的后面设置有一个基本上平行于旁路部件(6)的设置有分离口(33)的侧壁(16)延伸的导流壁(4)，该导流壁的纵向伸展长度(b)在该主流动方向(18)上看等于或大于该分离口(33)离后壁(14)的距离(a)，并且该导流壁离管道部件(3)的中心轴线的距离(c)大于或等于旁路部件的设置有分离口的侧壁(16)离该中心轴线(41)的距离(d)。

Description

用于确定在管道中流动的介质的至少一个参数的装置

现有技术

本发明涉及具有独立权利要求1的前序部分特征的、用于确定在管道中流动的介质的至少一个参数的装置。

这种装置例如已由DE 101 35 142 A1公开并且例如在内燃机的进气系统(Ansaugtrakt)中使用，以便确定通过一个管道输送给内燃机的空气质量流量。一个传感器装置的设置有旁路部件的区段通过一个插入口插入到管道部件中。该旁路部件具有一个带有入口区域的通道结构，由该入口区域分支出一个设置有测量元件的测量通道。此外，输入区域还具有一个带有至少一个分离口的分离区域，该分离口在旁路部件的至少一个侧壁上向管道通道中敞开。分离区域用于从通道结构分离液体颗粒和/或固体颗粒，由此防止它们进入设置有测量元件的测量通道及污染这些测量元件。

由被插入到管道中的旁路部件的迎着主流动方向的前侧及侧壁构成的棱边在所公知的装置中构成入流棱边，在这些入流棱边上产生分离的流体的一些区域，它们一方面可导致大的压力损失，另一方面可导致流动的非有意的脉动，因此，压力波动经过分离口传递到从入口区域分支出的测量通道。通过测量通道中的压力波动会使测量元件的输出信号显著地失真。

本发明的优点

相比之下，根据本发明的具有权利要求1所述特征的、用于确定在管道中流动的介质的至少一个参数的装置具有优点：即极大地减小了在旁路部件的侧壁上的分离的流体的区域，因为流动在主流动方向上看迅速地又贴靠在设置有分离口的侧壁上，由此减小了该设置有分离口的侧壁的区域中的压力损失并且避免了流动的不希望的脉动。在主流动方向上看设置在分离口后面的导流壁在制作时需要仅很小的额外费用并且可以例如廉价地与管道部件一起作为一个唯一的压力注射成型部件制作。

通过从属权利要求所述特征可实现本发明的有利的构型及进一步构型。

在一个有利的实施例中这样地提出：设置仅一个导流壁，该导流壁相对于管道部件的中心轴线设置在与设置有分离口的侧壁相同的一侧。由此在分离口的后面产生一个非对称的结构。这基于这样的考虑：流动分离的完全避免比流动分离在旁路部件的一个不是所述设置有分离口的侧上的局部确定更难实现。

导流壁在主流动方向上看可以设置在旁路部件的后壁的紧后面并且具有在空气动力学上有利的轮廓。

特别有利的是，导流壁离管道部件的中心轴线的距离与旁路部件的设置有分离口的侧壁离该中心轴线的距离的差小于10mm，并且优选小于5mm但大于零。由此实现了导流壁相对该侧壁在侧向上相对于该中心轴线错位并且使侧壁与导流壁之间存在一个缝隙。分离的流体在旁路部件的后壁的后面形成一个死水区域。由于在死水区域中形成的相对于旁路部件的侧壁的区域中的压力的负压，从设置有分离口的侧壁上的分离区域出来的流体通过该缝隙被吸入到旁路部件的后壁后面的死水区域中并且由此又进一步有利地减小了设置有分离口的侧壁上的分离区域。

另外有利的是，使导流壁与一个在管道部件中在主流动方向上看设置在旁路部件前的导流部件相结合，该导流部件具有至少一个迎着主流动方向的导流面，所述导流面由一个与旁路部件间隔开的顶点线起在两侧向着两个侧壁这样均匀地弯曲，使得所述导流面的背离该顶点线的端部与这些侧壁对准。附加地，可在主流动方向上至少在设置有分离口的侧壁前在导流面上或至少紧邻旁路部件的导流面设置有产生紊流的结构，所述产生紊流的结构在该旁路部件的这个侧壁上的流动边界层中引起紊流。通过将旁路部件后面的导流壁与旁路部件前面的导流部件相结合而在很大程度上避免了旁路部件的设置有分离口的侧壁上的流动分离。

在管道部件的内径大的情况下，由于较小的流动速度(相对于导流壁的纵向伸展长度在主流动方向上雷诺数非常小)及由于流动在传感器装置的位置处的较小的加速度而在导流壁的外部面上出现不利的流动分离，这种流动分离可再引起脉动。为了避免上述情况，有利的是，导流壁至少在一个外部面上设置有产生紊流的结构，所述产生紊流的结构例如由一排优选周期地沿着一条线设置的、由导流壁的外部面突出的凸起构成，这些凸起优选设置在导流壁的迎着主流动方向的区段中并且尤其构成梳状的、城垛状的或齿状的图案。由于这些凸起，流动边界层出现紊流，这引起慢速的及快速的流动分量的加强的冲量交换。所引起的紊流抵制从导流壁的分离，使得可以避免导流壁上的不希望的分离区域。

附图说明

附图中示出了本发明的实施例，在下面的说明中对其进行描述。

图1根据本发明的装置的实施例的一个截面图，

图2图1的一个截面图，

图3图1中的实施例的一个侧视图，

图4、5及6用于本发明的其它实施例的一个导流壁及一个传感器装置的截面图，

图7～9具有产生紊流的结构的导流壁的侧视图。

具体实施方式

图1示出一个管道部件3，该管道部件具有一个大致圆柱壳状的、包围一个管道通道12的壁15，在该管道通道中，介质在一个主流动方向上流动。该主流动方向在图1中由一些相应的箭头18表示并在该图中从左向右延伸。该主流动方向被定义为这样的方向，即在该方向上介质主要地从管道部件3的输入端起直到其输出端流动通过管道通道，即使局部的涡流形成及局部存在的流动分离区域具有对主流动方向的局部的流动偏离或出现暂时的方向改变。主流动方向在这里相对于管道部件3的圆柱壳状的壁15的中心轴线41平行地延伸。管道部件3例如可以被安置在内燃机的一个进气管道中。所述介质例如涉及流动到内燃机中的空气。

一个传感器装置1被这样地设置在管道部件3上，使得该传感器装置的设置有通道结构的旁路部件6指状地伸入到管道通道12中并且在那里以一个预定的定向暴露在流动的介质中。在旁路部件6安装到管道3中时应保证：该旁路部件相对于介质的主流动方向18具有一个预定的定向。此外，该传感器装置1包括一个电端子11及一个用于一个与该端子11相连接的承载部件8的接收部分，在该承载部件上例如设置有一个电子求值单元。该传感器装置可用旁路部件6穿过管道部件3的壁15的由一个法兰31包围的插入口插入到管道通道12中。具有电子求值单元的承载部件8可以设置在管道通道12的内部和/或外部。

传感器装置1具有一个设置在测量通道40中的一个测量元件承载件上的测量元件9、例如一个具有传感膜片的薄膜测量元件，其中该传感膜片具有一个加热电阻及两个依赖于温度的电阻，测量元件的测量数据可以用所述电子求值单元分析处理。借助测量元件9例如作为参数确定流动的介质的体积流量或质量流量，尤其是空气质量流量。其它可以测量的参数例如有压力、温度、一种介质成分的浓度或流动速度，它们借助合适的传感器元件来确定。

旁路部件6具有一个例如长方六面体结构的壳体，该壳体具有：一个在装入位置中迎着介质的主流动方向18的前壁13及一个背着该主流动方向的后壁14，一个第一侧壁17及一个与其平行的第二侧壁16，及一个例如与主流动方向平行延伸的、设置在被插入到管道中的端部上的第三壁19。另外，该部件6具有一个设置在其中的通道结构，该通道结构具有一个输入区域27及一个由该输入区域27分支出的测量通道40。在主流动方向18上流动的介质的分流通过旁路部件6的前端面13上的一个开口21到达所述通道结构的输入区域27中。从该输入区域27起，介质部分地到达设置有测量元件9的测量通道40中并且部分地进一步流到位于测量通道的分支部位后面的分离区域28，该分离区域通过至少一个设置在第一侧壁16和/或第二侧壁17中的分离口33通入管道通道12中。该分离口33在图1中所示的实施例中平行于主流动方向18设置。进入到输入区域27的介质的第一分流完全流入测量通道40中并且通过壁19上的输出端39离开该测量通道，第二分流完全通过该一个分离口33流回到管道部件3中。在流动的介质中例如具有液体颗粒和/或固体颗粒，如油颗粒或水颗粒，它们可能污染或损坏测量元件9。通过分离口33及输入区域中的通道结构的几何结构，液体颗粒及固体颗粒不能到达测量通道中，而是又流回到管道通道12中。

如在图1至图3中所看到的，在管道部件3中在主流动方向18上看优选在旁路部件6的后壁14的紧或几乎紧(非常小的距离)后面设置一个相对于旁路部件6的设置有分离口33的侧壁16基本上平行地延伸的导流壁4。也可以将该导流壁4在图2中设置在分离口33的后面，而不是设置在旁路部件6的后壁14的紧后面。该导流壁4的轮廓可以不同地构造。图2所示的在空气动力学上有利的轮廓是有优点的。在此意义上提出：所述基本上平行于侧壁16的导流壁4不必以必要的方式具有两个平的外部面。这些外部面的轮廓也可以被略微地弯曲，如图2所示。然而可看到，导流壁4的中心线46平行于侧壁16延伸并且离管道部件3的中心轴线41具有一个距离c。导流壁的该中心线也可以以一个相对于该侧壁小于+/-15°的角延伸。因此，一个至少近似平行于侧壁延伸的导流壁在本申请的意义上应理解为这样一个导流壁，该导流壁的中心线在图2的截面中平行于侧壁16或以一个相对于侧壁16并由此也相对于主流动方向18小于15°的角延伸，因为该主流动方向平行于该侧壁16。导流壁4的纵向伸展长度b在主流动方向18上看等于或大于分离口33离后壁14的距离a。例如距离a＝10mm，而纵向伸展长度b大小在20与50mm之间。纵向伸展长度b越大越好。然而导流壁的纵向伸展长度b受管道部件3的长度限制。

从图2还可看到，导流壁4的中心线46离管道部件3的中心轴线41的距离c在这个实施例中大于旁路部件6的设置有分离口33的侧壁16离该中心轴线41的距离d。由此出现一个缝隙42，介质流43可以通过该缝隙到达旁路部件6后面的死水区域44中。导流壁4离中心轴线41的距离c与设置有分离口33的侧壁16离该中心轴线41的距离d的差有利地被构造得小于10mm，优选被构造得小于5mm且大于1mm。但该差c-d也可以是零。这在图4、5及6的实施例中被示出，在这些实施例中，导流壁4与设置有分离口33的侧壁16设置在一个共同的平面中。在此情况下，在侧壁16与导流壁4之间不存在缝隙。然而特别有利的是导流壁4的具有缝隙的在图2中所示的结构。

如图2中可看到的，设置有仅一个导流壁4，该导流壁相对于管道部件3的中心轴线41被设置在与设置有分离口33的侧壁16相同的一侧。沿着侧壁16、17流动的空气在由后壁14及侧壁17构成的棱边上分离，使得出现一个图2中所示的死水区域。由于该死水区域中的相对于侧壁16、17的区域中的压力关系的负压，在位于侧壁17对面的侧壁16上，空气的一部分通过导流壁4与后壁14之间的缝隙42被吸入(参考标号43)到该死水区域中，由此，在设置有分离口33的侧壁16上的分离区域有利地减小。在图4、5及6的实施例中至少通过使分离的流体较早地重新贴靠在导流壁4上同样减小了侧壁16上的分离区域，即使没有像在图2所示的实施例那样强烈。

如在图1及图2中进一步示出的，可以在管道部件3中附加地设置一个导流部件2，即在主流动方向18上看可设置在旁路部件6的紧前面。导流部件2作为单独的部件制作，然而也可以是与传感器装置1一体地连接的。该导流部件具有一个迎着主流动方向18的导流面20。如在图2中最清楚地看到的，该导流面20由一个从旁路部件6逆着主流动方向突出的顶点线25起在两侧向着两个侧壁16、17这样均匀地弯曲，使得导流面20的背离该顶点线的端部38被构造成与侧壁16、17对准的(端部38连续地且不形成棱边地过渡到侧壁16、17)。在这里所示的优选的实施例中，上述导流面20被椭圆形地弯曲。此外，导流面2具有一个透孔26，该透孔与通道结构的输入区域27的开口21对准，使得介质流的分流可在主流动方向18上通过透孔26及开口21到达输入区域27中。

另外，如图1及2中所示，可以设置一个产生紊流的结构23。该产生紊流的结构可以通过不连续性和/或不平整性(例如小的阶台、棱边、筋等)形成在均匀弯曲的导流部件的导流面上或至少紧邻该导流面，使得在流动边界层中产生紊流。在图1中所示出的实施例中，该结构由多个开设在导流面20中的缝槽23构成，这些缝槽分别被设置在一个与旁路部件6的侧壁16、17垂直地及与主流动方向18平行地延伸的平面中。撞击到导流面20上的介质流部分地沿着导流面20绕到侧壁16、17上，然而也部分地进入到缝槽23中，相对主流动方向18倾斜地离开缝槽23，由此产生强的纵向涡流，该纵向涡流在侧壁16、17上的边界层流动中产生紊流，使得边界层在任何情况下都产生紊流并且不分离。

通过将设置在旁路部件前的导流部件2与设置在该旁路部件后的导流壁4的结合而特别可靠地减小了该旁路部件的设置有分离口33的侧壁16上的分离区域。

为了避免在导流壁的外部面上的流动分离，导流壁的彼此背离的两个外部面可以设置有一些产生紊流的结构，这些结构例如由一排优选周期地沿着一条线设置的、由导流壁4的外部面49突出0.2至2mm且优选突出约1mm的凸起构成。如在图7、图8及图9中所示，这些结构可以例如构成梳状的、城垛状(zinnenartig)的或齿状(zackenfrmig)的图案。如在图8中所示的，所述结构50优选设置在导流壁的前面的部分中。特别提出：这些结构离导流壁4的迎着主流动方向18的端部的距离e大致为导流壁4的纵向伸展长度b的5％至25％。在作为压力注射成型部件制作导流壁时，这些结构可以在压力注射成型过程中直接地一起制作。

Claims (10)

1.用于确定在管道中在一个主流动方向(18)上流动的介质的至少一个参数的装置，尤其是用于确定内燃机的进气系统中的空气质量流量，包括一个构成管道通道的、具有一个沿着该管道通道(12)延伸的中心轴线(41)的管道部件(3)及一个具有旁路部件(6)的传感器装置(1)，该旁路部件这样地设置在管道部件(3)中，使得在该管道部件中流动的介质的分流到达被构造在旁路部件中的通道结构的输入区域(27)中，其中该输入区域(27)具有一个分离口(33)，该分离口在旁路部件(6)的两个平行于中心轴线(41)延伸的侧壁(16，17)中的至少一个上向管道通道中敞开，并且该分离口离旁路部件的在主流动方向上位于下游的后壁(14)具有一个距离(a)，其特征在于：在管道部件(3)中在所述主流动方向(18)上看在分离口(33)的后面设置有一个至少近似平行于旁路部件(6)的设置有分离口(33)的侧壁(16)延伸的导流壁(4)，该导流壁的纵向伸展长度(b)在该主流动方向(18)上看等于或大于该分离口(33)离后壁(14)的距离(a)，并且该导流壁离管道部件(3)的中心轴线的距离(c)大于或等于旁路部件(6)的设置有分离口的侧壁(16)离该中心轴线(41)的距离(d)。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于：设置有仅一个导流壁(4)，该导流壁相对于管道部件(3)的中心轴线(41)设置在与设置有分离口(33)的侧壁(16)相同的一侧。(图2)

3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于：该导流壁在主流动方向(18)上看被设置在旁路部件(6)的后壁(14)的紧后面或几乎紧后面。

4.根据权利要求1至3中一项的装置，其特征在于：导流壁(4)离管道部件(3)的中心轴线(41)的距离(c)与旁路部件(6)的设置有分离口(33)的侧壁(16)离该中心轴线(41)的距离(d)的差小于10mm并且优选小于5mm。

5.根据权利要求1的装置，其特征在于：导流壁(4)具有一个在空气动力学上有利的轮廓。

6.根据上述权利要求中一项的装置，其特征在于：在管道部件(3)中在主流动方向(18)上看在旁路部件(6)前面设置一个导流部件(2)，该导流部件具有至少一个迎着主流动方向(18)的导流面(20)，该导流面由一个与旁路部件(6)间隔开的顶点线(25)起在两侧向着两个侧壁(16，17)这样均匀地弯曲，使得该导流面(20)的背离该顶点线的端部(38)与这些侧壁(16，17)对准。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于：在主流动方向(18)上至少在设置有分离口(28)的侧壁(16)前在导流面(20)上或至少紧邻旁路部件(6)的导流面(20)设置有产生紊流的结构(23，37)，所述产生紊流的结构在该旁路部件的侧壁(16)上的流动边界层中引起紊流。

8.根据权利要求1的装置，其特征在于：导流壁(4)具有至少一个外部面(49)，优选具有两个彼此背离的外部面，在这些外部面上设置了产生紊流的结构(50)。

9.根据权利要求8的装置，其特征在于：这些产生紊流的结构(50)由一排优选周期地沿着一条线设置的、由导流壁(4)的外部面(49)突出的凸起构成，并且尤其构成梳状的、城垛状的或齿状的图案。

10.根据权利要求8的装置，其特征在于：所述产生紊流的结构从导流壁(4)的迎着主流动方向(18)的端部起看在主流动方向上被设置在起始部分处、导流壁(4)的纵向伸展长度(b)的5％至25％上。

Images