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Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungserfassungsvorrichtung. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Einlasssystem, das die Strömungserfassungsvorrichtung aufweist.
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Herkömmlicherweise wird ein thermischer Strömungsmesser bei einer Fahrzeugmaschine angewendet, um einen Durchfluss an Einlassluft zu erfassen. Der thermische Strömungsmesser erfasst beispielsweise den Durchfluss in Übereinstimmung mit einer Wärme, die von einem heißen Draht des Strömungsmessers abgegeben wird.
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Wenn eine Maschine unter einer hohen Last betrieben wird, nimmt eine Pulsation bei einer Einlassluft aufgrund einer Hin- und Herbewegung eines Kolbens in der Maschine zu. Infolgedessen kann eine Gegenströmung einer Einlassluft unter dem Einfluss einer derartigen Einlasspulsation auftreten. Der thermische Strömungsmesser kann die Strömungsrichtung zwischen der Gegenströmung und einer Abwärtsströmung nicht unterscheiden. Folglich kann der thermische Strömungsmesser die Gegenströmungsmenge als die Menge der Abwärtsströmung erfassen. Infolgedessen, wie es in 16 gezeigt ist, wird eine Gegenströmung in der Luftströmung hervorgerufen, wenn die Betriebsweise der Maschine in einen Hochlastzustand an der rechten Seite in 16 umschaltet, und die Sensorausgabe bei einem normalen Zustand, der durch die durchgezogene Linie in 16 dargestellt ist, wird überhöht, wie es durch die gepunktete Linie in 16 angezeigt wird.
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Wie es in
17 gezeigt ist, schlägt
JP-A-6-94497 eine Strömungserfassungsvorrichtung vor, die mit einem Hindernis
120 an der stromabwärtigen Seite eines Auslasses eines Bypassdurchgangs
110 versehen ist, der in einem Luftdurchgang
100 ausgebildet ist. Das Hindernis
120 dient dazu, um eine überhöhte Erfassung aufgrund der Gegenströmung zu vermeiden, die im Wesentlichen entgegengesetzt der Abwärtsströmung ist, wie es durch den Pfeil in
17 angezeigt wird. Bei dieser Luftströmungserfassungsvorrichtung ist das Hindernis
120 angepasst, um die Gegenströmung daran zu hindern, in den Bypassdurchgang
110 einzutreten, so dass die überhöhte Erfassung reduziert werden kann. Eine ähnliche Lösung, allerdings mit einem plattenförmigen Hindernis, schlägt
US 4 974 445 A vor.
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Jedoch bewirkt das Hindernis 120 sogar bei der Abwärtsströmung, die durch den Pfeil in 17 angezeigt wird, einen Widerstand bei der Luftströmung. Infolgedessen nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in dem Bypassdurchgang 110 ab, und eine Genauigkeit einer Erfassung des Durchflusses wird gering. Außerdem kann die Strömungserfassungsvorrichtung aufgrund eines zusätzlichen Vorsehens des Hindernisses 120 teuer werden.
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Desweiteren hat der Sensor bei einem thermischen Strömungsmesser eine Wärmekapazität, die eine Reaktionsverzögerung bewirkt. Der Luftdurchfluss und eine von einem Heizelement, wie beispielsweise einem heißen Draht, abgegebene Wärme haben eine Beziehung, die eine nach oben gerichtete konvexe nicht lineare Eigenschaft aufzeigt. Folglich neigt eine Sensorausgabe dazu, klein zu werden, wenn eine Pulsation zunimmt, selbst wenn eine Gegenströmung nicht hervorgerufen wird.
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In den letzten Jahren wurden Einlasskomponenten in ein Modul integriert. Ein integrierter Strömungsmesser ist in einen Einlasskanal eines Luftfilters gesteckt. Bei diesem Aufbau ist es schwierig, das Hindernis 120 zusätzlich in dem Auslasskanal vorzusehen. Folglich muss der integrierte Strömungsmesser einen Körper aufweisen, der einen Aufbau zum genauen Erfassen einer Luftströmung hat.
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Zum Ableiten der Gegenströmung schlägt
JP 09-210746 A einen zusätzlichen Kanal vor, durch den eine Rückströmung erfolgen kann, ohne die Messgenauigkeit des thermischen Strömungsmessers negativ zu beeinflussen. Diese Bauweise einer Strömungserfassungsvorrichtung ist jedoch aufwendig und teuer.
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Weitere ähnlich aufgebaute Strömungserfassungseinrichtungen sind durch
DE 199 27 818 A1 ,
US 5 563 340 A und
DE 10 2004 009 025 A1 gezeigt, wobei die Gegenströmung lediglich abgeschwächt, nicht jedoch abgeleitet wird. Zudem ist die in den ersten beiden Schriften verwendete Bauweise aufwendig und folglich teuer.
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Im Hinblick auf die vorangehenden und andere Probleme ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Strömungserfassungsvorrichtung herzustellen, die angepasst ist, um eine Fluidströmung, sowohl eine Abwärtsströmung als auch eine Gegenströmung, zu erfassen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Einlasssystem für eine Brennkraftmaschine herzustellen, wobei das Einlasssystem die Strömungserfassungsvorrichtung aufweist.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Strömungserfassungsvorrichtung bei einem Fluidkanal vorgesehen, durch den eine Hauptströmung eines Fluids tritt. Die Strömungserfassungsvorrichtung hat einen Sensorkörper, der einen Bypassdurchgang hat, durch den eine Bypassströmung durchtritt. Die Bypassströmung ist ein Teil der Hauptströmung. Der Bypassdurchgang hat einen gekrümmten Abschnitt und einen Ausströmungsdurchgang. Der gekrümmte Abschnitt liegt in der Mitte des Bypassdurchgangs. Der Ausströmungsdurchgang liegt stromabwärts des gekrümmten Abschnitts. Der Bypassdurchgang definiert eine Strömungsrichtung der Bypassströmung. Die Strömungsrichtung der Bypassströmung ändert sich entlang dem Bypassdurchgang an dem gekrümmten Abschnitt in Richtung dem Ausströmungsdurchgang. Die Strömungserfassungsvorrichtung hat ferner ein Heizelement, das in dem Bypassdurchgang angeordnet ist. Das Heizelement erzeugt eine Wärme, indem ihm eine Elektrizität zugeführt wird, um einen Durchfluss eines Fluids in Übereinstimmung mit einer Menge einer abgegebenen Wärme von dem Heizelement zu erfassen. Der Sensorkörper hat eine Seitenfläche, die eine Öffnung definiert. Wenn ein Fluid eine Gegenströmung in dem Fluiddurchgang in einer Richtung hervorruft, die der Strömungsrichtung der Hauptströmung entgegengesetzt ist, wird ein dynamischer Druck, der durch die Gegenströmung hervorgerufen wird, durch die Öffnung zu einer Außenseite des Ausströmungsdurchgangs abgegeben.
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Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Strömungserfassungsvorrichtung bei einem Fluiddurchgang vorgesehen, durch den eine Hauptströmung eines Fluids tritt. Die Strömungserfassungsvorrichtung hat einen Sensorkörper, der einen Bypassdurchgang aufweist, durch den eine Bypassströmung tritt. Die Bypassströmung ist ein Teil der Hauptströmung. Der Bypassdurchgang hat einen gekrümmten Abschnitt und einen Ausströmungsdurchgang. Der gekrümmte Abschnitt liegt auf halbem Wege entlang dem Bypassdurchgang. Der Ausströmungsdurchgang liegt stromabwärts von dem gekrümmten Abschnitt. Der Bypassdurchgang definiert eine Strömungsrichtung der Bypassströmung. Die Strömungsrichtung der Bypassströmung ändert sich entlang dem Bypassdurchgang bei dem gekrümmten Abschnitt in Richtung dem Ausströmungsdurchgang. Die Strömungserfassungsvorrichtung hat ferner ein Heizelement, das in dem Bypassdurchgang angeordnet ist. Das Heizelement erzeugt eine Wärme, indem es mit einer Elektrizität versorgt wird, um einen Durchfluss eines Fluids in Übereinstimmung mit einer Wärmemenge zu erfassen, die von dem Heizelement abgegeben wird. Der Ausströmungsdurchgang definiert eine Druckaufnahmefläche. Wenn ein Fluid eine Gegenströmung in dem Fluiddurchgang in einer Richtung hervorruft, die zu der Strömungsrichtung der Hauptströmung entgegengesetzt ist, wird ein durch die Gegenströmung bewirkter dynamischer Druck auf die Druckaufnahmefläche aufgebracht. Die Druckaufnahmefläche hat ein Hindernis, das die Gegenströmung daran hindert, in den Ausströmungsdurchgang einzutreten.
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Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Strömungserfassungsvorrichtung in einem Fluiddurchgang vorgesehen, durch den eine Hauptströmung eines Fluids tritt. Die Strömungserfassungsvorrichtung hat einen Sensorkörper, der einen Bypassdurchgang aufweist, durch den eine Bypassströmung tritt. Die Bypassströmung ist ein Teil der Hauptströmung. Der Bypassdurchgang hat einen gekrümmten Abschnitt und einen Ausströmungsdurchgang. Der gekrümmte Abschnitt liegt in der Mitte des Bypassdurchgangs. Der Ausströmungsdurchgang liegt stromabwärts des gekrümmten Abschnitts. Der Bypassdurchgang definiert eine Strömungsrichtung der Bypassströmung. Die Strömungsrichtung der Bypassströmung ändert sich entlang dem Bypassdurchgang bei dem gekrümmten Abschnitt in Richtung dem Ausströmungsdurchgang. Die Strömungserfassungsvorrichtung hat ferner ein Heizelement, das in dem Bypassdurchgang angeordnet ist. Das Heizelement erzeugt eine Wärme, indem es mit einer Elektrizität versorgt wird, um eine Durchflussmenge eines Fluids in Übereinstimmung mit einer Wärmemenge, die von dem Heizelement abgegeben wird, zu erfassen. Der Ausströmungsdurchgang definiert eine Druckaufnahmefläche. Wenn ein Fluid eine Gegenströmung in dem Fluiddurchgang in einer Richtung hervorruft, die zu einer Strömungsrichtung der Hauptströmung entgegengesetzt ist, wird ein durch die Gegenströmung bewirkter dynamischer Druck auf die Druckaufnahmefläche aufgebracht. Die Druckaufnahmefläche hat einen Vorsprung, der bezüglich einer Strömungsrichtung der Gegenströmung vorsteht.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung hat ein Einlasssystem für eine Brennkraftmaschine einen Fluiddurchgang, durch den eine Hauptströmung eines Fluids tritt. Der Fluiddurchgang hat einen Einlassdurchgang, der mit der Einlassöffnung der Brennkraftmaschine verbunden ist. Das Einlasssystem hat ferner eine der Strömungserfassungsvorrichtungen. Jede Strömungserfassungsvorrichtung ist in dem Fluiddurchgang vorgesehen. Die Strömungserfassungsvorrichtung erfasst eine Menge an Einlassluft, die durch den Einlassdurchgang in die Brennkraftmaschine eingesaugt wird.
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Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erstellt wurde, ersichtlicher werden. In den Zeichnungen:
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1 ist eine Querschnittansicht, die eine Strömungserfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Strömungserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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3 ist eine Querschnittansicht, die eine Strömungserfassungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
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4 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Sensorausgabe und einem Wert Ls/Lb zeigt;
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5 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Sensorausgabe und einem Wert Ws/Wb zeigt;
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6 ist eine Querschnittansicht, die eine Strömungserfassungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
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7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Strömungserfassungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
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8 ist eine teilweise perspektivische Schnittansicht, die die Strömungserfassungsvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
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9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Vorsprungs gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
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10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel eines Vorsprungs gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
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11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Strömungserfassungsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;
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12 ist eine Querschnittansicht, die einen Vorsprung der Strömungserfassungsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;
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13 ist eine perspektivische Ansicht, die den Vorsprung der Strömungserfassungsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;
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14 ist eine teilweise schnittweise perspektivische Ansicht, die die Strömungserfassungsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;
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15 ist eine teilweise schnittweise perspektivische Ansicht, die einen Vorsprung der Strömungserfassungsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;
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16 ist eine graphische Darstellung, die eine Ausgabeeigenschaft einer Strömungserfassungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt; und
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17 ist eine Querschnittansicht, die eine Strömungserfassungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist eine Strömungserfassungsvorrichtung 1 in einem Luftdurchgang 2a vorgesehen. Die Strömungserfassungsvorrichtung 1 dient als ein Luftströmungsmesser zum Erfassen einer Einlassluftmenge für eine Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einer Maschine für ein Fahrzeug. Die Strömungserfassungsvorrichtung 1 ist an einem Einsteckaufbau angebracht. Genauer gesagt ist die Strömungserfassungsvorrichtung 1 abnehmbar an einem Auslassrohr 2 einer Luftreinigungseinrichtung 100 vorgesehen, das beispielsweise den Luftdurchgang 2a definiert. Die Strömungserfassungsvorrichtung 1 hat einen Sensorkörper 3, ein Abtastteil 4 und ein Kreismodul (eine Steuereinheit) 5.
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Der Sensorkörper 3 wird durch ein Verbindungsloch 2b, das in einer Wandfläche des Auslassrohrs 2 ausgebildet ist, derart in das Auslassrohr 2 eingeführt, dass ein O-Ring 6 zwischen dem Sensorkörper 3 und dem Verbindungsloch 2b luftdicht abdichtet. Der O-Ring 6 ist an dem Außenumfang des Sensorkörpers 3 vorgesehen.
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Einlassluft wird in eine Brennkraftmaschine gesaugt. Der Sensorkörper 3 hat in sich einen Bypassdurchgang 7. Eine durch das Auslassrohr 2 strömende Einlassluft wird teilweise durch den Bypassdurchgang 7 geführt. Der Bypassdurchgang 7 hat einen Einlass 7a und einen Auslass 7b, die dazwischen einen Abschnitt mit einer Kehrtwendung 7c (gekrümmter Abschnitt) definieren.
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Die Einlassluftströmungsrichtung wird bei dem Abschnitt mit Kehrtwendung 7c um im Wesentlichen 180 Grad geändert. Der Sensorkörper 3 hat eine in der Mitte gelegene Wand 8, die einen Einströmungsdurchgang 7d an der stromaufwärtigen Seite des Abschnitts mit Kehrtwendung 7c und einen Ausströmungsdurchgang 7e an der stromabwärtigen Seite des Abschnitts mit einer Kehrtwendung 7c abteilt. Bei den folgenden Beschreibungen wird eine Luft, die durch das Auslassrohr 2 in eine Richtung strömt, die durch den Pfeil in 1 angezeigt wird, als Hauptströmung bezeichnet. Ein Teil der Hauptströmung, die durch den Bypassdurchgang 7 strömt, wird als Bypassströmung bezeichnet.
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Der Einlass 7a des Bypassdurchgangs 7 öffnet sich weit, um sich von der vorderen Fläche des Sensorkörpers 3, die der Strömungsrichtung der Hauptströmung zugewandt ist, zu einer unteren Fläche des Körpers in Richtung des Einströmungsdurchgangs 7d zu erstrecken. Der Auslass 7b des Bypassdurchgangs 7 öffnet sich zu der unteren Körperfläche in Richtung dem Ausströmungsdurchgang 7e. Die Höhe des Einlasses 7a und die Höhe des Auslasses 7b sind voneinander verschieden. Der Auslass 7b liegt höher als der Einlass 7a, wie es in den 1, 2 dargestellt ist.
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Ein Schlitz (Fenster) 9 ist in einer Körperseitenfläche des Ausströmungsdurchgangs 7e ausgebildet. Wenn eine Gegenströmung in dem Auslassrohr 2 hervorgerufen wird, wird der durch die Gegenströmung hervorgerufene dynamische Druck durch den Schlitz 9 zu der Außenseite des Ausströmungsdurchgangs 7e abgegeben. Die Gegenströmung ist im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Hauptströmungsrichtung. Auf die 1, 2 bezogen, liegt der Schlitz 9 angrenzend an die in der Mitte befindliche Wand 8. Der Schlitz 9 steht mit dem Auslass 7b in Verbindung. Der Schlitz 9 liegt auf der Seite des Auslasses 7b um die Körperseitenfläche. Der Schlitz (das Fenster) 9 dient als eine Öffnung.
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Der Abtastteil 4 hat einen Wärmewiderstand 4a zum Erfassen der Einlassluftmenge, die in dem Bypassdurchgang 7 strömt, und einen Temperaturfühlwiderstand 4b zum Erfassen einer Lufttemperatur in dem Bypassdurchgang 7. Der Wärmewiderstand 4a und der Temperaturfühlwiderstand 4b sind über Anschlüsse 10 mit einer Kreistafel (nicht gezeigt) verbunden, die in dem Kreismodul 5 untergebracht ist. Das Abtastteil 4 ist stromaufwärts von dem Abschnitt mit Kehrtwendung 7c des Bypassdurchgangs 7 angeordnet. Das heißt, das Abtastteil 4 ist in dem Einströmdurchgang 7d angeordnet.
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Das Kreismodul 5 ist an einem oberen Ende des Sensorkörpers 3 vorgesehen. Das Kreismodul 5 liegt außerhalb des Auslassrohrs 2. Das Kreismodul 5 steuert einen elektrischen Strom, der durch den Wärmewiderstand 4a strömt, derart, dass ein Unterschied zwischen einer Temperatur des Wärmewiderstands 4a und einer Lufttemperatur, die durch den Temperaturfühlwiderstand 4b erfasst wird, konstant wird.
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Anschließend wird ein Betrieb der Strömungserfassungsvorrichtung 1 beschrieben.
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Wenn bei einem Maschinenstart eine Strömung (Hauptströmung von Luft in dem Auslassrohr 2) erzeugt wird, strömt die Hauptströmung teilweise in den Bypassdurchgang 7 des Sensorkörpers 3. In diesem Zustand, wenn ein Bypassdurchfluss groß wird, nimmt eine von dem Wärmewiderstand 4a abgegebene Wärme zu. Deshalb erhöht sich ein elektrischer Strom, der dem Wärmewiderstand 4a des Abtastteils 4, das in dem Bypassdurchgang 7 angeordnet ist, zugeführt wird, um den Temperaturunterschied zwischen dem Heizwiderstand 4a und einer Lufttemperatur konstant zu halten, die durch den Temperaturfühlwiderstand 4b erfasst wird. Umgekehrt nimmt eine von dem Heizwiderstand 4a abgegebene Wärme ab, wenn die Bypassströmungsrate klein wird. In diesem Zustand nimmt ein dem Heizwiderstand 4a zugeführter elektrischer Strom ab. Ein elektrisches Signal, wie beispielsweise ein Spannungssignal, das dem elektrischen Strom entspricht, der dem Heizwiderstand 4a zugeführt wird, wird von dem Kreismodul zu einer externen elektronischen Steuereinheit (ECU) ausgegeben, so dass die ECU die Lufteinlassmenge erfasst.
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Wenn im Gegensatz dazu eine Gegenströmung in dem Auslassrohr 2 hervorgerufen wird, wirkt ein dynamischer Druck der Gegenströmung an einer Auslassseitenfläche (Druckaufnahmefläche) 8a der in der Mitte befindlichen Wand 8 und der dynamische Druck kann zu der Außenseite des Bypassdurchgangs 7 durch den Schlitz 9 abgegeben werden, der in der Körperseitenfläche ausgebildet ist. Infolge dessen kann verhindert werden, dass die Gegenströmung in den Bypassdurchgang 7 treten kann, so dass eine überhöhte Erfassung auf Grund einer Erfassung der Gegenströmung, die in 16 durch die gepunktete Linie dargestellt ist, verhindert werden kann. Außerdem, wenn Luft von dem Einlass 7a in Richtung des Auslasses 7b durch den Bypassdurchgang 7 als die Abwärtsströmung strömt, verursacht der Schlitz 9 keinen Widerstand, der die Luftströmung behindert. Somit kann sich der Durchfluss der Abwärtsströmung in dem Bypassdurchgang 7 nicht erhöhen, so dass der Durchfluss stetig erfasst werden kann.
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Des Weiteren kann ein überhöhtes Erfassen auf Grund der Gegenströmung verhindert werden, indem nur der Schlitz 9 in der Körperseitenfläche des Ausströmungsdurchgangs 7e definiert wird. Deshalb kann die durch den Bypassdurchgang 7 strömende Gegenströmung kostengünstig und leicht unterdrückt werden. Daher kann ein Einsteckaufbau leicht an dem Auslassrohr 2 vorgesehen werden, verglichen mit dem Aufbau, bei dem das Hindernis 120 an der stromabwärtigen Seite des Auslasses des Bypassdurchgangs 110 vorgesehen ist, wie es in 17 gezeigt wird. Der Einsteckaufbau ist verglichen mit dem Aufbau, der in 17 gezeigt wird, dazu imstande, ein Eindringen einer Gegenströmung kostengünstig und leicht zu unterdrücken.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Schlitz 9 an der Körperseite um den Ausströmungsdurchgang 7e ausgebildet. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen einer Bypasslänge Lb des Bypassdurchgangs 7 und einer Schlitzlänge Ls des Schlitzes 9 und die Beziehung zwischen einer Bypassbreite Wb des Bypassdurchgangs 7 und einer Schlitzbreite Ws des Schlitzes 9 mit Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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Die Bypasslänge Lb ist die Länge zwischen dem Einlass 7a des Bypassdurchgangs 7 und dem Auslass 7b des Bypassdurchgangs 7. Die Bypassbreite Wb ist die Breite des Ausströmungsdurchgangs 7e bezüglich der Strömungsrichtung der Hauptströmung, die durch das Auslassrohr 2 tritt. Die Schlitzlänge Ls ist die Länge entlang der Richtung der Bypassströmung, die durch den Ausströmungsdurchgang 7e tritt. Die Schlitzbreite Ws ist die Breite des Schlitzes 9, der im Wesentlichen parallel mit der Bypassbreite Wb definiert ist.
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Die Bypasslänge Lb kann in Abhängigkeit von den Definitionen des Einlasses 7a und des Auslasses 7b variiert werden. Der minimale Abstand des Bypassdurchgangs 7 zwischen dem Einlass 7a und dem Auslass 7b kann als die Bypasslänge Lb definiert werden.
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Wie es bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, kann, wenn eine Gegenströmung in dem Auslassrohr 2 hervorgerufen wird, die Gegenströmung daran gehindert werden, in den Bypassdurchgang 7 einzutreten, indem der dynamische Druck, der auf die Druckaufnahmefläche 8a wirkt, durch den Schlitz 9 zu der Außenseite des Bypassdurchgangs 7 abgegeben wird. Folglich müssen die Schlitzlänge Ls und die Schlitzbreite Ws relativ zu der Bypasslänge Lb und der Bypassbreite Wn passend eingestellt werden, um den Schlitz 9 angemessen zu definieren.
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Daraufhin sind die Schlitzlänge Ls und die Schlitzbreite Ws relativ zu der Bypasslänge Lb und der Bypassbreite Wb in der folgenden Art und Weise vorgeschrieben. 0,05 < Ls/Lb < 0,25 (1) 0,2 < Ws/Wb < 0,5 (2)
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Bei der Formel (1) ist der Quotient, bei dem die Schlitzlänge (Öffnungslänge) Ls durch die Bypasslänge Lb geteilt wird, größer als 0,05 und kleiner als 0,25. Bei der Formel (2) ist der Quotient, bei dem die Schlitzbreite (Öffnungsbreite) Ws durch die Bypassbreite (Durchgangsbreite) Wb geteilt wird, größer als 0,2 und kleiner als 0,5.
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Zuerst wird die Formel (1) untersucht.
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Hier wird, jeweils mit dem Wert von Ls/Lb als Parameter, die Sensorausgabe bei sowohl einem Bereich, bei dem eine Gegenströmung hervorgerufen wird, als auch bei einem Bereich, bei dem keine Gegenströmung hervorgerufen wird, d. h., wenn die Abwärtsströmung erzeugt wird, gemessen.
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Wie es durch die durchgezogene Linie A in 4 angedeutet ist, wird die Sensorausgabe im Allgemeinen zu der reichhaltigen (hohen) Seite umgeschaltet, wenn eine Gegenströmung hervorgerufen wird. Bei einem Bereich, bei dem der Wert Ls/Lb von 0,05 bis in etwa 0,3 reicht, ist die Sensorausgabe gleich oder weniger als der Toleranzwert Rx auf der reichhaltigen Seite, so dass die Sensorausgabe innerhalb der Toleranz auf der reichhaltigen Seite liegt. Wie es durch die durchgezogene Linie A in 4 angedeutet ist, wird eine überhöhte Erfassung verursacht, wenn der Wert Ls/Lb weniger als 0,05 wird, und die Sensorausgabe wird übermäßig größer als die Toleranz Rx auf der reichhaltigen Seite. Es ist in diesem Fall denkbar, dass die Schlitzlänge Ls übermäßig kleiner als die Bypasslänge Lb ist. Infolge dessen kann die Gegenströmung nicht angemessen daran gehindert werden, in den Bypassdurchgang 7 einzutreten, und eine überhöhte Erfassung wird verursacht.
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Wie es durch die durchgezogene Linie B in 4 angedeutet ist, liegt die Sensorausgabe zwischen der Toleranz Rx auf der reichhaltigen Seite und der Toleranz Lx auf der knappen (niedrigen) Seite in dem Bereich, bei dem der Wert Ls/Lb gleich oder kleiner als 0,25 ist, wenn die Abwärtsströmung erzeugt wird. Wenn jedoch, wie es durch die durchgezogene Linie B in 4 angedeutet wird, der Wert Ls/Lb größer als 0,25 wird, wird die Sensorausgabe aufgrund einer unzureichenden Erfassung weniger als die Toleranz Lx auf der knappen Seite (siehe 16). In diesem Fall ist es denkbar, dass kein passender Trägheitseffekt durch den Bypassdurchgang 7 erzeugt wird. Infolge dessen wird eine unzureichende Erfassung verursacht, wenn die Abwärtsströmung erzeugt wird.
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Anschließend wird die Formel (2) untersucht.
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Die Sensorausgabe wird sowohl bei der Gegenströmung als auch bei der Abwärtsströmung mit dem Wert Ws/Wb als Parameter gemessen.
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Wie es durch die durchgezogene Linie A in 5 angedeutet wird, wenn die Gegenströmung hervorgerufen wird, wird die Sensorausgabe nicht größer als die Toleranz Rx auf der reichhaltigen Seite und liegt bei dem Fall, bei dem der Wert Ws/Wb gleich oder größer als 0,2 ist innerhalb der Toleranz auf der reichhaltigen Seite. Wenn der Wert Ws/Wb kleiner als 0,2 wird, kann die Gegenströmung nicht passend daran gehindert werden, in den Bypassdurchgang 7 einzutreten, und eine überhöhte Erfassung wird verursacht. Infolge dessen wird die Sensorausgabe übermäßig größer als die Toleranz Rx auf der reichhaltigen Seite, wenn der Wert Ws/Wb kleiner als 0,2 wird.
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Wie es durch die durchgezogene Linie B in 5 angedeutet ist, liegt die Sensorausgabe zwischen der Toleranz Rx auf der reichhaltigen Seite und der Toleranz Lx auf der knappen Seite bei dem Fall, bei dem der Wert Ws/Wb gleich oder kleiner als 0,5 ist, wenn eine Abwärtsströmung erzeugt wird. Jedoch wird, wie es durch die durchgezogene Linie B in 5 angedeutet ist, die Sensorausgabe kleiner als die Toleranz Lx auf der knappen Seite, wenn der Wert Ws/Wb größer als 0,5 wird. In diesem Fall ist es denkbar, dass ein passender Trägheitseffekt nicht durch den Bypassdurchgang 7 erzeugt wird. Infolge dessen wird eine unzureichende Erfassung bei einer Abwärtsströmung verursacht, wenn der Wert Ws/Wb größer als 0,5 ist.
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Wenn ein Welligkeitsfaktor größer als 100% und eine Gegenströmung verursacht wird, kann ein Eindringen der Gegenströmung in den Bypassdurchgang 7 nicht angemessen unterdrückt werden, wenn der Wert Ls/Lb weniger als 0,05 wird, oder wenn der Wert Ws/Wb weniger als 0,2 wird. Infolge dessen wird eine überhöhte Erfassung verursacht und die Sensorausgabe der Strömungserfassungsvorrichtung 1 wird größer als die Toleranz Rx auf der reichhaltigen Seite.
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Wenn der Welligkeitsfaktor gleich oder kleiner als 100% ist, kann eine Gegenströmung nicht hervorgerufen werden. Bei dieser Bedingung kann ein Trägheitseffekt nicht passend erzeugt werden und die zu der Zeit des Pulsierens durch den Bypassdurchgang 7 strömende Einlassluftmenge kann durch die Trägheit des Bypassdurchgangs 7 nicht passend in Richtung der reichhaltigen Seite korrigiert werden. Infolge dessen wird eine unzureichende Erfassung verursacht und die Sensorausgabe ist weniger als die Toleranz Lx auf der knappen Seite, wenn der Wert Ls/Lb größer als 0,25 oder wenn der Wert Ws/Wb größer als 0,5 wird.
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Wie es von den Ergebnissen der Erfassung ersichtlich ist, kann eine überhöhte Erfassung bei einer Gegenströmung reduziert werden und eine unzureichende Erfassung bei einer Abwärtsströmung kann reduziert werden, indem die Werte der Schlitzlänge Ls und der Schlitzbreite Ws relativ zu der Bypasslänge Lb und der Bypassbreite Wb beispielsweise durch Erfüllen der Beziehungen der Formel (1) und der Formel (2) geeignet eingestellt werden. Somit kann die Sensorausgabe zwischen dem Toleranzwert Rx auf der reichhaltigen Seite und dem Toleranzwert Lx auf der knappen Seite gehalten werden. Infolge dessen kann ein Ausgabefehler verringert werden, so dass die Genauigkeit der Strömungserfassungsvorrichtung 1 verbessert werden kann.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Unter Bezugnahme auf 6 beschreibt das dritte Ausführungsbeispiel ein Beispiel, bei dem ein Hindernis 11 an der Druckaufnahmefläche 8a der in der Mitte befindlichen Wand 8 vorgesehen ist. Die in der Mitte befindliche Wand 8 teilt den Einlassdurchgang 7d von dem Ausströmdurchgang 7e ab. Das Hindernis 11 dient als eine Gegenströmungsverhinderungseinheit.
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Das Hindernis 11 ist an dem Auslass 7b der in der Mitte befindlichen Wand 8 in dem Ausströmungsdurchgang 7e vorgesehen. Das Hindernis 11 steht von der mittleren Wand 8 hervor. Das Hindernis 11 hat eine Höhe, die von der stromaufwärtigen Seite des Ausströmungsdurchgangs 7e in Richtung der stromabwärtigen Seite des Ausströmungsdurchgangs 7e schrittweise zunimmt. Die Höhe des Hindernisses 11 nimmt in 6 von oben nach unten schrittweise zu.
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Das an der mittleren Wand 8 vorgesehene Hindernis 11 dient als ein Widerstand zu einem dynamischen Druck, so dass das Hindernis 11 angepasst ist, um ein Eindringen der Gegenströmung bei dem Fall zu verhindern, bei dem die Gegenströmung in dem Auslassrohr 2 hervorgerufen wird und ein dynamischer Druck der Gegenströmung auf die Druckaufnahmefläche 8a der mittleren Wand 8 aufgebracht wird. Daher kann eine überhöhte Erfassung verhindert werden, wenn die Gegenströmung hervorgerufen wird.
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Außerdem, wenn die Abwärtsströmung von dem Einlass 7a in Richtung dem Auslass 7b in dem Bypassdurchgang 7 durchströmt, strömt die Luft in die Richtung, in der die Höhe des Hindernisses 11 zunimmt, so dass die Abwärtsströmung nicht übermäßig von dem Hindernis 11 behindert wird, sondern leicht über das Hindernis 11 gelangen kann. Infolge dessen nimmt die Durchflussmenge der Abwärtsströmung in dem Bypassdurchgang 7 nicht übermäßig ab, so dass eine Strömungserfassung zuverlässig ausgeführt werden kann.
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Ferner ist es nicht erforderlich, irgendein Hindernis wie beispielsweise das Hindernis 120 in 17, in dem Auslassrohr 2 ähnlich, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, vorzusehen, so dass der Aufbau der Strömungserfassungsvorrichtung 1 bei einem Steckaufbau angewendet werden kann, der beispielsweise angepasst ist, um in dem Auslassrohr 2 befestigt zu werden. Der Steckaufbau ist dazu im Stande, verglichen mit dem in 17 gezeigten Aufbau ein Eindringen einer Gegenströmung kostengünstig und zuverlässig zu verhindern.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Strömungserfassungsvorrichtung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt. Bei diesem Beispiel ist ein Vorsprung 12 an der Druckaufnahmefläche 8a der mittleren Wand 8 vorgesehen. Der Vorsprung 12 dient als die Gegenströmungsverhinderungseinheit. Der Vorsprung 12 ist an der Druckaufnahmefläche 8a vorgesehen, an der ein dynamischer Druck direkt auf die mittlere Wand 8 aufgebracht wird. Der Vorsprung 12 erstreckt sich von dem Auslass 7b des Bypassdurchgangs 7 abwärts in 7. Der Vorsprung 12 steht in einer dreiecksförmigen Art und Weise von beiden Seiten der Druckaufnahmefläche 8a bezüglich der Richtung einer Gegenströmung hervor.
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Bei einem derartigen Aufbau, wenn die Gegenströmung in dem Auslassrohr 2 hervorgerufen wird, kann ein dynamischer Druck der Gegenströmung zur Außenseite des Ausströmungsdurchgangs 7e entlang beider schräger Flächen des Vorsprungs 12 abgegeben werden, die an der Druckaufnahmefläche 8a der mittleren Wand 8 vorgesehen sind. Deshalb kann die Gegenströmung daran gehindert werden, in den Bypassdurchgang 7 einzudringen. Infolge dessen ist es möglich, eine überhöhte Erfassung zu verhindern, wenn die Gegenströmung hervorgerufen wird. Somit kann eine Zuverlässigkeit und eine Genauigkeit der Strömungserfassungsvorrichtung 1 erhöht werden.
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Der Vorsprung 12 ist nicht darauf beschränkt, in dem Bereich vorgesehen zu sein, der unterhalb des Auslasses 7b in dem Bypassdurchgang 7 liegt. Wie es in 8 gezeigt ist, kann der Vorsprung 12 an der Druckaufnahmefläche 8a der mittleren Wand 8 vorgesehen sein, um sich in den Ausströmungsdurchgang 7e zu erstrecken. Der Vorsprung 12 ist nicht darauf beschränkt, einen dreiecksförmigen Querschnitt zu haben, wie es in 7 gezeigt wird. Wie es in 9 gezeigt wird, kann der Vorsprung 12 einen bogenförmigen Querschnitt haben. Alternativ kann der Vorsprung 12 einen konvexförmigen Querschnitt haben, wie es in 10 gezeigt wird.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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Bei diesem Beispiel wird eine abgeänderte Form des Vorsprungs 12 in dem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Wie es in 11 gezeigt wird, ist der Vorsprung 12 im Wesentlichen pyramidenförmig vorgesehen, wobei er eine Spitze 12a bezüglich der Richtung der Breite und der Richtung der Länge der Druckaufnahmefläche 8a hat. Die Längsrichtung des Vorsprungs 12 entspricht der vertikalen Richtung in 11.
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Zusätzlich, wie es in 12 gezeigt wird, kann die Spitze 12a des Vorsprungs 12 stromaufwärts des Auslasses 7b vorgesehen sein und kann teilweise in dem Bypassdurchgang 7 liegen.
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Mit einem derartigen Aufbau kann die Gegenströmung entlang der Flächen, an denen der dynamische Druck der Gegenströmung aufgebracht wird, zur Außenseite abgegeben werden, selbst wenn eine Gegenströmung in dem Auslassrohr 2 hervorgerufen wird. Das heißt, die jeweiligen schrägen Flächen des Vorsprungs 12, die zur Außenseite des Auslasses 7b des Bypassdurchgangs 7 vorstehen, sind in Richtungen geneigt, in denen der dynamische Druck der Gegenströmung nach außen abgegeben wird. Die Flächen des Vorsprungs 12 sind entgegengesetzt zu der Richtung geneigt, in der der dynamische Druck der Gegenströmung in den Bypassdurchgang 7 einwirkt, so dass die Gegenströmung wirksam daran gehindert werden kann, in den Bypassdurchgang 7 einzutreten. Infolge dessen kann eine überhöhte Erfassung verhindert werden, wenn die Gegenströmung hervorgerufen wird. Somit kann eine Zuverlässigkeit und eine Genauigkeit der Strömungserfassungsvorrichtung 1 erhöht werden.
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Außerdem ist der Vorsprung 12 im Wesentlichen pyramidenartig vorgesehen, wobei er die Spitze 12a bezüglich der Richtung der Breite und der Richtung der Länge der Druckaufnahmefläche 8a hat. Das heißt, die schräge Fläche 12b (12) ist von der Spitze 12a stromaufwärts zu dem Bypassdurchgang 7 geneigt, so dass die Luftströmung, die von dem Einlass 7a in Richtung dem Auslass 7b in dem Bypassdurchgang 7 durchtritt, von dem Vorsprung 12 nicht übermäßig blockiert wird, sondern leicht über den Vorsprung 12 treten kann. Infolge dessen nimmt der Durchfluss in dem Bypassdurchgang 7 nicht übermäßig ab, so dass eine Strömungserfassung stabil ausgeführt werden kann.
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Auf 11 bezogen, ist der Vorsprung 12 geformt, dass er Kantenlinien aufweist, die von der Spitze 12a in Richtung beider Ecken an dem Endstück der Druckaufnahmefläche 8a führen. Alternativ kann der Vorsprung 12 geformt sein, um Kantenlinien aufzuweisen, die von der Spitze 12a des Vorsprungs 12 im Wesentlichen in Richtung einer Mitte zwischen den Endstücken der Druckaufnahmefläche 8a führen. Außerdem, wie es in den 14, 15 gezeigt ist, kann sich der Vorsprung 12 in den Ausströmungsdurchgang 7e erstrecken.
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(Abwandlungen)
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Die vorstehenden Aufbauweisen der Ausführungsbeispiele können soweit erforderlich kombiniert werden. Beispielsweise kann der Schlitz 9 (Fenster, Öffnung) gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel mit der Strömungserfassungsvorrichtung 1 gemäß dem dritten bis fünften Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Dabei kann der Schlitz 9 den dynamischen Druck der Gegenströmung zusätzlich zu den Wirkungen des Hindernisses 11 oder des Vorsprungs 12, die an der Druckaufnahmefläche 8a vorgesehen sind, zur Außenseite des Ausströmungsdurchgangs 7e abgeben. Daher kann ein Eindringen der Gegenströmung in den Bypassdurchgang 7 weiter wirksam unterdrückt werden.
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Der Schlitz 9 (Fenster) ist nicht auf die Form bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschränkt. Der Schlitz 9 (Fenster) kann verschiedene Öffnungen in verschiedenen Formen haben, solange der Schlitz 9 (Fenster, Öffnung) dazu im Stande ist, den dynamischen Druck der Gegenströmung abzugeben.
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Der bei der Strömungserfassungsvorrichtung 1 vorgesehene Luftfilter 100 kann eine Filtervorrichtung aufweisen, um in der Einlassluft enthaltene Fremdstoffe zu entfernen. Die Strömungserfassungsvorrichtung 1 ist nicht darauf beschränkt, bei dem Auslassrohr 2 des Luftfilters 100 angebracht zu werden. Die Strömungserfassungsvorrichtung 1 kann beispielsweise bei einem Drosselkörper 200 vorgesehen werden. Der Drosselkörper 200 kann eine Drosselvorrichtung bilden, die zum Steuern der Menge an Einlassluft, die in die Maschine strömt, angepasst ist.
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Das von der Strömungserfassungsvorrichtung 1 erfasste Fluid ist nicht auf Einlassluft beschränkt. Die Strömungserfassungsvorrichtung 1 kann angewendet werden, um jegliche andere Fluidströmung zu erfassen, die sowohl eine Abwärtsströmung als auch eine Gegenströmung verursacht.
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Verschiedene Abwandlungen und Abwechslungen können bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen unterschiedlich hergestellt werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
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Eine Strömungserfassungsvorrichtung (1) ist an einem Fluiddurchgang (2a) vorgesehen, durch den eine Hauptströmung eines Fluids durchströmt. Ein Sensorkörper (3) hat einen Bypassdurchgang (7), durch den eine Bypassströmung von der Hauptströmung durchströmt. Der Bypassdurchgang (7) hat einen gekrümmten Abschnitt (7c), der auf halbem Weg durch den Bypassdurchgang (7) liegt, und einen Ausströmungsdurchgang (7e), der stromabwärts des gekrümmten Abschnitts (7c) liegt. Die Strömungsrichtung der Bypassströmung ändert sich durch den Bypassdurchgang (7) bei dem gekrümmten Abschnitt (7c) in Richtung des Ausströmungsdurchgangs (7e). Ein Heizelement (4a) ist in dem Bypassdurchgang (7) angeordnet. Das Heizelement (4a) erzeugt eine Wärme, indem es mit einer Elektrizität versorgt wird, um einen Fluiddurchfluss zu erfassen. Der Sensorkörper (3) hat eine Seitenfläche, die eine Öffnung (9) definiert, durch die ein von einer Gegenströmung verursachter dynamischer Druck zu einer Außenseite des Ausströmdurchgangs (7e) abgegeben wird, wenn ein Fluid eine Gegenströmung in dem Fluiddurchgang (2a) in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Strömungsrichtung der Hauptströmung hervorruft.
