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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Luftdurchsatzmessvorrichtung und insbesondere auf eine Umgehungs-Luftdurchsatzmessvorrichtung, die einen Umgehungskanal aufweist, in den ein Teil der durch einen Hauptkanal strömenden Luft eingeführt wird.
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Die Druckschriften
JP H10-142020 A (
US 5 948 975 A ) und
JP H11-511262 A (
US 6 148 663 A ) offenbaren Luftdurchsatzmessvorrichtungen mit Umgehungskanälen. Die in den Druckschriften offenbarte Luftdurchsatzvorrichtung hat ein Trennelement, das den Umgehungskanal trennt, und ein Sensorelement mit einem Fühlerelement. Das Sensorelement ist an einer Fläche des Trennelementes angeordnet. Die Luftdurchsatzmessvorrichtung hat des Weiteren ein Paar abgeschrägte Flächen, die der Fühlerebene des Sensorelements zugewandt sind. Somit ist die abgeschrägte Fläche dem Sensorelement zugewandt und definiert eine Wand, die sich dem Sensorelement in einer Strömungsrichtung nähert.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die abgeschrägte Fläche Staub und klebrigen Staub in der Luftströmung zu dem Sensorelement leiten. Das Sensorelement kann durch den Staub beschädigt oder verschmutzt werden, und es wird durch den klebrigen Staub bedeckt. Infolgedessen kann sich das Sensorelement verschlechtern.
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Andererseits kann in dem Hauptkanal strömender Staub in einfacher Weise das Sensorelement erreichen, da der Umgehungskanal, in dem das Sensorelement angeordnet ist, parallel zu dem Hauptkanal angeordnet ist und direkt zu der stromaufwärtigen Seite des Hauptkanals mündet. Um eine Fühlerfunktion für eine lange Zeitperiode aufrechtzuerhalten, ist es wichtig, das Sensorelement vor dem Staub in der Luftströmung zu schützen.
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Andererseits ist es gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau möglich, eine Schwankung und eine Pulsierung der Luftströmung in einer Richtung zu reduzieren, die senkrecht zu der Fühlerebene des Sensorelements ist, da die abgeschrägte Fläche einen Normalabstand zwischen dem Sensorelement und der abgeschrägten Fläche verringert. Jedoch beeinträchtigt die Luftdurchsatzschwankung in einer Richtung, die parallel zu der Fühlerebene des Sensorelements ist, nach wie vor die Abgabe des Sensorelements.
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Die Druckschrift
DE 41 32 050 A1 offenbart eine Luftmessvorrichtung mit einem im Bereich eines Messwiderstands konvergent ausgebildeten Abschnitt eines Luftbypasskanals in einem Strömungskanaleinsatz. Dadurch wird die Luftströmung beschleunigt und die Auswirkungen von Störungen auf ein Messelement können vermindert werden. Somit offenbart die D1 eine Luftmessvorrichtung in der eine Luftströmung dreidimensional gedrosselt wird.
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Die Druckschrift
US 6 223 594 B1 offenbart ein Luftstrommessgerät mit einem Umgehungskanal und einer stromaufwärts einer Strömungsmengenmessvorrichtung angeordneten Drosseleinheit. Die Drosseleinheit weist im Wesentlichen zwei dicker werdende Seitenwände auf, wodurch eine Luftströmung beschleunigt wird. Somit erfolgt eine Drosselung gemäß dieser Druckschrift in einer zweidimensionalen Weise.
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Die Druckschrift
DE 197 24 659 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Messen einer Gasflussrate mit einem U-förmigen Umgehungsdurchgang. Der Umgehungsdurchgang weist einen Durchgangsbeschränkungsabschnitt auf, in dem eine Querschnittsänderung durch ein Zusammenziehen von zwei Wänden entlang der Strömungsrichtung, d.h. in einer zweidimensionalen Weise, erfolgt.
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Die Druckschrift
DE 199 57 437 A1 offenbart eine Strömungsratenmessvorrichtung in der ein Strömungsmitteldurchgang einen Messdurchgang aufweist, der verengt ist, indem er wenigstens einen Abschnitt aufweist der sich glatt oder sanft in einer stromabwärtigen Richtung der Strömung in einer longitudinalen Richtung einer länglichen Gestalt hin verengt. Dies erfolgt durch das Zueinanderführen von zwei gegenüberliegenden Kanalwänden, d.h. in einer zweidimensionalen Weise. In einer zweiten Aufführungsform ist der Bereich durch das Zusammenführen von insgesamt vier Wänden in einer dreidimensionalen Weise verengt.
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Aus der Druckschrift
US 2001/0049970 A1 ist eine Fluidströmungsmessvorrichtung bekannt, die in einem Umgehungskanal im Bereich eines Wärmeströmungssensors an einer Wand oder an zwei gegenüberliegenden Wänden konvex ausgebildete Abschnitte aufweist, die zu einer Drosselung der Strömung führen. Somit erfolgt gemäß dieser Druckschrift eine Drosselung in einer zweidimensionalen Weise.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luftdurchsatzmessvorrichtung vorzusehen, die das Sensorelement vor Fremdkörpern oder Staub in der Luftströmung schützen kann und die einen Einfluss einer Luftströmungsschwankung reduzieren kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Luftdurchsatzmessvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden gemäß den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung begrenzt ein Fühlerkanal einen Querschnittsflächeninhalt eines Umgehungskanals entlang einer Längsrichtung des Umgehungskanals zumindest vor einem Sensorelement. Der Fühlerkanal ist zumindest in einer Breite in einer seitlichen Richtung hinsichtlich des Sensorelements begrenzt. Es ist möglich, eine Begrenzungsvorrichtung in dem Umgehungskanal zu definieren. Eine derartige Begrenzungsvorrichtung kann dadurch erhalten werden, dass die Breite in der seitlichen Richtung begrenzt wird. Daher ist es möglich, eine Schwankung und eine Pulsierung in der seitlichen Richtung zu reduzieren. Andererseits ermöglicht die Anordnung eine relativ breitere senkrechte Breite des Fühlerkanals an dem Sensorelement. Daher ist es möglich, das Sensorelement vor einer Beschädigung zu schützen, die durch einen Fremdkörper oder Staub hervorgerufen werden würde.
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Zusätzlich kann der Fühlerkanal in beiden Breiten in der seitlichen Richtung in einer Breite in einer senkrechten Richtung begrenzt werden, die senkrecht zu dem Sensorelement ist. Diese Anordnung bewirkt auch eine Reduzierung der Schwankung und der Pulsierung.
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Weitere Vorteile werden ebenso wie die Betriebsweisen und die Funktionen der zugehörigen Bauteile aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich, die alle Bestandteil dieser Anmeldung sind. Zu den Zeichnungen:
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1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Luftdurchsatzmessvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine Draufsicht eines Einlasses eines Fühlerkanals gemäß dem Vergleichsbeispiel zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt eine Querschnittsansicht des Fühlerkanals entlang einer Linie III-III in der 2 gemäß dem Vergleichsbeispiel zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt eine Querschnittsansicht des Fühlerkanals entlang einer Linie IV-IV in der 2 gemäß dem Vergleichsbeispiel zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt eine Explosionsdarstellung des Fühlerkanals gemäß dem Vergleichsbeispiel zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Fühlerkanals gemäß dem Vergleichsbeispiel zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung;
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7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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10 zeigt eine Querschnittansicht eines Fühlerkanals gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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11 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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12 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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13 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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14 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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15 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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16 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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17 zeigt eine Längsschnittansicht einer Luftdurchsatzmessvorrichtung gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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18 zeigt eine Draufsicht eines Einlasses eines Fühlerkanals gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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19 zeigt eine Querschnittsansicht des Fühlerkanals entlang einer Linie XIX-XIX in der 18 gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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20 zeigt eine Querschnittsansicht des Fühlerkanals entlang einer Linie XX-XX in der 18 gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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21 zeigt eine grafische Darstellung eines Rauschniveaus eines Abgabesignals der Luftdurchsatzmessvorrichtung in Abhängigkeit von L2/H gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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22 zeigt eine grafische Darstellung einer Erfassungsgenauigkeit der Luftdurchsatzmessvorrichtung in Abhängigkeit von W/H gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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23 zeigt eine grafische Darstellung einer Lebensdauer einer Luftdurchsatzmessvorrichtung, wobei die Lebensdauer durch Symbole X (beschädigt) und O (ohne Schaden) gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel angegeben ist;
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24 zeigt eine Zeitkarte von Abgabesignalen gemäß dem Vergleichsbeispiel zum besseren Verständnis der Erfindung und dem siebenten Ausführungsbeispiel;
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25 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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26 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegen Erfindung;
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27 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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28 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fühlerkanals gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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29 zeigt eine Draufsicht eines Einlasses eines Fühlerkanals gemäß einem weiteren Vergleichsbeispiel.
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Die Erfindung wird anhand von Vergleichsbeispielen zum besseren Verständnis und Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf die 1 ist eine Luftdurchsatzmessvorrichtung 1 an einem Einlassrohr 10 einer Kraftmaschine für ein Fahrzeug angeordnet. Die Luftdurchsatzmessvorrichtung 1 erfasst eine Luftdurchsatzmenge, die durch die Kraftmaschine eingezogen wird, und sie gibt ein Signal ab, das die erfasste Luftdurchsatzmenge angibt. Das Einlassrohr 10 definiert einen Hauptkanal, in dem eine Hauptluftströmung in einer Längsrichtung X1 strömt, wie dies in der 1 gezeigt ist. Auch wenn das Einlassrohr 10 horizontal dargestellt ist, kann das Einlassrohr 10 vertikal an dem Fahrzeug angeordnet sein.
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Das Einlassrohr 10 hat ein Durchgangsloch und einen Montagesockel an seiner Wand. Die Luftdurchsatzmessvorrichtung 1 ist in dem Einlassrohr 10 eingefügt und an diesem angebracht. Die Luftdurchsatzmessvorrichtung 1 ist als eine Steckerbauart ausgeführt. Die Luftdurchsatzmessvorrichtung 1 hat einen Sockelabschnitt 2, einen Umgehungsdefinierabschnitt 3 und einen elektrischen Fühlerabschnitt 4. Der Sockelabschnitt ist an dem Montagesockel angebracht, der an dem Einlassrohr 10 ausgebildet ist, und er stützt den Umgehungsdefinierabschnitt 3 und den elektrischen Fühlerabschnitt 4. Der Umgehungsdefinierabschnitt 3 ist mit einer im Allgemeinen säulenartigen Form ausgebildet, die in das Einlassrohr 10 hineinragt. Ein O-Ring ist zwischen dem Umgehungsdefinierabschnitt 3 und dem Einlassrohr 10 angeordnet. Der elektrische Fühlerabschnitt 4 ist an dem Umgehungsdefinierabschnitt 3 angebracht und hat einen elektrischen Stecker an dem Sockelabschnitt 2.
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Das Umgehungsdefinierelement 3 hat einen ersten Säulenabschnitt und einen zweiten Säulenabschnitt, der an der stromaufwärtigen Seite des ersten Säulenabschnitts angeordnet ist. In dem ersten Säulenabschnitt ist ein Umgehungskanal 31 definiert. In dem zweiten Säulenabschnitt ist der elektrische Fühlerabschnitt 4 gestützt. Der Umgehungskanal 31 ist im Allgemeinen mit einer U-Form oder einer Ω-Form (Omega) ausgebildet, und er hat einen Einlass 32 und einen Auslass 33. Der Umgehungskanal 31 erstreckt sich im Allgemeinen senkrecht zu der Längsrichtung X1 des Einlassrohrs 10.
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Der Einlass 32 ist an der Mitte des Einlassrohrs 10 angeordnet und mündet zu einer stromaufwärtigen Seite des Einlassrohrs 10. Der Einlass 32 nimmt direkt eine Luftströmung in der Längsrichtung X1 in dem Einlassrohr 10 auf. Der Einlass 32 hat den größten Querschnittsflächeninhalt in dem Umgehungskanal 31. Der Umgehungskanal 31 hat einen U-Kurvenabschnitt 34, der an seiner Mitte ausgebildet ist. Der Umgehungskanal 31 hat einen stromaufwärtigen geraden Abschnitt 35 zwischen dem Einlass 31 und dem U-Kurvenabschnitt 34. Der Umgehungskanal 31 hat des Weiteren einen stromabwärtigen Abschnitt 36 zwischen dem U-Kurvenabschnitt 34 und dem Auslass 33. Der stromabwärtige Abschnitt 36 ist mit einer S-Form an seiner stromabwärtigen Seite gekrümmt, so dass der Auslass 33 geringfügig stromaufwärts des Einlassrohrs 10 versetzt ist. Der Auslass 33 ist geringfügig stromabwärts von dem Einlass 32 in dem Einlassrohr 10 angeordnet. Der Auslass 33 mündet im Allgemeinen zur stromabwärtigen Seite des Einlassrohrs 10.
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Der Umgehungskanal 31 hat eine Einlassbiegung 37 zwischen dem Einlass 32 und dem stromaufwärtigen geraden Abschnitt 34. Die Einlassbiegung 37 ist mit geschmeidig gekrümmten Flächen definiert, und sie definiert eine Biegung von 90° Grad. Der Umgehungskanal 31 hat einen Fühlerkanal 38 in dem stromaufwärtigen geraden Abschnitt 35. Die Einlassbiegung 37 und ein Bauelement, das die Einlassbiegung 37 definiert, erschweren es, dass der Fühlerkanal 38 direkt von dem Einlass 32 erreicht wird.
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Der Fühlerkanal 38 ist durch ein Bauelement 39 definiert. Das Bauelement 39 ist einstückig mit dem elektrischen Fühlerabschnitt 4 montiert. Der elektrische Fühlerabschnitt 4 hat eine Sensorspitze 41, die in dem Fühlerkanal 38 angeordnet ist. Die Sensorspitze 41 ist ein Sensorelement bei diesem Vergleichsbeispiel. Die Sensorspitze 41 ist mit einer plattenartigen Form ausgebildet. Die Sensorspitze 41 hat eine Fläche, die in dem Fühlerkanal 38 freiliegt. Die freiliegende Fläche ist eben. Die Sensorspitze 41 ist als eine Wärme-Luftdurchsatzvorrichtung vorgesehen, die zumindest ein Heizelement und zumindest ein Sensorelement aufweist. Bei diesem Vergleichsbeispiel sind das Heizelement und das Sensorelement an der ebenen Fläche der Sensorspitze 41 ausgebildet. Die Sensorspitze 41 ist ein uni-direktionaler Sensor, der eine Luftdurchsatzmenge erfasst, die von dem Einlass 32 zu dem Auslass 33 in der Längsrichtung X2 strömt. Der elektrische Fühlerabschnitt 4 hat eine Sensorschaltung 42, die die Sensorspitze 41 so antreibt, dass sie jenes Signal erzeugt, das die Luftdurchsatzmenge angibt.
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Der Fühlerkanal 38 und insbesondere die innerhalb des Fühlerkanals 38 angeordnete Sensorspitze 41 liegen nicht direkt an der stromaufwärtigen Seite des Einlassrohrs 10 frei. Bei diesem Vergleichsbeispiel verdeckt das Umgehungskanalelement 3 die Sensorspitze 41, so dass die Sensorspitze 41 von dem Einlass 32 entlang der Längsachse X1 nicht sichtbar ist. Daher ist die Sensorspitze 41 vor Fremdkörpern oder Staub geschützt. Falls der Fremdkörper oder Staub in den Umgehungskanal 31 eintreten, dann reduziert die Einlassbiegung 37 die Geschwindigkeit des Fremdkörpers oder des Staubs, bevor diese die Sensorspitze 41 erreichen. Daher ist es möglich, eine Beschädigung der Sensorspitze 41 zu reduzieren.
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In der 1 gibt eine Achse X1 die Längsrichtung des Einlassrohrs 10 an. Eine Achse Y1 gibt eine Einfügungsrichtung der Luftdurchsatzmessvorrichtung 1 sowie eine Ausdehnungsrichtung des Umgehungskanals 31 an. Eine Achse Z1, die senkrecht zu den Achsen X1 und Y1 ist, ist nicht dargestellt. Eine Achse X2 ist parallel zu der Sensorspitze 41 und parallel zu einer Längsrichtung des Fühlerkanals 38 definiert. Die Achse X2 ist parallel zu einer Strömungsrichtung in dem Fühlerkanal 38. Die Achse X2 ist außerdem parallel zu der Ausdehnungsrichtung des Umgehungskanals 31. Eine Achse Y2 ist parallel zu der Sensorspitze 41 und senkrecht zu der Achse X2 definiert. Die Achse Y2 gibt eine seitliche Richtung des Fühlerkanals 38 an. Auch wenn eine Achse Z2 nicht in der 1 dargestellt ist, so gibt die Achse Z2 eine senkrechte Richtung zu der Sensorspitze 41 an. Die Achsen X2, Y2 und Z2 sind in den folgenden Figuren auch dargestellt.
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Unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 wird das Bauelement 39 im Einzelnen beschrieben. Das Bauteil 39 hat ein Außenelement 3A und ein Trennelement 3B. Das Außenelement 3A ist wie ein rechteckiger Durchlass ausgebildet, der einen Schlitz aufweist, in dem das Trennelement 3B aufgenommen ist. Die Außenseite des Außenelements 3A ist eine quaderförmige Stange. Das Außenelement 3A hat keilförmige Wände. Jede Wand wird in der Längsrichtung X2 dicker. Das Innere des Außenelements 3A hat vier geneigte Flächen 3C, 3D, 3E, 3F zum Definieren einer Strömungsbegrenzungsvorrichtung. Daher wird der Querschnittsflächeninhalt des Fühlerkanals 38 von einem Einlass des Fühlerkanals 38 in einer Strömungsrichtung allmählich verringert. Das Bauelement 39 sorgt für eine plötzliche Ausdehnung des Querschnittsflächeninhalts an einem Auslass des Fühlerkanals 38. Das Bauelement 39 hat ein Profil zum Verringern einer Luftströmung in einer Rückwärtsrichtung der Längsrichtung X2. Die keilförmigen Wände des Außenelements 3A verhindern in wirksamer Weise, dass eine Rückwärtsströmung in den Fühlerkanal 38 eintritt.
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Das Trennelement 3B ist an der Mitte des Fühlerkanals 38 angeordnet, um den Fühlerkanal 38 in zwei unabhängige Kanäle zu trennen. Das Trennelement 3B stützt die Sensorspitze 41 an einer von seinen Flächen. Das Trennelement 3B stützt außerdem die Sensorschaltung 42 an seinem Ende. Das Trennelement 3B ist parallel zu der Längsrichtung X1 des Einlassrohrs 10 angeordnet. Daher können die in den Umgehungskanal eintretenden Fremdkörper und Staub nicht direkt auf die Sensorspitze 41 treffen.
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Ein Paar Flächen 3C und 3D ist derart abgeschrägt vorgesehen, dass eine seitliche Breite des Fühlerkanals 38 entlang der Achse Y2 von dem Einlass zu dem Auslass des Fühlerkanals 38 allmählich verringert wird. Daher wird eine an der Fläche der Sensorspitze 41 strömende Luftströmung in der seitlichen Richtung Y2 der Sensorspitze 41 beschränkt.
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Ein Paar Flächen 3E und 3F ist derart abgeschrägt vorgesehen, dass eine senkrechte Breite des Fühlerkanals 38 entlang der Achse Z2 von dem Einlass zu dem Auslass des Fühlerkanals 38 allmählich verringert wird. Insbesondere die Fläche 3F gegenüber der Sensorspitze 41 nähert sich allmählich der Sensorspitze 41 und dem Trennelement 3B. Daher wird die an der Fläche der Sensorspitze 41 strömende Luftströmung in der senkrechten Richtung Z2 der Sensorspitze 41 beschränkt.
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Des Weiteren ist es möglich, eine Begrenzung in der senkrechten Richtung Z2 zu reduzieren oder zu minimieren, da der Fühlerkanal 38 außerdem in der seitlichen Richtung Y2 begrenzt ist, um eine ausreichende Begrenzung zu erhalten. Zum Beispiel ist es möglich, den senkrechten Abstand zwischen der Sensorspitze 41 und der Fläche 3F zu vergrößern. Infolgedessen ist es möglich, eine Beschädigung der Sensorspitze 41 zu reduzieren, die durch Fremdkörper und Staub hervorgerufen werden würde, die zu der Sensorspitze 41 durch die geneigte Fläche 3F geleitet werden.
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Beim Betrieb, wenn eine Hauptluftströmung in dem Einlassrohr 10 strömt, dann wird ein vorbestimmtes Verhältnis der Hauptluftströmung in den Umgehungskanal 31 als eine Umgehungsluftströmung eingeführt. Die Umgehungsluftströmung wird an der Einlassbiegung 37 in einem Winkel von 90° Grad abgelenkt. Die Einlassbiegung 37 reduziert die kinetische Energie eines Fremdkörpers und Staub, die in den Einlass 32 eintreten. Die Umgehungsluftströmung wird zu einer einheitlichen Strömung durch den beschränkenden Fühlerkanal 38 beschränkt und reguliert. Der Fühlerkanal 38 ist nicht nur in der senkrechten Richtung Z2 sondern auch in der seitlichen Richtung Y2 begrenzt. Infolgedessen hat der Fühlerkanal 38 eine relativ größere Breite in der senkrechten Richtung Z2 aufgrund der Begrenzung in der seitlichen Richtung Y2, die durch die Flächen 3C und 3D vorgesehen ist. Die Fühlerschaltung 42 aktiviert die Sensorspitze 41 und erfasst eine Umgehungsluftströmungsmenge. Da das Verhältnis der Hauptluftströmung und der Umgehungsluftströmung durch eine Konfiguration der Luftdurchsatzmessvorrichtung 1 definiert ist, gibt die erfasste Umgehungsluftströmungsmenge proportional die Hauptluftströmungsmenge an.
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Wie dies vorstehende beschrieben ist, ist die Sensorspitze 41 vor Fremdkörpern und Staub geschützt. Andererseits ist es möglich, eine Schwankung der an der Sensorspitze 41 strömenden Luftströmung zu reduzieren.
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Die Form der Wände des Außenelements 3A kann entsprechend einer Anforderung geändert werden. Zum Beispiel im Falle einer Verwendung eines bidirektionalen Sensors für die Sensorspitze 41 kann das Außenelement 3A Wände aufweisen, die in der Längsrichtung X2 symmetrisch sind.
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Nachfolgend werden andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden dieselben Bezugszeichen zum Bezeichnen derselben Bauelemente aus dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet, um eine doppelte Beschreibung zu vermeiden.
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Die 7 und 8 zeigen ein zweites Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 7 zeigt eine Ansicht entsprechend der 3. Die 8 zeigt eine Ansicht entsprechend der 4. Ein Außenelement 23A definiert geneigte Flächen 23C, 23D, 23E und 23F, die länger als das Trennelement 3B sind und an dem Einlass 32 beginnen. Die Einlassbiegung 37 ist innerhalb des Außenelements 23A ausgebildet. Das Außenelement 23A definiert eine längere Begrenzungsvorrichtung als das erste Ausführungsbeispiel. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Genauigkeit der Erfassung bei einer bestimmten Anwendung zu verbessern.
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Die 9 und 10 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 9 zeigt eine Ansicht entsprechend der 3. Die 10 zeigt eine Ansicht entsprechend der 4. Ein Außenelement 33A hat die geneigten Flächen 3C und 3D, die gleich wie bei dem Vergleichsbeispiel sind. Das Außenelement 33B hat die geneigten Flächen 23E und 23F, die gleich wie bei dem zweiten Vergleichsbeispiel sind. Der Fühlerkanal wird in der Breite in der senkrechten Richtung Z2 allmählich begrenzt, bevor der Fühlerkanal in beiden Richtungen Y2 und Z2 allmählich begrenzt wird. Diese Anordnung kann ähnliche Vorteile wie bei dem ersten und zweiten Vergleichbeispiel vorsehen.
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Die 11 und 12 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 11 zeigt eine Ansicht entsprechend der 3. Die 12 zeigt eine Ansicht entsprechend der 4. Ein Außenelement 43A definiert geneigte Flächen 43C, 43D, 43E und 43F, die jeweils gekrümmte Profile aufweisen. Diese Anordnung kann ähnliche Vorteile wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen vorsehen.
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Die 13 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 13 zeigt eine Ansicht entsprechend der 3. Ein Außenelement 53A definiert geneigte Flächen 53E und 53F. Die Flächen 53E und 53F sind durch gekrümmte Profile definiert. Die Flächen 53E und 53F haben an ihren beiden Enden in Längsrichtung eine Neigung. Die Flächen 53E und 53F haben an ihrer stromabwärtigen Seite jeweils eine starke Neigung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine bidirektionale Sensorspitze 541 an dem Trennelement 3B angebracht. Das Außenelement 53A definiert außerdem Flächen, die in der seitlichen Richtung der Sensorspitze 541 angeordnet sind. Diese Flächen haben die gleichen Profile wie die Flächen 53E und 53F. Das Profil des Fühlerkanals kann eine Luftströmung sowohl in einer Vorwärtsrichtung als auch in eine Rückwärtsrichtung in der Längsrichtung X2 regulieren. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist es zusätzlich zu den Vorteilen bei dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen möglich, die Rückwärtsströmung zu erfassen.
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Die 14 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 14 zeigt eine Ansicht entsprechend der 3. Ein Außenelement 63A definiert geneigte Flächen 63E und 63F. Die geneigten Flächen 63E und 63F sind durch im Allgemeinen zylindrische Flächen definiert. Die geneigte Fläche 63F sorgt für einen am stärksten begrenzten Abschnitt über der Sensorspitze 541. Die Flächen 63E und 63F sind in der Längsrichtung des Fühlerkanals 38 symmetrisch. Die Länge der geneigten Flächen 63E und 63F ist kürzer als die Länge des Trennelementes 3B. Das Außenelement 63A definiert Flächen in der seitlichen Richtung, die das gleiche Profil wie die Flächen 63E und 63F in der senkrechten Richtung aufweisen. Die Flächen 63E und 63F weisen eine relativ plötzliche Verringerung des Querschnittsflächeninhalts des Umgehungskanals 31 an einem Punkt direkt vor der Sensorspitze 541 auf. Das Profil des Fühlerkanals weist eine Begrenzungsrate auf, die an den Punkt nahe der Sensorspitze plötzlich geändert wird. Eine derartige plötzliche Verringerung des Querschnittsflächeninhalts des Umgehungskanals 31 reduziert die Schwankung und die Pulsierung der Luftströmung in wirksamer Weise. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die gleichen Vorteile wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zu erzielen.
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Die 15 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 15 zeigt eine Ansicht entsprechend der 3. Ein Außenelement 73A definiert geneigte Flächen 63E und 73F. Das Außenelement 73A definiert Flächen in der seitlichen Richtung, die das gleiche Profil wie die Fläche 63E aufweisen. Die Höhe h1, die durch die Fläche 73F definiert ist, ist kleiner als die Höhe h2, die durch die Fläche 63E definiert ist. Die Höhen h1 und h2 sind so bestimmt, dass sie eine Abgabecharakteristik der Sensorspitze 541 abstimmen. Zum Beispiel sind die Höhen h1 und h2 so differenziert, dass sie einen Einfluss einer Schwankung und einer Pulsierung reduzieren.
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Die 16 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 16 zeigt eine Ansicht entsprechend der 3. Ein Außenelement 83A definiert Flächen 83E und 83F. Das Außenelement 83A definiert die gleichen Profile wie die Flächen 83E und 83F in der seitlichen Richtung. Jede Fläche 83E und 83F hat eine gekrümmte vordere Kante an seiner stromaufwärtigen Seite, eine gekrümmte hintere Kante an seiner stromabwärtigen Seite und dazwischen eine obere Ebene. Die obere Ebene der Fläche 83F ist der Sensorspitze 541 zugewandt und parallel zu der Sensorspitze 541 angeordnet. Die vordere Kante der Flächen 83E und 83F befindet sich stromabwärts von einer vorderen Kante des dritten Elements 3B. Die hintere Kante der Flächen 83E und 83F ist außerdem stromabwärts von einer hinteren Kante des Trennelements 3B angeordnet. Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Sensorspitze 541 zu verwenden, die ein schnelles Ansprechverhalten zusätzlich zu den Vorteilen der vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist.
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Die 17 bis 20 zeigen ein siebentes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 17 bis 20 zeigen Ansichten entsprechend den 1 bis 4. In der 20 sind projizierte Abbildungen der Sensorspitze 541 und des Trennelements 93B so dargestellt, dass relative Längen der Begrenzungsvorsprünge erkennbar sind. Ein Element 939 definiert einen Fühlerkanal 938. Das Element 939 hat ein Außenelement 93A und ein Trennelement 93B. Das Außenelement 93A sieht Flächen 93C, 93D, 93E und 93F zum Definieren des Fühlerkanals 938 vor. Die Flächen 93E und 93F sind ebene Flächen und bündig an der Innenfläche des Umgehungskanals 31. Bei dem siebenten Ausführungsbeispiel ist die senkrechte Breite in der senkrechten Richtung Z2 des Fühlerkanals 938 ausschließlich durch das Trennelement 93B verengt. Die zwischen der Fläche 93F und dem Trennelement 93B definierte senkrechte Breite ist nahezu entlang der gesamten Länge in Längsrichtung des Trennelementes 93B außer an dessen vorderer und hinterer Kante konstant.
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Die Flächen 93C und 93D stehen nach innen vor. Die Flächen 93C und 93D begrenzen den Fühlerkanal 938. Die seitliche Breite in der seitlichen Richtung Y2 des Fühlerkanals 938 verringert sich allmählich von einem Einlass des Fühlerkanals 938 und vergrößert sich dann allmählich zu einem Auslass des Fühlerkanals 938. Jede Fläche 93C und 93D ist in der Längsrichtung X2 mit einer symmetrischen Form ausgebildet.
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Gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die senkrechte Breite zwischen der Fläche 93F und der Sensorspitze 541 so breit wie möglich auszubilden. Das Trennelement 93B ist ausschließlich ein Bauelement, das die gesamte senkrechte Breite des Fühlerkanals 938 begrenzt. Die gesamte senkrechte Breite des Fühlerkanals 938 ist eine Summe einer Breite zwischen der Fläche 93E und dem Trennelement 93B und einer Breite zwischen der Flächen 93F und dem Trennelement 93B. Jedoch begrenzen beide Flächen 93C und 93D, die nach innen vorstehen, die seitliche Breite des Fühlerkanals 938.
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Die Umgehungsluftströmung ist mehr in der seitlichen Richtung Y2 als in der senkrechten Richtung Z2 begrenzt, und die Fläche 93F leitet Fremdkörper oder Staub nicht zu der Sensorspitze 541. Infolgedessen ist es möglich, eine Beschädigung der Sensorspitze 541 zu reduzieren, die durch einen Fremdkörper oder Staub hervorgerufen werden würde. Des Weiteren ist die gesamte senkrechte Breite des Fühlerkanals 938 breiter als die seitliche Breite des Fühlerkanals 938. Diese Anordnung bewirkt außerdem eine Reduzierung einer Beschädigung der Sensorspitze 541. Des Weiteren ist die senkrechte Breite zwischen der Sensorspitze 541 und der Fläche 93F breiter als die seitliche Breite des Fühlerkanals 938. Diese Anordnung bewirkt außerdem eine Reduzierung einer Beschädigung der Sensorspitze 541. Bei den Ausführungsbeispielen lenkt das Trennelement 93B einen Fremdkörper oder Staub von der Sensorsspitze 541 weg.
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Jede Fläche 93C und 93D hat eine obere Ebene 93G, eine vordere gekrümmte Kante 93H und eine hintere gekrümmte Kante 93I. Die vordere gekrümmte Kante 93H begrenzt den Fühlerkanal 938 allmählich und erreicht eine Höhe H an der Grenze zu der oberen Ebene 93G. Die obere Ebene 93G beginnt an einem Punkt stromaufwärts von der Sensorspitze 541 und endet an einem Punkt stromabwärts von der Sensorspitze 541. Ein vorderer Abschnitt des Elements 939 einschließlich der vorderen gekrümmten Kante 93H hat eine Länge L1 in der Längsrichtung X2. Die Länge L1 ist als eine Länge zwischen einer vorderen Kante des Bauelements 939 und einem Punkt definiert, an dem die Flächen 93C und 93D die Höhe H erreichen. Ein hinterer Abschnitt des Bauelements 939 einschließlich der oberen Ebene 93G und der hinteren gekrümmten Kante 93I hat eine Länge X2. Der Umgehungskanal 31 hat eine Breite W in der seitlichen Richtung Y2.
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Die 21 zeigt einen bevorzugten Wert der Länge L2 und der Höhe H unter Berücksichtigung eines Rauschniveaus eines Abgabesignals der Luftdurchsatzmessvorrichtung. Das Rauschniveau wird auf ein relativ niedriges Niveau gehalten, wenn ein Verhältnis L2/H größer ist als 1,0. Das Rauschniveau wird plötzlich größer, wenn das Verhältnis L2/H kleiner ist als 1,0. Daher ist es vorzuziehen, dass das Verhältnis L2/H im Wesentlichen größer als 1,0 ist (1,0 ≤ L2/H). Üblicherweise ist gemäß einer speziellen Anwendung ein zulässiges Rauschniveau Th gefordert. Daher soll das Verhältnis L2/H so festgelegt sein, dass das Rauschniveau unter dem zulässigen Rauschniveau Th liegt. Auch wenn das siebente Ausführungsbeispiel eine asymmetrische Anordnung der Länge L1 und der Länge L2 zeigt, ist eine symmetrische Anordnung ebenfalls anwendbar, bei der die Länge L1 gleich der Länge L2 ist. Im Falle der symmetrischen Anordnung wird das Verhältnis L1/H größer als 1,0 festgelegt (1,0 ≤ L1/H).
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Die 22 zeigt einen bevorzugten Wert der Breite W und der Höhe H. Die vertikale Achse gibt eine Erfassungsgenauigkeit der Luftdurchsatzmessvorrichtung an. Die Erfassungsgenauigkeit ist durch einen tatsächlichen Wert der zu messenden Luftströmung und einen gemessenen Betrag der durch die Luftdurchsatzmessvorrichtung gemessenen Luftströmung definiert. Die Erfassungsgenauigkeit ist auf einem hohen Niveau, wenn ein Verhältnis W/H in einem Bereich zwischen im Wesentlichen 2,5 und im Wesentlichen 20,0 ist. Die Erfassungsgenauigkeit wird plötzlich verringert, wenn das Verhältnis W/H kleiner als 2,5 und größer als 20,0 ist. Daher ist es vorzuziehen, dass das Verhältnis W/H in einem Bereich zwischen 2,5 und 20,0 ist (2,5 < W/H ≤ 20,0). Eine zulässige Erfassungsgenauigkeit Th wird üblicherweise gemäß einer bestimmten Anwendung festgelegt. Daher sollen die Werte der Breite W und der Höhe H so festgelegt sein, dass die Erfassungsgenauigkeit größer als die zulässige Erfassungsgenauigkeit Th ist.
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Der Fühlerkanal bei dem siebenten Ausführungsbeispiel ist so definiert, dass er folgende Bedingungen erfüllt: 1,0 ≤ L1/H; 1,0 ≤ L2/H und 2,5 < W/H < 2,0; wobei H eine maximale Höhe der Fläche ist, L1 eine Länge in der Längsrichtung X2 zwischen einem Startpunkt der Begrenzung und der maximalen Höhe ist, L2 eine Länge in der Längsrichtung X2 zwischen der maximalen Höhe und einem Endpunkt der Begrenzung ist und W eine Breite des Umgehungskanals ist.
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Die 23 zeigt eine grafische Darstellung von Testergebnissen bei dem siebenten Ausführungsbeispiel und bei einem Vergleichsbeispiel, das in der 29 gezeigt ist. Die Erfinder haben Muster für verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten in einer bestimmten Zeitperiode getestet und Fühlerflächen der Sensorspitze daraufhin untersucht, ob die Fühlerflächen beschädigt sind oder nicht. In der 23 bezeichnet ein Symbol X eine Strömungsgeschwindigkeit, bei der zumindest ein Muster beschädigt ist. Ein Symbol O zeigt eine Strömungsgeschwindigkeit, bei der kein Muster beschädigt ist. Wie dies in der 23 gezeigt ist, ist das siebente Ausführungsbeispiel bei höherer Strömungsgeschwindigkeit beständiger im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel. Bei einer bestimmten Anwendung wie zum Beispiel bei einer Fahrzeugkraftmaschineneinlassluftmessvorrichtung ist es erforderlich, eine Luftströmungsmenge bis zu einem bestimmten maximalen Niveau zu messen. Zum Beispiel ist eine maximale Strömungsgeschwindigkeit gemäß der Anwendung festgelegt. Das Vergleichsbeispiel ist für die Anforderung nicht geeignet.
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Die 24 zeigt eine Zeitkarte einer Luftströmungsmenge. Eine durchgezogene Linie zeigt eine Luftströmungsmenge, die durch ein Abgabesignal bei dem siebenten Ausführungsbeispiel angegeben wird. Eine gestrichelte Linie zeigt eine Luftströmungsmenge, die durch ein Abgabesignal bei dem ersten Ausführungsbeispiel angegeben wird. Eine Strich-Punkt-Linie zeigt eine tatsächliche Luftströmungsmenge, die in einer Vorwärtsrichtung und in einer Rückwärtsströmungsrichtung fortlaufend verändert wird. Die Vorwärtsrichtung entspricht der Längsrichtung X1 des Einlassrohrs 10. Das erste Ausführungsbeispiel gibt ein instabiles Signal ab, wenn die Luftströmung in der Rückwärtsrichtung strömt, da das erste Ausführungsbeispiel nicht für eine bidirektionale Luftströmung angepasst ist. Jedoch gibt das neunte Ausführungsbeispiel ein relativ stabiles Signal ab, das nahe an dem tatsächlichen Betrag liegt.
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Das Außenelement 939 bei dem siebenten Ausführungsbeispiel kann unterschiedliche Profile zum Definieren einer Begrenzung aufweisen. Die 25 bis 28 zeigen Änderungen der Profile gemäß einem zehnten bis 13. Ausführungsbeispiel, und sie zeigen Ansichten entsprechend der 20. Die 25 zeigt das zehnte Ausführungsbeispiel, das eine geringfügig längere oberer Ebene 93G aufweist. Die obere Ebene 93G ist länger als die Länge in der Längsrichtung des Trennelements 3B, wie dies in der 25 gezeigt ist. Die 26 zeigt das elfte Ausführungsbeispiel, das keine obere Ebene an den Flächen 93C und 93D aufweist. Der Fühlerkanal wird durch eine gekrümmte Fläche wie zum Beispiel durch einen zylindrischen Vorsprung begrenzt. Die 27 zeigt das zwölfte Ausführungsbeispiel, bei dem die Flächen 93C und 93D durch ebene Flächen 93J, 93K und 93L definiert sind. Die obere Ebene 93J ist parallel zu der Längsrichtung X2 und hat die gleiche Länge in Längsrichtung wie das Trennelement 3B. Die vordere Schräge 93K begrenzt den Fühlerkanal allmählich. Die hintere Schräge 93L erweitert den Fühlerkanal allmählich. Der Fühlerkanal wird durch eine trapezförmige Fläche begrenzt, die durch einen trapezförmigen Vorsprung vorgesehen ist. Die 28 zeigt das 13. Ausführungsbeispiel, bei dem die Flächen 93C und 93D keine obere Ebene aufweisen. Die Flächen 93C und 93D haben die vordere Schräge 93K und die hintere Schräge 93L. Die Schrägen 93K und 93L treffen an einer Mitte in Längsrichtung der Sensorspitze 541 aneinander, wie dies in der 28 gezeigt ist.
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Auch wenn die Fühlerkanäle einen rechteckigen Querschnitt bei den dargestellten Ausführungsbeispielen aufweisen, kann der Fühlerkanal einen ovalen Querschnitt oder einen rautenförmigen Querschnitt aufweisen. Zum Beispiel kann das Trennelement 3B gemäß der 2 schräg angeordnet sein. In diesem Fall definiert der Fühlerkanal einen relativ breiteren Abstand in der senkrechten Richtung Z2 an der Sensorspitze.
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Wie dies vorstehend beschrieben ist, können die Luftdurchsatzmessvorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen eine Beschädigung der Sensorspitze durch Fremdkörper oder Staub verhindern und den Einfluss einer Schwankung oder einer Pulsierung der Luftströmung reduzieren.
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Die 29 zeigt eine Draufsicht eines Einlasses eines Fühlerkanals von einem Vergleichsbeispiel. Ein Außenelement 103A definiert in sich einen Fühlerkanal. Ein Trennelement 103B trennt den Fühlerkanal. Das Außenelement 103A hat Vorsprünge an den Seiten, die dem Trennelement 103B zugewandt sind. Das Außenelement 103A definiert eine Fläche 103E und eine Fläche 103F, die beide eine Begrenzungsvorrichtung definieren. Der Fühlerkanal ist nur in der senkrechten Richtung hinsichtlich einer an dem Trennelement 103B angebrachten Sensorspitze begrenzt.
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Auch wenn die vorliegende Erfindung zusammen mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben ist, sollte klar sein, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen einem Fachmann offensichtlich sind. Derartige Änderungen und Abwandlungen sollen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung enthalten sein, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
