DE19852015B4

DE19852015B4 - Flussratensensor

Info

Publication number: DE19852015B4
Application number: DE19852015A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Uramachi; Tomoya Yamakawa; Fumiyoshi Yonezawa; Shingo Hamada; Takeharu Oshima; Satoru Kotoh
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2018-11-12
Also published as: DE19852015A1; JPH11325997A; JP3385307B2; US6240775B1

Abstract

Flussratensensor, umfassend:
einen Hauptflusskanal (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50), der dafür vorgesehen ist, dass ein Fluss dadurch fließt;
einen Erfassungsrohrkanal (29), der koaxial in dem Hauptflusskanal (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50) angeordnet ist;
ein Temperaturerfassungselement (13) zum Erfassen der Temperatur des Flusses;
ein Flussraten-Erfassungselement (22) mit einem Flussraten-Erfassungswiderstand (11), der aus einem thermoempfindlichen elektrisch widerstandsfähigem Material gebildet ist, wobei das Flussraten-Erfassungselement in dem Erfassungsrohrkanal (29) angeordnet ist; und
eine Steuerschaltung (24) zum Steuern eines elektrischen Stroms, der an den Flussraten-Erfassungswiderstand (11) fließt, so dass die Temperatur des Flussraten-Erfassungswiderstands (11) auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, der zu einem gewissen Ausmaß höher als eine Temperatur ist, die von dem Temperaturerfassungselement (13) erfasst wird;
wobei
der Hauptflusskanal (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50) einen zusammenlaufenden Abschnitt (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a), dessen Kanalquerschnittsfläche in Richtung auf die...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flußratensensor, der gewöhnlicherweise zum Messen einer Einlaßluft-Flußrate in einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Flußratensensor, der zum Messen der Flußrate einer Flüssigkeit auf Grundlage eines Wärmetransferphänomens verwendet wird, bei dem Wärme entweder von einem Erwärmungselement oder von einem Abschnitt, der von dem Erwärmungselement erwärmt wird, an die Flüssigkeit übertragen wird.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 8-313318 offenbart einen Flußratensensor des thermoempfindlichen Typs, der zum Messen der Flußrate einer Flüssigkeit, die durch einen vorgegebenen Flußkanal fließt, auf Grundlage eines Wärmetransferphänomens verwendet wird, bei dem Wärme entweder von einem Erwärmungselement oder von einem Abschnitt, der von dem Erwärmungselement erwärmt wird, an die Flüssigkeit übertragen wird.
36 ist eine Vorderansicht, die einen herkömmlichen Flußratensensor des thermoempfindlichen Typs darstellt, der in der japanischen nicht geprüften Patentveröffentlichung Nr. 8-313318 offenbart ist. 37 ist eine Querschnittsansicht des Flußratensensors des thermoempfindlichen Typs aus 36.
Unter Bezugnahme auf die 36 und 37 ist ein Erfassungsrohrkanal 19, der mit einem Glockenmundabschnitt versehen ist, in einem Hauptflüssigkeitskanal 16 angeordnet, durch den eine Flüssigkeit (dessen Flußrate gemessen werden soll) fließt. Die Flüssigkeit fließt in 37 durch den Hauptflüssigkeitskanal 16 von links nach rechts und ein Flußraten-Erfassungselement 12 ist in dem Erfassungs-Rohrkanal 19 angeordnet.
Das Flußraten-Erfassungselement 12 umfaßt ein keramisches Substrat und eine Platinschicht, die durch Aufbringen von Platin gebildet ist und die als ein thermoempfindliches elektrisches Widerstandsmaterial auf der Oberfläche des keramischen Substrats dient. Das thermoempfindliche elektrische Widerstandsmaterial weist die Eigenschaft auf, daß sich der elektrische Widerstand mit Änderungen in der Temperatur ändern wird. Ferner ist die Platinschicht in ein Zahnmuster (ein Meandermuster) ausgebildet, um so als ein Flußraten-Erfassungswiderstand 11 zu dienen. Ferner ist auch ein Flüssigkeitstemperatur-Kompensationswiderstand 13, der zum Kompensieren oder Ausgleichen einer Temperaturänderung der fließenden Flüssigkeit verwendet wird, aus Platin gebildet, das das thermoempfindliche elektrische Widerstandsmaterial ist, und ist stromaufwärts von dem Erfassungs-Rohrkanal 19 angeordnet. Eine die Flüssigkeit gleichrichtende Gittereinrichtung 17 ist aus Harz gebildet und in eine Bienenwabenstruktur gebildet. Eine derartige, die Flüssigkeit gleichrichtende Gittereinrichtung 17 ist nahe an dem Eingang des Hauptflüssigkeitskanals 16 positioniert.
Ein Gehäuse 15 einer elektronischen Schaltung, das eine elektronische Schaltungsplatine 14 aufnimmt, ist auf der Außenseite des Hauptflüssigkeitskanals 16 vorgesehen. Auf der elektrischen Schaltungsplatine 14 ist eine elektronische Schaltung zum Berechnen der Flußrate einer fließenden Flüssigkeit angebracht und befestigt. In der Praxis ist die elektronische Schaltung elektrisch sowohl mit dem Flußratensensor-Erfassungswiderstand 11 als auch mit dem Flüssigkeitstemperatur-Kompensationswiderstand 13 verbunden.
36 zeigt einen Verbinder 18, der verwendet wird, um eine elektrische Energie von außerhalb des Hauptflüssigkeitskanals 16 an den Flußratensensor zu führen, und um ein Flußratensignal von dem Flußratensensor zu erhalten, um so das Flußratensignal an eine vorgegebene Stelle außerhalb des Hauptflüssigkeitskanals 16 zu senden.
Bei der Verwendung eines derartigen herkömmlichen Flußratensensors 1 des thermoempfindlichen Typs wird ein elektrischer Strom, der in den Flußraten-Erfassungswiderstand 11 des Flußraten-Erfassungselements 12 hineinfließt, von der auf der Schaltungsplatine 14 angebrachten elektronischen Schaltung in solcher Weise gesteuert, daß eine durchschnittliche Temperatur des Flußraten-Erfassungswiderstands 11 auf einen vorgegebenen Wert ansteigen wird, der 200°C höher als eine Flüssigkeitstemperatur ist, die von dem Flüssigkeitstemperatur-Kompensationswiderstand 13 erfaßt wird. Genauer gesagt, wenn eine Menge der fließenden Flüssigkeit klein ist, wird auch ein Wärmebetrag, der von dem Flußraten-Erfassungswiderstand 11 an die fließende Flüssigkeit übertragen wird, klein sein, wodurch ein zur Erwärmung erforderlicher elektrischer Strom abnehmen wird. Wenn andererseits eine Menge der fließenden Flüssigkeit groß ist, wird auch eine Wärmemenge, die von dem Flußraten-Erfassungswiderstand 11 an die fließende Flüssigkeit übertragen wird, groß sein, wodurch ein zur Erwärmung erforderlicher elektrischer Strom erhöht wird. Somit wird in einem Flußratensensor 1 des thermoempfindlichen Typs ein elektrischer Strom zur Erwärmung des Widerstands 11 erfaßt und als ein Flußratensignal verwendet, wodurch eine tatsächliche Flußrate einer Flüssigkeit, die durch den Hauptflüssigkeitskanal 16 mit einer vorgegebenen Querschnittsfläche fließt, erfaßt wird.
Der Flußratensensor 1 des thermoempfindlichen Typs, der in der oben angegebenen Weise konstruiert ist, wird oft als ein Einlaßluft-Flußratensensor für eine Kraftfahrzeugmaschine verwendet, wie in 38 gezeigt. Unter Bezugnahme auf 38 ist der Flußratensensor 1 innerhalb eines Ansaugluftrohrs 4 positioniert, das stromabwärts von einem Luftreinigerelement 2 angeordnet ist, das in einem Luftreinigergehäuse 3 eingeschlossen ist. Das Luftreinigerelement 2 ist eine Filtereinrichtung, die aus einem nicht gewebten Tuch oder einem Filterpapier gebildet ist, daß zum Einfangen von Staub, das in der Einlaßluft enthalten ist, verwendet wird, um so zu verhindern, daß er in die Maschine kommt. Nachdem jedoch ein Automobil für eine gewisse lange Zeit gelaufen ist, wird das Luftreinigerelement 2 aufgrund des Staubs verstopft. Somit wird ein Luftfluß (eine Luftströmung), die durch das Luftreinigerelement 2 geströmt ist, im Vergleich mit einer Flüssigkeit, die durch ein nicht mit Staub verstopftes Luftreinigerelement 2 geströmt ist, einfacher einer Änderung in der Flußgeschwindigkeitsverteilung einer Flüssigkeit auf der stromabwärts liegenden Seite des Luftreinigerelements 2 ausgesetzt, bevor die Flüssigkeit an dem Flußratensensor 1 ankommt.
Tatsächlich kann das Flußraten-Erfassungselement 12 des Flußratensensors 1 nur einen Teil der Flüssigkeit erfassen, der durch den gesamten Querschnitt des Hauptflüssigkeitskanals 16 fließt. Obwohl die Gesamtmenge einer Flüssigkeit, die durch den Hauptflüssigkeitskanal 16 fließt, sich nicht ändert, wird infolgedessen eine Änderung der Flußgeschwindigkeitsverteilung einer Flüssigkeit auf der stromaufwärts liegenden Seite des Flußratensensors 1 einen Fehler des Flußraten-Erfassungsergebnisses verursachen.
Um das obige Problem zu lösen, wurde vorgeschlagen, daß eine die Flüssigkeit gleichrichtende Gittereinrichtung 17 in dem Hauptflüssigkeitskanal 16 stromaufwärts von dem Flußratensensor 1 vorgesehen wird, wie in den 36 und 37 gezeigt. Ein anderer herkömmlicher Flußratensensor ist in der japanischen nicht geprüften Patentveröffentlichung Nr. 7-71985 offenbart worden. Um einen ausreichenden, die Flüssigkeit gleichrichtenden Effekt zu erhalten, verwendet dieser herkömmliche Flußratensensor eine Bienenwabenstruktur, eine netzartige Gitterstruktur oder eine Kombination der Bienenwabenstruktur und der netzartigen Gitterstruktur.
Ferner veröffentlichen die japanischen nicht geprüften Patentanmeldungen Nrn. 5-340778 , 2-28520 , 6-288805 , daß ein Hauptflüssigkeitskanal in eine Venturi-Gestalt zusammenläuft, wie in 39 gezeigt, um dadurch einen ähnlichen, die Flüssigkeit gleichrichtenden Effekt zu erhalten.
Somit umfaßt ein herkömmlicher Flußratensensor gewöhnlicherweise eine die Flüssigkeit gleichrichtende Gittereinrichtung 17, um die Flüssigkeit, deren Flußrate gemessen werden soll, gleich- oder auszurichten. Andererseits sollte zum Erhalten eines ausreichenden gleichrichtenden Effekts eine derartige Art von Flüssigkeits-Gleichrichtungseinrichtung verwendet werden, so daß die dadurch gebildeten Löcher relativ klein sind, und daß jede Einheitsfläche viele derartige Löcher aufweist. Da jedoch die Flüssigkeitsgleichrichtungseinrichtung eine Bienenwabenstruktur aufweist und da es erforderlich ist, daß eine derartige Gleichrichtungseinrichtung eine ausreichende Festigkeit aufweist, ist es schwierig, die Flüssigkeitsgleichrichtungseinrichtung mit einer Vielzahl von Löchern herzustellen. Infolgedessen weist eine schließlich erhaltene Flüssigkeitsgleichrichtungseinrichtung nur ein kleines Öffnungsverhältnis (eine kleine Öffnungsfläche) auf.
Da ferner Flüssigkeiten, die durch viele Löcher einer Flüssigkeitsgleichrichtungseinrichtung fließen, instabil sind, werden eine Vielzahl von kleinen Verwirbelungen zusammenwirken, um ein unregelmäßiges großes Strömungsverhalten der Flüssigkeit zu bilden. Infolgedessen wird ein ungleichmäßiges Phänomen sowohl in der Grenzschichtdicke als auch in der Reibungsspannung um den Erfassungsabschnitt des Flußratensensors herum auftreten, wodurch Schwankungen und Fehler in einem Flußraten-Erfassungssignal verursacht werden und es somit unmöglich ist, eine richtige Flußratenerfassung auszuführen.
Ferner sei darauf hingewiesen, daß der Entlüftungswiderstand auf dem Flußratensensor 1 groß ist, wodurch eine Menge der Einlaßluft, die an eine Kraftfahrzeugmaschine geliefert werden soll, klein sein wird, was zu einem Problem dahingehend führt, daß die Kraftfahrzeugmaschine nur eine kleine Ausgangsleistung erzeugen kann. Da zusätzlich andere Flüssigkeitsgleichrichtungseinrichtungen zusätzlich zu dem Hauptflüssigkeitskanal 16 vorhanden sind, sind die Herstellungskosten hoch.
Wenn ferner ein Flußratensensor ein Flußraten-Erfassungselement verwendet, das eine kompakte Größe aufweist und ein schnelles Ansprechverhalten aufweisen kann, und wenn eine Flüssigkeitsgleichrichtungseinrichtung an einer stromaufwärts liegenden Seite des Flußraten-Erfassungselements positioniert ist, neigt der Flußratensensor dazu, einen unerwünschten Einfluß wie beispielsweise einen von der Flüssigkeitsgleichrichtungseinrichtung verursachte Turbulenz zu empfangen. Infolgedessen werden Rauschkomponenten, die möglicherweise in dem Flußraten-Erfassungssignal enthalten sind, zunehmen, was es schwierig macht, die Flußraten-Erfassung mit einer hohen Genauigkeit auszuführen.
Andererseits ist es in einem herkömmlichen Flußratensensor, der durch Verwendung eines Abschnitts des Hauptflüssigkeitskanals 16A, der in eine Venturi-Form zusammenläuft, gebildet worden ist, möglich, einen ausreichenden Flüssigkeitsgleichrichtungseffekt durch Einstellen eines großen Verjüngungsverhältnisses (einer Querschnittsfläche senkrecht zu der Hauptflüssigkeitsachse an dem Einlaß des Hauptflüssigkeitskanals/einer Querschnittsfläche senkrecht zu der Hauptflüssigkeitsachse an dem schmalsten zusammenlaufenden Abschnitt) zu erhalten.
Wenn jedoch ein derartiges Verjüngungsverhältnis groß ist, wird eine für die Flüssigkeit durchströmbare Querschnittsfläche klein. Demzufolge wird ein Entlüftungswiderstand erhöht, was zu dem Problem führt, daß eine Ansaugluftmenge, die an eine Brennkraftmaschine geführt wird, in unerwünschter Weise begrenzt wird. Wenn ein derartiges Verjüngungsverhältnis groß ist, dann wird sich ferner die Krümmung einer gekrümmten Oberfläche, die einen zusammenlaufenden Abschnitt des Hauptflüssigkeitskanals 16A bildet, schnell ändern, was bewirkt, daß die Richtung einer dadurch fließenden Flüssigkeit plötzlich geändert wird. Infolgedessen wird ein Flüssigkeitsbruchphänomen in der fließenden Flüssigkeit auftreten, was dazu führt, daß ein Flußraten-Erfassungssignal instabil wird, wodurch es unmöglich wird, eine korrekte Flußratenerfassung auszuführen.
Da ferner ein Abschnitt der Flüssigkeit durch einen Kopplungsabschnitt der Flüssigkeitsgleichrichtungs-Gittereinrichtung 17 und des Hauptflüssigkeitskanals 16A gestoppt wird, werden in dem Flüssigkeitskanal einige Abschnitte mit stehender Flüssigkeit auftreten.
DE 1 698 058 A beschreibt eine Einrichtung zum Messen eines Mengenstroms, bei dem in 15 ein Venturirohr-artig verengter Abschnitt eines Luftmassenmessers an seiner engsten Stelle angeordnet einen kleineren Messkanal mit Messsonde aufweist, wobei die dort beschriebenen Merkmale der Präambel der unabhängigen Ansprüche 1 und 6 entsprechen.
US 4,709,581 beschreibt einen weiteren Luftmassenmesser mit unterschiedlichsten, teils Venturirohr-artig verengten Rohrquerschnitten und unterschiedlichen Messrohreinsätzen in diesen Rohren, die teils in der Nähe der Verengung eine Öffnung aufweisen und teilweise komplexe innere Luftführungen, enthalten.
JP 57-023818 A beschreibt einen weiteren Luftflussmesser mit einem Heißdrahtmesskanal innerhalb eines Ansaugstutzens, der in Flussrichtung hinter dem Messeinsatz eine im Querschnitt wulstförmige oder Venturirohr-artige Verengung aufweist.
Angesichts der voranstehend diskutierten Probleme im Zusammenhang mit dem erwähnten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Flußratensensor bereitzustellen, der nur einen geringen Druckverlust aufweist, der mit geringen Kosten hergestellt werden kann, und der die Flußrate einer Flüssigkeit selbst dann richtig erfassen kann, wenn eine Änderung in der Flüssigkeitsgeschwindigkeitsverteilung auf der stromaufwärts liegenden Seite des Flußratensensors auftritt.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein verbesserter Flußratensensor angegeben, der umfasst: einen Hauptflusskanal, der dafür vorgesehen ist, dass ein Fluss dadurch fließt; einen Erfassungsrohrkanal, der koaxial in dem Hauptflusskanal angeordnet ist; ein Temperaturerfassungselement zum Erfassen der Temperatur des Flusses; ein Flussraten-Erfassungselement mit einem Flussraten-Erfassungswiderstand, der aus einem thermoempfindlichen elektrisch widerstandsfähigem Material gebildet ist, wobei das Flussraten-Erfassungselement in dem Erfassungsrohrkanal angeordnet ist; und eine Steuerschaltung zum Steuern eines elektrischen Stroms, der an den Flussraten- Erfassungswiderstand fließt, so dass die Temperatur des Flussraten-Erfassungswiderstands auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, der zu einem gewissen Ausmaß höher als eine Temperatur ist, die von dem Temperaturerfassungselement erfasst wird; wobei der Hauptflusskanal einen zusammenlaufenden Abschnitt, dessen Kanalquerschnittsfläche in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich kleiner wird; und einen auseinanderlaufenden Abschnitt, der integral mit dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts verbunden ist, umfasst; wenigstens ein Abschnitt einer inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts, der von einer Ebene geschnitten wird, die die Mittenachse des Hauptflusskanals enthält, durch eine allgemein dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet ist; die Kanalquerschnittsfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts allmählich von einem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts in Richtung auf die stromabwärts davon liegende Seite größer wird, und der Einlass des Erfassungsrohrkanals in einer Flussrichtung angeordnet ist, so dass der Einlass an einer Position in der Nähe des schmalsten Abschnitts der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts ist. Der Flussratensensor ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von kleinen Vorsprüngen auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts gebildet sind.
In einem anderen Aspekt, der nicht erfindungsgemäß beansprucht wird, ist ein weiterer verbesserter Flußratensensor offenbart, der umfasst: einen Hauptflüssigkeitskanal für eine Flüssigkeit, um dort entlang zu fließen; ein Erfassungsrohrkanal, der koaxial in dem Hauptflüssigkeitskanal angeordnet ist; ein Temperaturerfassungselement zum Erfassen der Temperatur der Flüssigkeit; ein Flußraten-Erfassungselement mit einem Flußraten-Erfassungswiderstand, der aus einem thermoempfindlichen elektrischen Widerstandsmaterial gebildet ist, wobei das Flußraten-Erfassungselement in dem Erfassungsrohrkanal in solcher Weise angeordnet ist, daß der Flußraten-Erfassungswiderstand der dadurch fließenden Flüssigkeit ausgesetzt ist; und eine Steuerschaltung zum Steuern eines elektrischen Stroms, der an den Flußraten-Erfassungswiderstand fließt, so daß die Temperatur des Flußraten-Erfassungswiderstands auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden kann, der zu einem gewissen Ausmaß höher als eine Flüssigkeitstemperatur ist, die von dem Temperaturerfassungselement erfaßt wird. Hierbei wird die Flußrate der Flüssigkeit, die entlang des Hauptflüssigkeitskanals fließt, auf Grundlage eines Wärmetransferphänomens von dem obigen Flußraten-Erfassungswiderstand an die Flüssigkeit gemessen. Der Flußratensensor der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß: der Hauptflüssigkeitskanal einen zusammenlaufenden Abschnitt umfaßt, dessen Querschnittsfläche in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich kleiner wird; wenigstens ein Abschnitt einer inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts, der von einer Ebene geschnitten wird, die die zentrale Achse des Hauptflüssigkeitskanals enthält, durch eine allgemein dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet ist; und der Einlaß des Erfassungsrohrkanals in einer Richtung angeordnet ist, in der die Flüssigkeit fließt, in solcher Weise, daß der Einlaß oder Eingang an einer Position in der Nähe des schmalsten Abschnitts der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt, der zu Illustration dienen soll, ist ein weiter verbesserter Flußratensensor vorgesehen, der umfaßt: einen Hauptflüssigkeitskanal für eine Flüssigkeit, um dadurch zu fließen; ein Erfassungsrohrkanal, der koaxial in dem Hauptflüssigkeitskanal angeordnet ist; ein Temperaturerfassungselement zum Erfassen der Temperatur der Flüssigkeit; ein Flußraten-Erfassungselement mit einem Flußraten-Erfassungswiderstand, der aus einem thermoempfindlichen elektrischen Widerstandsmaterial gebildet ist, wobei das Flußraten-Erfassungselement in dem Erfassungsrohrkanal in solcher Weise angeordnet ist, daß der Flußraten-Erfassungswiderstand der dadurch fließenden Flüssigkeit ausgesetzt ist; und eine Steuerschaltung zum Steuern eines elektrischen Stroms, der an den Flußraten-Erfassungswiderstand fließt, so daß die Temperatur des Flußraten-Erfassungswiderstands auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden kann, der zu einem gewissen Ausmaß höher als eine Flüssigkeitstemperatur ist, die von dem Temperaturerfassungselement erfaßt wird. Hierbei wird die Flußrate der Flüssigkeit, die entlang des Hauptflüssigkeitskanals fließt, auf Grundlage eines Wärmetransferphänomens von dem obigen Flußraten-Erfassungswiderstand an die Flüssigkeit gemessen. Der Flußratensensor der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß: der Erfassungsrohrkanal einen zusammenlaufenden Abschnitt umfaßt, dessen Kanalquerschnittsfläche in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich kleiner wird; wenigstens ein Abschnitt einer inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts, der von einer Ebene geschnitten wird, die die zentrale Achse des Hauptflüssigkeitskanals enthält, durch eine allgemein dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet wird; und das Flußraten-Erfassungselement in einer Richtung angeordnet ist, in der die Flüssigkeit fließt, an einer Position in der Nähe des schmalsten Abschnitts der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachstehend wird die Erfindung anhand ihrer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Vorderansicht eines Flußratensensors, der gemäß einer ersten Ausführungsform zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung hergestellt ist;
2 eine Querschnittsansicht in einem Seitenaufriß, der den Flußratensensor darstellt, der gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt ist;
3 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor darstellt, der gemäß einer zweiten Ausführungsform zur Erläuterung von Prinzipien der Erfindung gebildet ist;
4 eine Querschnittsansicht in einem Seitenaufriß, der den Flußratensensor zeigt, der gemäß der zweiten Ausführungsform gebildet ist;
5 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor zeigt, der gemäß einer dritten Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung gebildet ist;
6 ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen einer Position eines Erfassungsrohrkanals des Flußratensensors (der gemäß der dritten Ausführungsform gebildet ist), einem Fehler in der Flußratenerfassung und einem Druckverlust über dem Flußratensensor anzeigt;
7 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der einen Flußratensensor darstellt, der gemäß einer vierten Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung gebildet ist;
8 ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen einem Verjüngungsverhältnis des Flußratensensors (der gemäß der vierten Ausführungsform gebildet ist), einem Fehler der Flußratenerfassung und einem Druckverlust durch den Flußratensensor zeigt;
9 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor zeigt, der gemäß einer fünften Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung gebildet ist;
10 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der einen Flußratensensor gemäß der fünften Ausführungsform zeigt;
11 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor, gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
12 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der einen Flußratensensor darstellt, der gemäß der sechsten, erfindungsgemäßen Ausführungsform gebildet ist;
13 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen wichtigen Abschnitt des Flußratensensors gemäß der sechsten, erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
14 ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen m/r und einem Druckverlust des Flußratensensors der sechsten, erfindungsgemäßen Ausführungsform anzeigt;
15 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor darstellt, der gemäß einer siebten Ausführungsform zur Illustrierung der Erfindung gebildet ist;
16 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, die einen Flußratensensor darstellt, der gemäß der siebten Ausführungsform gebildet ist;
17 eine vergrößerte Querschnittsansicht die einen wichtigen Abschnitt des Flußratensensors zeigt, der gemäß der siebten Ausführungsform gebildet ist;
18 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor darstellt, der gemäß einer achten Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung gebildet ist;
19 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der einen Flußratensensor darstellt, der gemäß der achten Ausführungsform gebildet ist;
20 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen wichtigen Abschnitt des Flußratensensors darstellt, der gemäß der achten Ausführungsform gebildet ist;
21 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor zeigt, der gemäß einer neunten Ausführungsform zur Erläterung der Erfindung gebildet ist;
22 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der einen Flußratensensor zeigt, der gemäß der neunten Ausführungsform gebildet ist;
23 eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen wichtigen Abschnitt des Flußratensensors darstellt, der gemäß der neunten Ausführungsform gebildet ist;
24 eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen wichtigen Abschnitt eines anderen Flußratensensors zeigt, der gemäß der neunten Ausführungsform gebildet ist;
25 eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen wichtigen Abschnitt eines weiteren Flußratensensors darstellt, der gemäß der neunten Ausführungsform gebildet ist;
26 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor zeigt, der gemäß einer 10. Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung gebildet ist;
27 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der einen Flußratensensor darstellt, der gemäß der 10. Ausführungsform gebildet ist;
28 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor zeigt, der gemäß einer 11. Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung gebildet ist;
29 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, die einen Flußratensensor zeigt, der gemäß der 11. Ausführungsform gebildet ist;
30 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor darstellt, der gemäß einer 12. Ausführungsform zru Erläuterung der Erfindung gebildet ist;
31 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, die einen Flußratensensor darstellt, der gemäß der 12. Ausführungsform gebildet ist;
32 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor darstellt, der gemäß einer 13. Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung gebildet ist;
33 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der einen Flußratensensor darstellt, der gemäß der 13. Ausführungsform gebildet ist;
34 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der einen Flußratensensor darstellt, der gemäß einer 14. Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung gebildet ist;
35 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der einen anderen Flußratensensor darstellt;
36 eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor darstellt, der gemäß einem Stand der Technik gebildet ist;
37 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der den Flußratensensor aus 36 darstellt;
38 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der ein Ansaugrohrsystem zur Verwendung mit einer Kraftfahrzeugmaschine darstellt; und
39 eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der einen anderen Flußratensensor darstellt, der gemäß einem Stand der Technik gebildet ist.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bzw. zu deren Erläuterung werden mit mehreren Einzelheiten nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Eine erste Ausführungsform zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
1 ist eine Vorderansicht, die einen Flußratensensor darstellt, der gemäß der ersten Ausführungsform gebildet ist. 2 ist eine Querschnittsansicht im Seitenaufriß, der den Flußratensensor aus 1 darstellt.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein Hauptflüssigkeitskanal 26 ein zylindrisches Rohr, durch das eine Flüssigkeit fließt, deren Flußrate oder Strömungsrate (Durchsatz) gemessen werden soll. Der Hauptflüssigkeitskanal 26 weist einen zusammenlaufenden Abschnitt oder verjüngten Abschnitt 26a auf, dessen Querschnittsfläche senkrecht zu der Mittenachse des Hauptflüssigkeitskanals 26, nachstehend als die Kanalquerschnittsfläche bezeichnet, allmählich von einem Einlaß in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite kleiner wird. Die innere Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 26a, der von einer Ebene geschnitten wird, der die Mittenachse des Hauptflüssigkeitskanals 26 enthält, ist mit einer dreidimensionalen gekrümmten Oberfläche ausgebildet. Ein Halterungsabschnitt 21 ist auf der inneren Oberfläche des Hauptflüssigkeitskanals 26 gebildet. Ein zylindrischer Erfassungsrohrkanal 29 wird durch den Halterungsabschnitt 21 innerhalb des Hauptflüssigkeitskanals 26 so gehalten, daß er eine koaxiale Beziehung zu dem Kanal 26 bildet. Der Erfassungsrohrkanal 29 ist so angeordnet, daß sich sein Eingang in der Nähe einer Position befindet, die einem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitt 26a entspricht. Ferner ist ein Plattenelement 23 integral mit dem Erfassungsrohrkanal 26 in solcher Weise vorgesehen, daß die Mittenachse des Erfassungsrohrkanals 29 sich auf der Hauptoberfläche des Plattenelements 23 befindet. Ferner ist ein Schaltungsgehäuse 25 auf der äußeren Oberfläche des Hauptflüssigkeitskanals 26 vorgesehen. Das Schaltungsgehäuse 25 wird zur Aufnahme einer Schaltungsplatine 24 verwendet, auf der eine Steuerschaltung angebracht ist, die die Flußrate einer Flüssigkeit, die in dem Flüssigkeitskanal 26 fließt, berechnen kann. Zusätzlich ist ein Verbinder 28 benachbart zu der Schaltungsplatine 25 vorgesehen. Der Verbinder 28 wird verwendet, um eine elektrische Leistung von der Außenseite des Flüssigkeitskanals 26 an den Flußratensensor 100 zu führen und um Flußraten-Erfassungssignale von dem Flußratensensor 100 von dem Flüssigkeitskanal 26 nach außen zu übertragen.
Ein Flußraten-Erfassungselement 22 umfaßt ein keramisches Substrat und eine Platinschicht, die durch Aufbringen von Platin gebildet ist und als ein thermoempfindliches elektrisches Widerstandsmaterial auf der Oberfläche des keramischen Substrats dient. Das thermoempfindliche elektrische Widerstandsmaterial weist die Eigenschaft auf, daß sich der elektrische Widerstand bei Temperaturänderungen ändern wird. Ferner ist die Platinschicht in ein Zahnmuster (ein Meandermuster) ausgebildet, um so einen Flußraten-Erfassungswiderstand 11 und einen Flüssigkeitstemperatur-Kompensationswiderstand 13 (der als ein Temperaturerfassungselement dient) zu bilden. Somit werden sowohl der Flußraten-Erfassungswiderstand 11 als auch der Flüssigkeitstemperatur-Kompensationswiderstand 13 auf der Oberfläche des keramischen Substrats gebildet. Tatsächlich ist das Flußraten-Erfassungselement 22 auf dem Plattenelement 23 so befestigt, daß seine äußere Oberfläche fast auf dem gleichen Niveau wie die Hauptebene des Plattenelements 23 ist, wobei ein Ende davon (das Erfassungselement 22) fest in dem Halterungsabschnitt 21 vergraben ist. Dabei ist die Oberfläche des Erfassungselements 22 im wesentlichen parallel zu der axialen Richtung des Erfassungsrohrkanals 29, d. h. im wesentlichen parallel zu der axialen Richtung des Flußratensensors 100. Ferner sind der Flußraten-Erfassungswiderstand 11 und der Flüssigkeitstemperatur-Kompensationswiderstand 13 mit der elektronischen Steuerschaltung, die fest auf der Schaltungsplatine 24 angebracht ist, über eine Vielzahl von Zuführungsdrähten 31 und eine Vielzahl von Anschlüssen 9 verbunden.
Obwohl der Flußraten-Erfassungswiderstand 11 und der Flüssigkeitstemperatur-Kompensationswiderstand 13 alle auf dem keramischen Substrat gebildet sind, ist das Flußraten-Erfassungselement 22 mit einer thermisch isolierenden Einrichtung (nicht gezeigt) versehen, die dazu verwendet wird, eine Wärmeleitung von dem Flußraten-Erfassungswiderstand 11 an den Flüssigkeitstemperatur-Kompensationswiderstand 13 zu verhindern.
Jedoch ist es in der vorliegenden Ausführungsform und sämtlichen folgenden Ausführungsformen, die nachstehend mit näheren Einzelheiten beschrieben werden, möglich, den Flüssigkeitstemperatur-Kompensationswiderstand 13 wegzulassen, so lange der Flußraten-Erfassungswiderstand 11 auf dem Erfassungselement 22 vorgesehen ist. Ferner ist das Substrat des Erfassungselements 22 nicht notwendigerweise ein keramisches Substrat und es ist auch möglich, ein Siliziumsubstrat zu verwenden. Ferner ist es bei der Verwendung des thermoempfindlichen elektrischen Widerstandsmaterials nicht erforderlich, Platin zu verwenden, und tatsächlich ist es auch möglich, Nickel oder Permalloy zu verwenden.
Nachdem eine Flüssigkeit, die verschiedene Geschwindigkeitsabschnitte umfaßt, in den Hauptflüssigkeitskanal 26 geflossen ist, wird bei der Verwendung des Flußratensensors 100 die Fließ- oder Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, wenn sie durch den zusammenlaufenden Abschnitt 26a strömt, deren innere Oberfläche, die von einer Ebene geschnitten wird, die die Mittenachse des Hauptflüssigkeitskanals 26 enthält, durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet ist, wodurch ein dynamischer Druck der Flüssigkeit zunimmt und ein statischer Druck der Flüssigkeit allmählich abnimmt. Demzufolge werden Flüssigkeitskomponenten, die in einer Richtung senkrecht zu der Flüssigkeitshauptachse fließen, verringert, da die meisten von diesen in Flüssigkeitskomponenten umgewandelt werden, die in der Flüssigkeitshauptachsenrichtung fließen, wodurch eine gleichförmige Geschwindigkeitsverteilung für die in der Hauptachsenrichtung fließende Flüssigkeit erhalten wird. Somit wird die Flüssigkeit, deren Geschwindigkeitsverteilung in der Flüssigkeitshauptachsenrichtung durch den zusammenlaufenden Abschnitt 26a gleichgerichtet worden ist, in den Erfassungsrohrkanal 29 hineinfließen, um so an dem Flußraten-Erfassungselement 22 anzukommen.
An den Flußraten-Erfassungswiderstand 11 des Erfassungselements 22 wird ein elektrischer Strom geführt, um so eine vorgegebene Wärmemenge zu erzeugen. Die Wärme von dem Flußraten-Erfassungswiderstand 11 wird mittels eines Wärmetransferphänomens an eine Flüssigkeit geleitet, die bereits an dem Erfassungselement 22 angekommen ist. Der Wärmebetrag, der von dem Widerstand 11 an eine Flüssigkeit übertragen wird, die an dem Erfassungselement 22 ankommt, wird größer werden, wenn ein Anstieg der Strömungsrate der Flüssigkeit auftritt. Somit wird sich die Temperatur des Flußraten-Erfassungswiderstands 11 zusammen mit einer Änderung der Wärmemenge, die von dem Widerstand 11 an die Flüssigkeit übertragen wird, ändern.
Der elektrische Strom, der in den Flußraten-Erfassungswiderstand 11 hineinfließt, wird durch eine Steuerschaltung gesteuert, die auf der Schaltungsplatine 24 angebracht ist, und zwar in solcher Weise, daß eine durchschnittliche Temperatur des Widerstands 11 auf einen vorgegebenen Wert ansteigen wird, der 200°C höher als eine Flüssigkeitstemperatur ist, die von dem Flüssigkeitstemperatur-Kompensationswiderstand 13 erfaßt wird. Deshalb ist es durch Verwendung des elektrischen Stroms (für die Erwärmung) als ein Flußratensignal möglich, die Flußrate einer Flüssigkeit, die durch den Kanal 26 mit einer vorgegebenen Querschnittsfläche fließt, zu erfassen.
Ferner wird bei der Verwendung des Flußratensensors 100 selbst dann, wenn eine Flüssigkeit auf der stromaufwärts liegenden Seite des Flußratensensors verschiedene Geschwindigkeitsabschnitte enthält, diese durch den zusammenlaufenden Abschnitt 26a gleichgerichtet, so daß eine gleichförmige Geschwindigkeitsverteilung für die in der Flüssigkeitshauptachsenrichtung fließenden Flüssigkeit erhalten wird, bevor sie in den Erfassungsrohrkanal 29 hineinfließt. Selbst wenn eine Flüssigkeit, die in den Kanal 26 hineinfließt, verschiedene Geschwindigkeitsabschnitte beinhaltet, werden demzufolge diese verschiedenen Geschwindigkeitsabschnitte gleichgerichtet, um so eine gleichförmige Geschwindigkeitsverteilung der Flüssigkeit vor ihrer Ankunft an dem Erfassungselement 22 zu erhalten. In dieser Weise kann eine Verschiebung oder eine Drift des Flußraten-Erfassungsergebnisses verhindert werden, wodurch irgendein möglicher Erfassungsfehler beseitigt oder wenigstens verhindert wird.
Da die Geschwindigkeitsverteilung der fließenden Flüssigkeit in dieser Weise durch den zusammenlaufenden Abschnitt 26a gleichgerichtet wird, ist es nicht erforderlich, eine Flüssigkeitsgleichrichtungseinrichtung bereitzustellen, wodurch geringe Kosten bei der Herstellung eines derartigen Flußratensensors ermöglicht werden. Da es ferner ermöglicht wird, eine Flüssigkeitsgleichrichtungseinrichtung wegzulassen, die gewöhnlicherweise mit einer Vielzahl von kleinen Öffnungen ausgebildet ist, wird ferner sichergestellt, daß irgendwelche unkontrollierbaren Schwankungen eines Flußraten-Erfassungssignals vermieden werden, die oft aufgrund der Tatsache, daß eine Flüssigkeit durch zahlreiche kleine Öffnungen auf einer Flüssigkeitsgleichrichtungseinrichtung fließt, verursacht werden, wodurch eine richtige und zuverlässige Flußratenerfassung ausgeführt wird.
Da ferner die innere Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 26a, die von einer Ebene geschnitten wird, die die Mittenachse des Hauptflüssigkeitskanals 26 enthält, durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet ist, beinhaltet ein derartiger zusammenlaufender Abschnitt 26a keinerlei Schulterabschnitte oder vorstehende Eckabschnitte und die Änderungsrate der Krümmung der gekrümmten Oberfläche, die den zusammenlaufenden Abschnitt 26a bildet, ist klein. Wenn eine Flüssigkeit durch den zusammenlaufenden Abschnitt 26a fließt, wird somit keinerlei stehende Flüssigkeit auftreten. Da die gekrümmte Oberfläche, die den zusammenlaufenden Abschnitt 26a bildet, eine gleichmäßige und kontinuierlich geneigte Oberfläche aufweist, wird ferner sichergestellt, daß ein Phänomen von Wirbelströmungen oder ein Abreißen einer Flüssigkeit, das für ein gewisses Flüssigkeitsrauschen verantwortlich ist, vermieden wird, und ein Druckverlust verringert wird.
Einer der Vorteile, die durch Verwendung des Flußratensensors 100 erreichbar ist, besteht darin, daß er nur einen geringen Druckverlust verursacht, der kleiner als ein Druckverlust ist, der von einem herkömmlichen Flußratensensor verursacht wird, der in einem Hauptflüssigkeitskanal angeordnet ist, der einen zusammenlaufenden Abschnitt des Venturi-Typs umfaßt, und der auch kleiner als ein Druckverlust ist, der von einem anderen herkömmlichen Flußratensensor verursacht wird, der die Verwendung einer Flüssigkeitsgleichrichtungsgittereinrichtung umfaßt.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Eine zweite Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 ist ein Flußratensensor 101 des thermoempfindlichen Typs der zweiten Ausführungsform fast der gleiche wie derjenige der ersten Ausführungsform bis auf die folgenden Unterschiede. Das heißt, ein Hauptflüssigkeitskanal 33 ist ein zylindrisches Rohr, durch das eine Flüssigkeit fließt, dessen Fluß- oder Strömungsrate gemessen werden soll. Der Hauptflüssigkeitskanal 33 weist einen zusammenlaufenden Abschnitt 33a auf, dessen Kanalquerschnittsfläche allmählich von einem Einlaß in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite kleiner wird. Die innere Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 33a, der von einer Ebene geschnitten wird, der die Mittenachse des Hauptflüssigkeitskanals 33 enthält, ist mit einer dreidimensionalen gekrümmten Oberfläche ausgebildet. Ferner weist der Hauptflüssigkeitskanal 33 einen vergrößerten oder auseinanderlaufenden Abschnitt 33b auf, der integral mit dem zusammenlaufenden Abschnitt 33a verbunden ist, wobei seine Kanalquerschnittsfläche allmählich von einem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 33a in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon größer wird. In ähnlicher Weise ist ein Halterungsabschnitt 21 auf der inneren Oberfläche des Hauptflüssigkeitskanals 33 vorgesehen. Der Erfassungsrohrkanal 29 ist so angeordnet, daß sein Einlaß an einer Position angeordnet ist, die dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 33a entspricht.
Nachdem eine Flüssigkeit mit verschiedenen Flüssigkeitsabschnitten in den Hauptflüssigkeitskanal 33 hineingeflossen ist, wird bei der Verwendung des Flußratensensors 101 die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, wenn sie durch den zusammenlaufenden Abschnitt 33a strömt, wobei ein dynamischer Druck allmählich zunimmt und ein statischer Druck allmählich abnimmt. Dann fließt die Flüssigkeit, nachdem sie durch die schmalste Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 33a geströmt ist, durch den auseinanderlaufenden Abschnitt 33b, wobei der dynamische Druck allmählich abnimmt und der statische Druck allmählich zunimmt. Demzufolge wird ein dynamischer Druck, der in dem zusammenlaufenden Abschnitt 33a erhalten wird, in dem vergrößerten oder auseinanderlaufenden Abschnitt 33b allmählich in einen statischen Druck umgewandelt, was ermöglicht, einen gleichmäßigen statischen Druck zu bilden und somit einen Druckverlust zu verringern.
Wenn sich gewöhnlicherweise die Kanalquerschnittsfläche des Hauptflüssigkeitskanals 33 plötzlich von dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 33a auf die stromabwärts liegende Seite ändert, werden gewöhnlicherweise Wirbelströmungen auf der inneren Oberfläche des vergrößerten Abschnitts der Kanalquerschnittsfläche auftreten, was zu einem Abreißen der Flüssigkeit über der inneren Oberfläche führt. Da jedoch in der zweiten Ausführungsform der vergrößerte Abschnitt 33b so gebildet ist, daß seine Kanalquerschnittsfläche in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich größer wird, wird der Flüssigkeit ermöglicht, in einer stabilisierten Weise entlang der inneren Oberfläche des Abschnitts 33b ohne die Einleitung von irgendwelchen Wirbelströmungen zu fließen. In dieser Weise ist es möglich, ein Abreißen der Flüssigkeit effektiv zu verhindern und einen Druckverlust zu verringern.
Wenn ein Winkel, der zwischen der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 33b und der Mittenachse des Hauptflüssigkeitskanals 33 gebildet ist, größer als 7 Grad ist, wird andererseits ein Abreißen der Flüssigkeit auf der inneren Oberfläche des vergrößerten Abschnitts 33b auftreten, was zu einem großen Druckverlust führt. Um den vergrößerten Abschnitt 33b zum effektiven Wiederherstellen eines ursprünglichen statischen Drucks für die fließende Flüssigkeit zu verwenden, ist es somit bevorzugt, daß ein Winkel, der zwischen der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 33b und der Mittenachse des Hauptflüssigkeitskanals 33 gebildet wird, auf 7 Grad oder kleiner eingestellt wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Flußratensensor des thermoempfindlichen Typs der dritten Ausführungsform fast der gleiche wie derjenige der zweiten Ausführungsform bis auf die folgenden Unterschiede. Das heißt, ein zusammenlaufendender Abschnitt 33a ist innerhalb des Hauptflüssigkeitskanals 33 gebildet, ein großgeschriebener Buchstabe L ist ein Abstand zwischen dem Einlaß des Hauptflüssigkeitskanals 33 und dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 33a. Ein Erfassungsrohrkanal 29 ist an einer Position angeordnet, die von dem Einlaß des Hauptflüssigkeitskanals 33 in einem Abstand beabstandet ist, der in einem Bereich von ungefähr 0,75 L bis 1,5 L liegt.
Unter Bezugnahme wiederum auf 5 bezeichnet ein großgeschriebener Buchstabe A einen Abstand zwischen dem Einlaß des Hauptflüssigkeitskanals 33 und dem Einlaß des Erfassungsrohrkanals 29, ein großgeschriebener Buchstabe L stellt einen Abstand zwischen dem Einlaß des Hauptflüssigkeitskanals 33 und dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufendenden Abschnitts 33a dar. Eine Vielzahl von Flußratensensoren werden mit verschiedenen A/L-Verhältnissen für Testzwecke hergestellt. Flußraten-Erfassungsfehler und Druckverluste bezüglich dieser Sensoren wurden vermessen und Ergebnisse sind in 6 dargestellt.
Wie sich der 6 entnehmen läßt, kann ein Flußraten-Erfassungsfehler auf einen niedrigen Pegel gesteuert werden, wenn ein A/L-Wert (der eine Position des Erfassungsrohrkanals 29 in dem Hauptflüssigkeitskanal 33 darstellt) in einem Bereich von ungefähr 0,75 bis ungefähr 1,5 ist. Andererseits kann ein Druckverlust auf einen minimalen Pegel gesteuert werden, wenn ein A/L-Wert ungefähr 1,25 ist. Wenn ein A/L-Wert in einem Bereich von ungefähr 0,25 bis ungefähr 1,75 ist, ist ferner ein Druckverlust 53 mmAq oder weniger.
Durch Einstellen des Erfassungsrohrkanals 29 in dem Hauptflüssigkeitskanal 33 so, daß eine Gleichung 0,75 ≤ A/L ≤ 1,5 erfüllt ist, ist es deshalb möglich, nicht nur einen Flußraten-Erfassungsfehler zu minimieren, sondern auch einen Druckverlust über einen Flußratensensor zu minimieren.
Obwohl in der dritten Ausführungsform beschrieben worden ist, daß der Erfassungsrohrkanal 29 in dem Hauptflüssigkeitskanal 33 so positioniert werden sollte, daß eine Gleichung 0,75 ≤ A/L ≤ 1,5 erfüllt ist, ist es auch möglich, die Position des Erfassungsrohrkanals 29 in vielerlei verschiedener Weisen einzustellen, die irgendwelchen zulässigen Flußraten-Erfassungsfehlern entsprechen. Wenn beispielsweise ein zulässiger Fehler 10% ist, dann kann der Erfassungsrohrkanal 29 in dem Hauptflüssigkeitskanal 33 so positioniert werden, daß eine Gleichung 0,6 ≤ A/L ≤ 1,8 erfüllt wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Eine vierte Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 7 ist ein Flußratensensor des thermoempfindlichen Typs der vierten Ausführungsform fast der gleiche wie derjenige der zweiten Ausführungsform mit den folgenden Unterschieden. Das heißt, der zusammenlaufende Abschnitt 33a des Hauptflüssigkeitskanals 33 ist so gebildet, daß ein Verjüngungsverhältnis S₁/S₀ (S₁ ist die Kanalquerschnittsfläche des Einlasses des Hauptflüssigkeitskanals 33, So ist die Kanalquerschnittsfläche des schmalsten Abschnitts des zusammenlaufenden Abschnitts 33a) in einem Bereich von ungefähr 1,5 bis ungefähr 3,0 ist.
Eine Vielzahl von Flußratensensoren werden mit verschiedenen S₁/S₀ Verhältnissen für Testzwecke hergestellt. Flußraten-Erfassungsfehler und Druckverluste bezüglich dieser Sensoren wurden gemessen und Ergebnisse sind in 8 angedeutet.
Wie sich der 8 entnehmen läßt, wird ein Flußraten-Erfassungsfehler kleiner, wenn das Verjüngungsverhältnis S₁/S₀ größer wird. Andererseits wird ein Druckverlust größer, wenn das Verjüngungsverhältnis S₁/S₀ größer wird.
Durch Bilden eines zusammenlaufenden Abschnitts 33a, so daß eine Gleichung 1,5 ≤ S₁/S₀ ≤ 3,0 erfüllt ist, ist es somit möglich, einen Flußratensensor bereitzustellen, der die Flußrate einer fließenden Flüssigkeit messen kann, wobei ein Flußraten-Erfassungsfehler auf 11% oder weniger gesteuert wird und wobei ein Druckverlust auf 225 mmAq oder kleiner gesteuert werden kann.
Obwohl in der vierten Ausführungsform beschrieben worden ist, daß ein zusammenlaufender Abschnitt 33a so gebildet werden sollte, daß eine Gleichung 1,5 ≤ S₁/S₀ ≤ 3,0 erfüllt ist, ist es auch möglich, daß ein Verjüngungsverhältnis S₁/S₀ des zusammenlaufenden Abschnitts 33a in irgendwelchen anderen Weisen eingestellt werden kann, die einem zulässigen Flußraten-Erfassungsfehler und einem zulässigen Druckverlust entsprechen, genau so wie in der obigen dritten Ausführungsform.
AUSFÜHRUNGSFORM 5
Ein fünfte Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 ist ein Flußratensensor 102 des thermoempfindlichen Typs der fünften Ausführungsform ähnlich wie derjenige der ersten Ausführungsform bis auf die folgenden Unterschiede. Ein Hauptflüssigkeitskanal 34 ist nämlich ein zylindrisches Rohr, durch das eine Flüssigkeit fließt, deren Flußrate gemessen werden soll. Der Hauptflüssigkeitskanal 34 weist einen zusammenlaufenden Abschnitt 34a auf, dessen Kanalquerschnittsfläche von einem Einlaß davon in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite hin allmählich kleiner wird. In der Praxis wird ein derartiger zusammenlaufender Abschnitt 34a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet. Ferner weist der Hauptflüssigkeitskanal 34 einen auseinanderlaufenden vergrößerten Abschnitts 34b auf, der integral mit dem zusammenlaufenden Abschnitt 34a verbunden ist, wobei seine Kanalquerschnittsfläche von einem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 34a in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich größer wird. In ähnlicher Weise ist der auseinanderlaufende Abschnitt 34b durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet. Ferner sind die innere Wand des zusammenlaufenden Abschnitts 34a und die innere Wand des auseinanderlaufenden Abschnitts 34b integral zusammen gebildet, um so eine kontinuierliche gekrümmte Oberfläche darzustellen, die bezüglich des schmalsten Abschnitts der Kanalquerschnittsflächen des zusammenlaufenden Abschnitts 34a als eine geometrische Mitte geometrisch symmetrisch ist. Zusätzlich ist der Erfassungsrohrkanal 29 in einer Weise angeordnet, so daß sein Einlaß in oder wenigstens nahe zu einer Position angeordnet ist, die dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 34a entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform sind ein Flußraten-Erfassungselement 22A und eine elektronische Steuerschaltung, die fest auf einer Schaltungsplatine 24 angebracht ist, alle die gleichen wie diejenigen, die in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 1-185416 offenbart sind, wodurch es nicht nur möglich ist, die Flußrate einer fließenden Flüssigkeit zu erfassen, sondern auch die Flußrichtung davon.
Nachdem eine Flüssigkeit mit verschiedenen Geschwindigkeitsabschnitten in den Hauptflüssigkeitskanal 34 hineingeflossen ist, wird bei der Verwendung des Flußratensensors 102 die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, wenn sie durch den zusammenlaufenden Abschnitt 34a strömt, wobei ein dynamischer Druck allmählich zunimmt und ein statischer Druck allmählich abnimmt. Demzufolge werden Flüssigkeitskomponenten, die in einer Richtung senkrecht zu der Flüssigkeitshauptachse strömen, verringert, da die meisten von diesen in Flüssigkeitskomponenten umgewandelt werden, die in der Flüssigkeitshauptachsenrichtung fließen, wodurch eine gleichförmige Geschwindigkeitsverteilung für die Flüssigkeit, die in der Hauptachsenrichtung fließt, erhalten wird. Somit wird die Flüssigkeit, deren Geschwindigkeitsverteilung in der Flüssigkeitshauptachsenrichtung durch den zusammenlaufenden Abschnitt 34a ausgerichtet oder gleichgerichtet worden ist, in den Erfassungsrohrkanal 29 fließen, um so an dem Flußraten-Erfassungselement 22 anzukommen.
Ferner wird die fließende Flüssigkeit, nachdem sie durch den schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 34a geströmt ist, auf ihren ursprünglichen Zustand zurückgebracht, so daß ihr dynamischer Druck allmählich abnimmt und ihr statischer Druck allmählich zunimmt, wodurch ermöglicht wird, einen Druckverlust durch den Flußratensensor 102 zu verringern.
Da die innere Wand des zusammenlaufenden Abschnitts 34a und die innere Wand des auseinanderlaufenden Abschnitts 34b integral zusammen ausgebildet sind, um eine geometrisch symmetrische gekrümmte Oberfläche zu bilden, wird in dieser Weise eine Flüssigkeit, die in den Hauptflüssigkeitskanal 34 durch den Auslaß davon, d. h. durch eine Öffnung auf der Seite des auseinanderlaufenden Abschnitts 34b, geflossen ist, ausgerichtet, so daß ihre verschiedenen Geschwindigkeitsabschnitte in ähnliche Flüssigkeitsabschnitte mit einer identischen Flußgeschwindigkeit in der Flüssigkeithauptachsenrichtung umgewandelt werden können, wodurch ein Druckverlust verringert wird.
Abgesehen von einigen Effekten, die ähnlich wie diejenigen sind, die in den ersten und zweiten Ausführungsformen erhalten werden können, stellt die fünfte Ausführungsform einen weiteren Effekt dahingehend bereit, daß die Krümmung der gekrümmten Oberfläche, die die Innenwand des Hauptflüssigkeitskanals 34 bildet, nur eine kleine Änderungsrate in einer Richtung der Hauptflüssigkeitsachse aufweist, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die innere Wand des Hauptflüssigkeitskanals 34 keinerlei diskontinuierliche Oberflächen oder Eckabschnitte oder Schulterabschnitte beinhaltet. Da die Innenwand des Hauptflüssigkeitskanals 34 eine kontinuierlich und gleichförmige gekrümmte Oberfläche ist, wird in dieser Weise kein Abreißen der Flüssigkeit auftreten, was ermöglicht, irgendwelche Störungen in der Flußratenerfassung zu verkleinern und einen Druckverlust zu verringern.
Da die innere Wand des zusammenlaufenden Abschnitts 34a und die innere Wand des auseinanderlaufenden Abschnitts 34b integral zusammen ausgebildet worden sind, um eine geometrisch symmetrisch gekrümmte Oberfläche zu bilden, kann eine gewünschte Flußratenerfassung zu allen Zeiten bewirkt werden, und zwar unabhängig davon, ob die Flüssigkeit an dem Flußratensensor 102 durch die linke Seite oder die rechte Seite davon (in der Ansicht von 10) ankommt.
Seit kurzem sind bezüglich der Steuerung einer Kraftfahrzeugmaschine die Abgase und der spezifische Kraftstoffverbrauch in diesen Jahren streng eingeschränkt worden. Für einen Flußratensensor zum Messen der Flußrate einer Ansaugluft, die an die Maschine geführt wird, ist es wünschenswert, eine ungünstige Strömung, die von einem positiven Druck auf der Ausstoßseite verursacht wird, messen zu können. Eine derartige ungünstige Strömung tritt gewöhnlicherweise in einer Vierzylindermaschine auf, wenn sie sich in einem Zustand niedriger Geschwindigkeit und hoher Last befindet, und gleichzeitig wird eine Ansaugluft eine Schwankung über dem Ablauf der Zeit aufweisen, wobei die Maschine in einem Überlappungszustand ist, wenn sowohl das Einlaßventil als auch das Auslaßventil in ihren geöffneten Positionen sind.
Wenn der Flußratensensor 102, der gemäß der fünften Ausführungsform gebildet ist, verwendet wird, um die Flußrate einer Ansaugluft zu messen, die an eine Kraftfahrzeugmaschine geliefert wird, ist deshalb ein derartiger Sensor 102 sehr effektiv, um sowohl die Flußrate einer Ansaugluft als auch die Flußrate einer ungünstigen Strömung zu messen, durch einen positiven Druck auf der Auslaßseite erzeugt wird, wenn sich die Kraftfahrzeugmaschine in einem Überlappungszustand befindet. Wenn die Flußrate einer ungünstigen Strömung gemessen wird, wird ferner sichergestellt, daß einige Rauschkomponenten, die möglicherweise in einem Flußraten-Erfassungssignal enthalten sind, verringert werden und eine gleichförmige Strömungsgeschwindigkeitsverteilung für eine Flüssigkeit, die in einer Richtung der Flüssigkeitshauptachse fließt, zu erhalten, wodurch eine richtige Flußratenerfassung mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
Wenn der Flußratensensor 102 der fünften Ausführungsform verwendet wird, um die Flußrate einer Ansaugluft zu messen, die an eine Kraftfahrzeugmaschine geliefert wird, wird ermöglicht, daß der Sensor 102 in der Nähe entweder der Einlaßseite oder der Auslaßseite des Hauptflüssigkeitskanals 34 installiert wird, während das gleiche Erfassungsergebnis erhalten wird.
ERFINDUNGSGEMÄßE AUSFÜHRUNGSFORM 6
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 11, 12 und 13 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 11 und 12 ist ein Flußratensensor 103 des thermoempfindlichen Typs der sechsten Ausführungsform ähnlich zu demjenigen der zweiten Ausführungsform bis auf die folgenden Unterschiede. Ein Hauptflüssigkeitskanal 35 ist nämlich ein zylindrisches Rohr, durch das eine Flüssigkeit fließt, deren Flußrate gemessen werden soll. Der Hauptflüssigkeitskanal 35 weist einen zusammenlaufenden Abschnitt 35a auf, dessen Kanalquerschnittsfläche von einem Einlaß davon in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite allmählich kleiner wird. In der Praxis wird ein derartiger auseinanderlaufender Abschnitt 35a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet. Ferner weist der Hauptflüssigkeitskanal 35 einen auseinanderlaufenden Abschnitt 35b auf, der integral mit dem zusammenlaufenden Abschnitt 35a verbunden ist, wobei eine Kanalquerschnittsfläche von dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 35a in Richtung auf die stromabwärts gerichtete Seite davon allmählich größer wird. Ferner und wie in 13 gezeigt, werden eine Vielzahl von kleinen Vorsprüngen 35c auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 35b gebildet. In ähnlicher Weise ist der Erfassungsrohrkanal 29 in einer solchen Weise angeordnet, daß sein Einlaß an einer Position oder wenigstens in der Nähe einer Position angeordnet ist, die dem schmalsten Abschnitt des zusammenlaufenden Abschnitts 35a entspricht.
Wenn eine Flüssigkeit von einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser an einen auseinanderlaufenden Abschnitt fließt, wird ihre Flüssigkeitsgeschwindigkeit plötzlich abnehmen. Infolgedessen wird die Flüssigkeit, die über die innere Oberfläche des vergrößerten Abschnitts fließt, dem Wandreibungswiderstand ausgesetzt, wodurch Wirbelströmungen und ein Abreißen der Flüssigkeit bewirkt wird.
Da die innere Oberfläche des vergrößerten Abschnitts 35b bei der Verwendung des Flußratensensors 103 der sechsten Ausführungsform durch Bilden einer Vielzahl von kleinen Vorsprüngen 35c auf der inneren Oberfläche der auseinanderlaufenden Abschnitte 35b auf einer geriffelten Oberfläche gebildet ist, werden eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmungen erzeugt, so daß eine Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche verwirbelt wird. In dieser Weise wird der Wandreibungswiderstand auf der geriffelt ausgebildeten inneren Oberfläche des vergrößerten Abschnitts 35b abnehmen, wodurch die Ausbildung eines Flüssigkeitsabrisses und eine Verringerung eines Druckverlustes verhindert wird.
Wenn dabei ”r” eine maximale Höhe der kleinen Vorsprünge 35c bezeichnet, die auf einer inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 35a entsprechend seinem schmalsten Abschnitt gebildet sind, und ”m” eine durchschnittliche Tiefe einer Flüssigkeit darstellt, können somit eine Vielzahl von Flußratensensoren mit verschiedenen r/m Werten hergestellt werden. 14 zeigt den Zusammenhang zwischen einem r/m Wert und einem Druckverlust des Flußratensensors, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt ist. Mit näheren Einzelheiten bedeutet eine durchschnittliche Tiefe ”m” ein Verhältnis von (Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 35a entsprechend seinem schmalsten Abschnitt)/(Umfangslänge einer Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 35a entsprechend seinem schmalsten Abschnitt). Drei Flußratensensoren mit verschiedenen Verjüngungsverhältnissen (1,9, 2,4, 3,2) wurden hergestellt. Dann wurden diese Flußratensensoren getestet und ihre Ergebnisse sind in 14 angezeigt.
Wie sich der 14 mit verschiedenen Flußratensensoren mit unterschiedlichen Verjüngungsverhältnissen entnehmen läßt, kann ein Druckverlust auf einen minimalen Wert verringert werden, wenn ein r/m Verhältnis in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 ist. Trotzdem kann ein Grund für dieses Phänomen wie folgt erläutert werden.
Wenn eine Flüssigkeit, die durch den zusammenlaufenden Abschnitt 35a geströmt ist, an dem schmalsten Abschnitt davon ankommt, werden nämlich eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmungen aufgrund einer Vielzahl von kleinen Vorsprüngen 35c auftreten. Dann werden sich diese kleinen Wirbelströmungen entlang der inneren Oberfläche des vergrößerten Abschnitts 35b bewegen, wodurch eine Turbulenz in einer Flüssigkeitsschicht gefördert wird, die über die innere Oberfläche fließt. Demzufolge wird der Wandreibungswiderstand auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 35b relativ klein, wodurch ein Flüssigkeitsabriß in großem Ausmaß verhindert wird und somit ein Druckverlust verringert wird.
In dieser Weise ist es mit der Verwendung des Flußratensensors 103, der gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, möglich, nicht nur die gleichen Effekte wie in den ersten und zweiten Ausführungsformen zu erhalten, sondern es ist auch möglich, den Wandreibungswiderstand auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 35b zu verringern, wodurch ein Druckverlust verringert wird.
Ferner ist durch Einstellen des m/r Verhältnisses (m: durchschnittliche Flüssigkeitstiefe; r: eine maximale Höhe der Vorsprünge 35c) in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 möglich, einen Druckverlust zu minimieren.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben worden ist, daß der Hauptflüssigkeitskanal 35 ein zylindrisches Rohr mit einem kreisförmigen Querschnitt ist, ist es auch möglich, daß ein derartiger Hauptflüssigkeitskanal 35 einen rechteckigen oder einen anderen polygonalen Querschnitt aufweisen kann. Wenn ein Hauptflüssigkeitskanal 35 einen rechteckförmigen oder einen anderen polygonalen Querschnitt aufweist, sollte das m/r Verhältnis (m: durchschnittliche Flüssigkeitstiefe; r: eine maximale Höhe der Vorsprünge 35c) in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 eingestellt werden, um den gleichen Effekt zu erzielen.
AUSFÜHRUNGSFORM 7
Eine siebte Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 15, 16 und 17 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 15 und 16 ist ein Flußratensensor 104 des thermoempfindlichen Typs der siebten Ausführungsform ähnlich wie derjenigen der sechsten Ausführungsform bis auf die folgenden Unterschiede. Ein Hauptflüssigkeitskanal 36 ist nämlich ein zylindrisches Rohr, durch das eine Flüssigkeit fließt, deren Flußrate gemessen werden soll. Der Hauptflüssigkeitskanal 36 weist einen zusammenlaufenden Abschnitt 36a auf, dessen Kanalquerschnittsfläche von einem Einlaß davon in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite allmählich kleiner wird. In der Praxis wird ein derartiger zusammenlaufender Abschnitt 36a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet. Ferner weist der Hauptflüssigkeitskanal 36 einen auseinanderlaufenden Abschnitt 36b auf, der integral mit dem zusammenlaufenden Abschnitt 36b verbunden ist, wobei seine Kanalquerschnittsfläche von dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 36a in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich größer wird. Insbesondere und wie in 17 gezeigt, ist eine ringförmige Rippe 36c auf der inneren Oberfläche des Hauptflüssigkeitskanals 36 gebildet, an einer Position, die einen Übergang zwischen dem zusammenlaufenden Abschnitt 36a und dem auseinanderlaufenden Abschnitt 36b entspricht. In der Praxis weist eine derartige ringförmige Rippe 36c einen dreieckförmigen Querschnitt auf. In ähnlicher Weise ist der Erfassungsrohrkanal 29 in solcher Weise angeordnet, daß sein Einlaß in einer Position oder wenigstens in der Nähe einer Position entsprechend dem schmalsten Abschnitt des zusammenlaufenden Abschnitts 36a angeordnet ist.
Da bei der Verwendung des Flußratensensors 104 der siebten Ausführungsform eine ringförmige Rippe 36c mit einem dreieckförmigen Querschnitt auf der inneren Oberfläche des Hauptflüssigkeitskanals 36 entsprechend einem Übergang zwischen dem zusammenlaufenden Abschnitt 36a und dem auseinanderlaufenden Abschnitt 36b gebildet ist, werden kleine Wirbelströmungen auftreten, wenn eine Flüssigkeit (die durch den zusammenlaufenden Abschnitt 36a geströmt ist) über die ringförmige Rippe 36c fließt, so daß eine Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 36b gestört wird. Infolgedessen wird der Wandreibungswiderstand auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitt 36b auf einen verhältnismäßig geringen Wert verringert, wodurch ein Flüssigkeitsabriß in großem Maß verhindert wird und ein Druckverlust durch den Flußratensensor verringert wird.
Wenn schließlich ähnlich wie bei der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dieser siebten Ausführungsform ein m/r Verhältnis (M. durchschnittliche Flüssigkeitstiefe; r: eine maximale Höhe der ringförmigen Rippe 36c) in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 eingestellt wird, wird sichergestellt, daß der gleiche Effekt wie bei der sechsten Ausführungsform erhalten werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORM 8
Eine achte Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 18, 19 und 20 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 18 und 19 ist ein Flußratensensor 105 des thermoempfindlichen Typs der achten Ausführungsform ähnlich zu demjenigen der siebten Ausführungsform bis auf die folgenden Unterschiede. Ein Hauptflüssigkeitskanal 37 ist nämlich ein zylindrisches Rohr, durch das eine Flüssigkeit fließt, deren Flußrate gemessen werden soll. Der Hauptflüssigkeitskanal 37 weist einen zusammenlaufenden Abschnitt 37 auf, dessen Kanalquerschnittsfläche von einem Einlaß davon in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite allmählich kleiner wird. In der Praxis wird ein derartiger zusammenlaufender Abschnitt 37a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet. Ferner weist der Hauptflüssigkeitskanal 37 einen auseinanderlaufenden Abschnitt 37b auf, der integral mit dem zusammenlaufenden Abschnitt 37a verbunden ist, wobei seine Kanalquerschnittsfläche von dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 37a in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich größer wird. Ferner und wie in 20 gezeigt, sind eine Vielzahl von kleinen Vorsprüngen 37c, die jeweils eine konische Form aufweisen, in einer ringförmigen Ausbildung in gleichen Abständen auf der inneren Oberfläche des Hauptflüssigkeitskanals 37 an einer Position entsprechend einem Übergang zwischen dem zusammenlaufenden Abschnitt 37a und dem auseinanderlaufenden Abschnitt 37b angeordnet. In ähnlicher Weise ist das röhrenförmige Erfassungselement 29 in solcher Weise angeordnet, daß sein Einlaß sich an einer Position oder wenigstens in der Nähe einer Position entsprechend dem schmalsten Abschnitt des zusammenlaufenden Abschnitts 36a befindet.
Bei der Verwendung des Flußratensensors 105 der achten Ausführungsform sind eine Vielzahl von kleinen Vorsprüngen 37c, die jeweils eine konische Form aufweisen, in einer ringförmigen Ausbildung in gleichen Abständen auf der inneren Oberfläche des Hauptflüssigkeitskanals 37 an einer Position angeordnet, die einen Übergang zwischen dem zusammenlaufenden Abschnitt 36a und dem auseinanderlaufenden Abschnitt 36b entspricht. Wenn deshalb eine Flüssigkeit (die durch den zusammenlaufenden Abschnitt 36a geströmt ist) über die konischen Vorsprünge 37c fließt, werden kleine Wirbelströme auftreten, so daß eine Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 37b gestört wird. Infolgedessen wird der Wandreibungswiderstand auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 37b auf einen verhältnismäßig geringen Wert verringert, wodurch ein Abriß der Flüssigkeit in großem Ausmaß verhindert wird und ein Druckverlust durch den Flußratensensor verkleinert wird.
In dieser Weise wird es mit der Verwendung des Flußratensensors, der gemäß der achten Ausführungsform gebildet ist, ermöglicht, den gleichen Effekt wie in der siebten Ausführungsform zu erhalten. Trotzdem wird ähnlich wie bei der siebten Ausführungsform in dieser achten Ausführungsform sichergestellt, daß der gleiche Effekt wie bei der siebten Ausführungsform erhalten wird, wenn ein m/r Verhältnis (m: durchschnittliche Flüssigkeitstiefe; r: maximale Höhe der kleinen Vorsprünge 37c) in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 eingestellt wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 9
Eine neunte Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 21, 22 und 23 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 21 und 22 ist ein Flußratensensor 106 des thermoempfindlichen Typs der neunten Ausführungsform ähnlich wie derjenige der zweiten Ausführungsform bis auf die folgenden Unterschiede. Ein Hauptflüssigkeitskanal 38 ist nämlich ein zylindrisches Rohr, durch das eine Flüssigkeit fließt, deren Flußrate gemessen werden soll. Der Hauptflüssigkeitskanal 38 weist einen zusammenlaufenden Abschnitt 38a auf, dessen Kanalquerschnittsfläche von einem Einlaß davon in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite allmählich kleiner wird. In der Praxis wird ein derartiger zusammenlaufender Abschnitt 38a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet. Ferner weist der Hauptflüssigkeitskanal 38 einen vergrößerten oder auseinanderlaufenden Querschnitt 38b auf, der integral mit dem zusammenlaufenden Abschnitt 38a verbunden ist, wobei seine Kanalquerschnittsfläche von dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 38a in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich größer wird. Ferner und wie in 23 gezeigt, sind eine Vielzahl von Vorsprüngen 38c auf der inneren Oberfläche des Hauptflüssigkeitskanals 38 gebildet. Genauer gesagt sind die Vorsprünge 38c längliche spitze Elemente, die umfangsmäßig in gleichen Abständen auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 38a in der Nähe des schmalsten Abschnitts der Kanalquerschnittsfläche davon angeordnet sind. Die Längsachse der länglichen spitzen Elemente ist parallel zu derjenigen des Hauptflüssigkeitskanals 38. Genauer gesagt weist jedes längliche spitze Element einen dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei die Höhe davon von der stromaufwärts liegenden Seite zu der stromabwärts liegenden Seite des Flüssigkeitskanals allmählich größer wird. In ähnlicher Weise ist das röhrenförmige Erfassungselement 29 in solcher Weise angeordnet, daß sein Einlaß an einer Position oder wenigstens in der Nähe einer Position angeordnet ist, die einem schmalsten Abschnitt des zusammenlaufenden Abschnitts 38a entspricht.
In dem Flußratensensor 106 der neunten Ausführungsform sind eine Vielzahl von spitzen Vorsprüngen 38c umfangsmäßig in gleichen Abständen auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 38a an einer Position in der Nähe des schmalsten Abschnitts der Kanalquerschnittsfläche davon angeordnet. Insbesondere weist jeder spitze Vorsprung 38c einen dreieckigen Querschnitt auf, wobei die Höhe davon von der stromaufwärts liegenden Seite zu der stromabwärts liegenden Seite des Flüssigkeitskanals allmählich höher wird. Wenn deshalb eine Flüssigkeit (die durch den zusammenlaufenden Abschnitt 38a geströmt ist) über die spitzen Vorsprünge 38c fließt, werden einige Wirbelströmungen auftreten, so daß eine Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 38b gestört wird. Infolgedessen wird der Reibungswiderstand auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 38b auf einen verhältnismäßig kleinen Wert verringert, wodurch ein Flüssigkeitsabriß in großem Ausmaß verhindert wird und ein Druckverlust durch den Flußratensensor verkleinert wird.
Die 24 und 25 sind Ansichten, die schematisch zwei modifizierte Beispiele der neunten Ausführungsform darstellen.
Unter Bezugnahme auf 24 kann jeder spitze Vorsprung 39, der in der Längsrichtung des Hauptflüssigkeitskanals 38 angeordnet ist, eine Vielzahl von kleineren spitzen Vorsprüngen 39a umfassen. Jeder kleinerer spitze Vorsprung 39a ist so gebildet, daß seine Querschnittshöhe von der stromaufwärts liegenden Seite in Richtung auf die stromabwärts liegenden Seite des Flüssigkeitskanals allmählich größer wird.
Unter Bezugnahme auf 35 können eine Vielzahl von spitzen Vorsprüngen 40, die alle in der Längsrichtung des Hauptflüssigkeitskanals 38 angeordnet sind, unterschiedliche Längen aufweisen.
Bei der Verwendung der spitzen Vorsprünge 39 oder 40 werden einige kleine Wirbelströmungen in der Hauptflüssigkeit auftreten, wenn sie durch den zusammenlaufenden Abschnitt 38a strömt, wodurch der gleiche Effekt wie in dem Beispiel erhalten wird, das in 23 gezeigt ist.
Trotzdem wird in dieser neunten Ausführungsform sichergestellt, daß ein Druckverlust verkleinert wird, wenn ein m/r Verhältnis (m: durchschnittliche Flüssigkeitstiefe; r: maximale Höhe jedes kleinen Vorsprungs 38c, 39, 40) in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 eingestellt wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 10
Eine 10. Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 26 und 27 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 26 und 27 ist ein Flußratensensor 107 des thermoempfindlichen Typs der 10. Ausführungsform ähnlich zu demjenigen der zweiten Ausführungsform bis auf die folgenden Unterschiede. Das heißt, ein Hauptflüssigkeitskanal 41 ist ein zylindrisches Rohr, durch das eine Flüssigkeit fließt, deren Flußrate gemessen werden soll. Der Hauptflüssigkeitskanal 41 weist einen zusammenlaufenden Abschnitt 41a auf, dessen Kanalquerschnittsfläche von einem Einlaß davon in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite allmählich kleiner wird. Tatsächlich wird ein derartiger zusammenlaufender Abschnitt 41a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet. Ferner weist der Hauptflüssigkeitskanal 41 einen auseinanderlaufenden Abschnitt 41b auf (wobei seine innere Oberfläche in eine Treppenstruktur ausgebildet ist), der mit dem zusammenlaufenden Abschnitt 41a verbunden ist, wobei seine Kanalquerschnittsfläche von dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 41a in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich größer wird. Insbesondere ist ein Winkel, der zwischen dem auseinanderlaufenden Abschnitt 41b und der zentralen Achse des Hauptflüssigkeitskanals 41 gebildet wird, 7 Grad oder kleiner. In ähnlicher Weise ist der Erfassungsrohrkanal 29 so angeordnet, daß sein Einlaß an einer Position oder wenigstens in der Nähe einer Position angeordnet ist, die dem schmalsten Abschnitt des zusammenlaufenden Abschnitts 41a entspricht. Somit ist die innere Wand des auseinanderlaufenden Abschnitts 41b in eine Treppenstruktur ausgebildet worden, so daß sie eine geriffelte oder rauhe Oberfläche aufweist.
Da in dem Flußratensensor 107 der 10. Ausführungsform der auseinanderlaufende Abschnitt 41b mit einer Kanalquerschnittsfläche (für das Durchströmen der Flüssigkeit) ausgebildet ist, die in einer Treppenausbildung in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon hin allmählich größer wird, werden einige kleine Wirbelströmungen auftreten, so daß eine Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 41b gestört wird. Infolgedessen wird der Wandreibungswiderstand auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 41d auf einen verhältnismäßig geringen Wert verringert, wodurch der gleiche Effekt wie bei der sechsten Ausführungsform erhalten wird.
Ferner kann ein derartiger Hauptflüssigkeitskanal 41 mit Hilfe eines Spritzgußverfahrens ausgebildet werden, so daß es möglich ist, den Flüssigkeitskanal in einer großen Menge herzustellen.
Wenn zusätzlich in dieser 10. Ausführungsform ein m/r Verhältnis (m: durchschnittliche Flüssigkeitstiefe; r. maximale Höhe der Stufen der treppenartigen inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts 41b entsprechend dem schmalsten Abschnitt des Hauptflüssigkeitskanals 41) in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 gehalten wird, wird sichergestellt, daß der gleiche Effekt wie bei der sechsten Ausführungsform erhalten wird, wodurch ein Druckverlust minimiert wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 11
Eine 11. Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 28 und 29 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 28 und 29 ist ein Flußratensensor 108 des thermoempfindlichen Typs der 11. Ausführungsform ähnlich zu demjenigen der zweiten Ausführungsform, außer daß eine Flüssigkeitsausrichtungs-Gittereinrichtung 42 auf der Einlaßseite des Hauptflüssigkeitskanals 33 angeordnet ist.
In dem Flußratensensor 108, der gemäß der 11. illustrativen Ausführungsform ausgebildet ist, wie in 29 gezeigt, weist der Hauptflüssigkeitskanal 33 einen zusammenlaufenden Abschnitt 33a auf, dessen Kanalquerschnittsfläche von einem Einlaß davon in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite allmählich kleiner wird. Tatsächlich wird ein derartiger zusammenlaufender Abschnitt 33a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet. Ferner befindet sich eine Flüssigkeitsausrichtungs-Gittereinrichtung 42 auf der Einlaßseite des Hauptflüssigkeitskanals 33. Demzufolge werden keinerlei stillstehende Flüssigkeitsabschnitt in dem zusammenlaufenden Abschnitt 33a auftreten, da die Flüssigkeit zu dieser Zeit bereits von der Flüssigkeitsausrichtungs-Gittereinrichtung ausgerichtet oder gleichgerichtet worden ist. In dieser Weise ist es möglich, nicht nur einen Effekt zum Verhindern der Ausbildung von kreisenden Strömungen zu verhindern (aufgrund der Flüssigkeitsausrichtungs-Gittereinrichtung (42), sondern es ist auch möglich, eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung in der Richtung der Hauptflüssigkeitsachse mittels des zusammenlaufenden Abschnitts 33a auszurichten. Somit wird sichergestellt, daß einige mögliche Fehler in der Flußratenerfassung verhindert werden, selbst wenn eine Änderung in der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung einer Flüssigkeit auf der stromaufwärts liegenden Seite des Flußratensensors 108 vorhanden ist.
AUSFÜHRUNGSFORM 12
Eine 12. Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 30 und 31 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 30 und 31 ist ein Flußratensensor 109 des thermoempfindlichen Typs der 12. Ausführungsform ähnlich wie derjenige der zweiten Ausführungsform bis auf die folgenden Unterschiede. Ein Erfassungsrohrkanal 43 ist nämlich ein zylindrisches Rohr, durch das eine Flüssigkeit fließt, deren Flußrate gemessen werden soll. Der Erfassungsrohrkanal 43 weist einen zusammenlaufenden Abschnitt 43a auf, dessen Kanalquerschnittsfläche von einem Einlaß davon in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite allmählich kleiner wird. Tatsächlich wird ein derartiger auseinanderlaufender Abschnitt 43a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet. Ferner ist ein Flußraten-Erfassungselement 22 an einer Position positioniert, die einem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 43a entspricht.
Nachdem eine Flüssigkeit, die verschiedene Geschwindigkeitsabschnitte beinhaltet, in den Erfassungsrohrkanal 43 hineingeflossen ist, wird bei der Verwendung des Flußratensensors 109 die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, wenn sie durch den zusammenlaufenden Abschnitt 43a strömt, wobei ein dynamischer Druck allmählich zunimmt und ein statischer Druck allmählich abnimmt. Demzufolge werden Flüssigkeitskomponenten, die in einer Richtung senkrecht zu der Flüssigkeitshauptachse fließen, verringert, da die meisten von diesen in Flüssigkeitskomponenten umgewandelt werden, die in die Flüssigkeitshauptachsenrichtung fließen, wodurch eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung der Flüssigkeit, die in der Hauptachsenrichtung fließt, erhalten wird. Somit wird die Flüssigkeit, deren Geschwindigkeitsverteilung in der Flüssigkeitshauptachsenrichtung durch den zusammenlaufenden Abschnitt 43a gleichgerichtet worden ist, an dem Flußraten-Erfassungselement 22 ankommen. Da ferner der zusammenlaufende Abschnitt 43a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche ausgebildet ist, und da ein derartiger zusammenlaufender Abschnitt 43a keinerlei Schulterabschnitte oder vorstehende Eckabschnitte aufweist, ist ferner eine Änderungsrate der Krümmung der gekrümmten Oberfläche, die den zusammenlaufenden Abschnitt 43a bildet, klein. Da die gekrümmte Oberfläche, die den zusammenlaufenden Abschnitt 43a bildet, eine sanfte und kontinuierlich geneigte Oberfläche aufweist, wird infolgedessen sichergestellt, daß ein Phänomen einer Wirbelströmung oder ein Abriß der Flüssigkeit, das für Flüssigkeitsrauschen verantwortlich ist, vermieden wird. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Flußratensensor, der die Verwendung eines Erfassungselements des Venturi-Typs beinhaltet, kann der Flußratensensor 109 der vorliegenden Ausführungsform in bemerkenswerter Weise effektiv ein Flüssigkeitsrauschen verringern, wobei die Flüssigkeit beschleunigt wird, um so die Flüssigkeit an das Flußraten-Erfassungselement 22 zu führen, wodurch eine gewünschte Flußratenmessung mit einer verbesserten Genauigkeit ermöglicht wird.
Ferner ist es mit dem Flußratensensor 109, der gemäß der 12. Ausführungsform gebildet ist, auch möglich, daß ein auseinanderlaufender Abschnitt im Zusammenhang mit dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 43a gebildet werden kann. Ein derartiger auseinanderlaufender Abschnitt ist so gebildet, daß seine Kanalquerschnittsfläche in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich größer wird. In dieser Weise ist es möglich, daß ein dynamischer Druck, der in dem zusammenlaufenden Abschnitt 43a erhalten wird, in dem auseinanderlaufenden Abschnitt allmählich in einen statischen Druck umgewandelt wird, wodurch ein Druckverlust verringert wird.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben worden ist, daß der zusammenlaufende Abschnitt 43a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche ausgebildet ist, ist es auch möglich, daß der zusammenlaufende Abschnitt sowohl durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche als auch eine gerade Ebene Oberfläche gebildet wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 13
Obwohl in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, daß ein zusammenlaufender Abschnitt durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet werden kann, ist es in einer 13. Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung auch möglich, daß ein zusammenlaufender Abschnitt 44a durch Verbinden einer Vielzahl von geraden ebenen Oberflächen gebildet wird, um so eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche zu approximieren.
Andere Abschnitte des Flußratensensors 110, der gemäß der 13. Ausführungsform ausgebildet ist, sind die gleichen wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
Da somit in dem Flußratensensor 110 der 13. Ausführungsform der zusammenlaufende Abschnitt 44a durch eine allgemein dreidimensional gekrümmte Oberfläche gebildet wird, ist ein derartiger zusammenlaufender Abschnitt 44a im wesentlichen der gleiche wie der zusammenlaufende Abschnitt 26a der ersten Ausführungsform, wodurch ein Effekt erhalten wird, der der gleiche ist wie derjenige, der in der ersten Ausführungsform erhalten wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 14
34 ist eine Querschnittsansicht, in einem Seitenaufriß, die schematisch einen Flußratensensor darstellt, der gemäß einer 14. Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung gebildet ist.
In dieser 14. Ausführungsform ist ein Flußratensensor in einem Hauptflüssigkeitskanal 50 eingesteckt worden, der ein derartiger ist, der mit einem Luftreinigergehäuse versehen ist.
Hierbei ist der Hauptflüssigkeitskanal 50 ein Ansaugluftrohr für eine Kraftfahrzeugmaschine und ein Luftreinigerelement 2 ist in dem Hauptflüssigkeitskanal 50 angeordnet. Genauer gesagt weist der Hauptflüssigkeitskanal 50 auf der stromabwärts liegenden Seite des Luftreinigerelements 2 einen zusammenlaufenden Abschnitt 50a auf, dessen Kanalquerschnittsfläche in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite allmählich kleiner wird. Tatsächlich wird ein derartiger zusammenlaufender Abschnitt 50a durch eine dreidimensionale gekrümmte Oberfläche ausgebildet. Ferner weist der Hauptflüssigkeitskanal 50 einen auseinanderlaufenden Abschnitt 50b auf, der integral mit dem zusammenlaufenden Abschnitt 50a verbunden ist, wobei seine Kanalquerschnittsfläche von dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 50a in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon hin allmählich größer wird. Ferner wird ein Erfassungsrohrkanal 39, der mit einem Flußraten-Erfassungselement 22 ausgerüstet ist, durch einen Halterungsabschnitt 21 in dem Hauptflüssigkeitskanal 50 gehalten, und zwar in solcher Weise, daß er eine koaxiale Beziehung zu dem Hauptflüssigkeitskanal 50 bildet. In ähnlicher Weise ist der Erfassungsrohrkanal 29 in solcher Weise angeordnet, daß sein Einlaß sich an einer Position oder wenigstens in der Nähe einer Position befindet, die dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 50a entspricht.
Somit wird in der 14. Ausführungsform eine Ansaugluft, die in dem Hauptflüssigkeitskanal 50 fließt, durch das Luftreinigerelement 2 geführt, um so den Staub daraus zu entfernen. Dann wird die Luftströmung veranlaßt, kontinuierlich in Richtung auf eine Kraftfahrzeugmaschine hinzufließen. Sobald die Flüssigkeit in den zusammenlaufenden Abschnitt 50a hineingeflossen ist, wird somit die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, wenn sie durch den zusammenlaufenden Abschnitt 50a strömt, wobei ein dynamischer Druck allmählich zunimmt und ein statischer Druck allmählich abnimmt. Demzufolge werden Flüssigkeitskomponenten, die in einer Richtung senkrecht zu der Flüssigkeitshauptachse fließen, verkleinert, da die meisten von diesen in Flüssigkeitskomponenten umgewandelt werden, die in der Flüssigkeitshauptachsenrichtung fließen, wodurch eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung für die Flüssigkeit, die in der Hauptachsenrichtung fließt, erhalten wird. Somit wird die Flüssigkeit, deren Geschwindigkeitsverteilung in der Flüssigkeitshauptachsenrichtung durch den zusammenlaufenden Abschnitt 50a aus- oder gleichgerichtet worden ist, in den Erfassungsrohrkanal 29 fließen und an dem Flußraten-Erfassungselement 22 ankommen.
Andererseits fließt die Luftströmung, die durch den schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts 50a geströmt ist, durch den auseinanderlaufenden Abschnitt 50b, wobei der dynamische Druck verkleinert und der statische Druck vergrößert wird. Das heißt, ein dynamischer Druck, der in dem zusammenlaufenden Abschnitt 50a erhalten wird, wird allmählich in dem auseinanderlaufenden Abschnitt 50b in einen statischen Druck umgewandelt, wodurch ein gleichförmiger statischer Druck gebildet und somit ein Druckverlust verringert wird.
Selbst wenn bei der Verwendung des Flußratensensors der 14. Ausführungsform eine Ansaugluftströmung verschiedene Geschwindigkeitsabschnitte enthält, die durch eine Verstopfung des Luftreinigerelements 2 verursacht werden, und selbst wenn eine beträchtliche Änderung in der Geschwindigkeitsverteilung der Ansaugluftströmung vorhanden ist, kann somit die Ansaugluftströmung mit Hilfe des zusammenlaufenden Abschnitts 50a ausgerichtet werden, wodurch eine gleichförmige Geschwindigkeitsverteilung für die Luftströmung vor ihrer Ankunft an dem Flußraten-Erfassungselement 22 erhalten wird. In dieser Weise wird sichergestellt, daß irgendeine Signalstörung, die möglicherweise in einem abschließenden Flußraten-Erfassungsergebnis enthalten ist, verkleinert wird.
Da ferner ein dynamischer Druck, der in dem zusammenlaufenden Abschnitt 50a erhalten wird, allmählich in dem auseinanderlaufenden Abschnitt 50b in einen statischen Druck umgewandelt wird, kann ein Druckverlust durch den Flußratensensor verringert werden, wodurch sichergestellt wird, daß eine ausreichende Menge einer Ansaugluft an die Kraftfahrzeugmaschine geliefert wird und somit eine ausreichende Ausgangsleistung der Maschine sichergestellt wird.
Obwohl in den voranstehenden Ausführungsformen 1–14 beschrieben worden ist, daß sich ein Erfassungsrohrkanal, der ein Flußraten-Erfassungselement enthält, in dem Hauptflüssigkeitskanal befindet, ist es auch möglich, daß das Flußraten-Erfassungselement nicht in dem Erfassungsrohrkanal enthalten ist. Anstelle davon kann das Flußraten-Erfassungselement direkt in dem Hauptflüssigkeitskanal angeordnet sein, wie in 35 gezeigt.
Bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung, die in der voranstehend beschriebenen Weise aufgebaut worden ist, ist es möglich, wenigstens die folgenden Wirkungen bereitzustellen.
Das Flußraten-Erfassungselement ist in einer Richtung, in der die Flüssigkeit fließt, an einer Position in der Nähe des schmalsten Abschnitts der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts angeordnet. Selbst wenn eine Änderung in der Geschwindigkeitsverteilung einer fließenden Flüssigkeit vorhanden ist, deren Flußrate erfaßt werden soll, ist es deshalb noch möglich, eine gewünschte Flußratenerfassung mit einer hohen Genauigkeit auszuführen und gleichzeitig einen Druckverlust zu verkleinern.
Durch einen auseinanderlaufenden Abschnitt, der integral mit dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts verbunden ist, wobei seine Kanalquerschnittsfläche von dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite allmählich größer wird, kann sichergestellt werden, daß die Bildung von Wirbelströmungen verhindert wird, die ein Abreißen der Flüssigkeit auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts bewirken, und kann eine Verringerung eines Druckverlusts sichergestellt werden.
Da ferner in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von kleinen Vorsprüngen der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts gebildet sind, werden eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmungen auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts auftreten und in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche werden sich einige Turbulenzströmungen ergeben, wodurch ein Wandreibungswiderstand auf der Oberfläche auf einen relativ kleinen Wert verkleinert und somit ein Druckverlust verringert wird.
Ferner kann der zusammenlaufende Abschnitt des Hauptflüssigkeitskanals in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung so gebildet sein, daß ein Verjüngungsverhältnis S₁/S₀ eine Gleichung 1,5 ≤ S₁/S₀ ≤ 3,0 erfüllt; S₁ ist die Kanalquerschnittsfläche des größten Abschnitts des zusammenlaufenden Abschnitts und So ist die Kanalquerschnittsfläche des schmalsten Abschnitts des zusammenlaufenden Abschnitts. Selbst wenn eine Änderung in der Geschwindigkeitsverteilung einer fließenden Flüssigkeit vorhanden ist, deren Flußrate erfaßt werden soll, ist es deshalb noch möglich, eine gewünschte Flußratenerfassung mit einem verringerten Fehler auszuführen und gleichzeitig einen Druckverlust zu verringern.
Wenn die innere Wand des zusammenlaufenden Abschnitts und die innere Wand des auseinanderlaufenden Abschnitts integral miteinander gebildet sind, um so eine kontinuierliche gekrümmte Oberfläche darzustellen, die geometrisch symmetrisch ist, wobei der schmalste Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts als eine geometrische Mitte dient, wird sichergestellt, daß die Flußrate einer Flüssigkeit, die in jeder Richtung fließt, mit einer hohen Genauigkeit erfaßt wird.
Durch eine Ausbildung der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts als eine geriffelte oder rauhe Oberfläche werden viele kleine Wirbelströmungen auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts auftreten und in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche werden einige Turbulenzströmungen auftreten, wodurch ein Wandreibungswiderstand auf der Oberfläche auf einen verhältnismäßig kleinen Wert verringert und somit ein Druckverlust verkleinert wird.
Durch ein m/r Verhältnis in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 werden eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmungen auf der inneren Oberfläche des schmalsten Abschnitts des Hauptflüssigkeitskanals auftreten und dies wird unterstützen, daß sich in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche einige Turbulenzströmungen ergeben, wodurch ein Reibungswiderstand auf der Oberfläche auf einen verhältnismäßig kleinen Wert verringert und somit ein Druckverlust verkleinert wird.
Da ferner in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung die innere Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts eine treppenartige Oberfläche aufweisen kann, werden sich eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmen auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts ergeben und werden sich in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche einige Turbulenzströmungen ergeben, wodurch ein Reibungswiderstand auf der Oberfläche auf einen verhältnismäßig kleinen Wert verringert und somit ein Druckverlust verkleinert wird. Wenn der m/r Verhältnis in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 gehalten wird; wobei r hier eine maximale Höhe der Stufen der treppenartigen inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts in der Nähe des schmalsten Abschnitts des Hauptflüssigkeitskanals ist, werden sich auf der inneren Oberfläche des schmalsten Abschnitts des Hauptflüssigkeitskanals wiederum eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmungen ergeben und dies wird unterstützen, daß sich in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche einige Turbulenzströmungen ergeben, wodurch ein Wandreibungswiderstand auf der inneren Oberfläche auf einen verhältnismäßig kleinen Wert verringert und somit ein Druckverlust minimiert wird.
Da ferner in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung die innere Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts kontinuierlich und integral mit derjenigen des auseinanderlaufenden Abschnitts verbunden sein kann, wird ermöglicht, nur eine kleine Änderungsrate der Krümmung der gekrümmten Oberfläche, die die innere Oberfläche des Hauptflüssigkeitskanals bildet, zu bilden, wodurch es möglich wird, die Bildung von Wirbelströmungen zu verhindern, die für ein Flüssigkeitsfließrauschen vorhanden sind, wodurch ein Abreißen der Flüssigkeit verhindert und ein Druckverlust verkleinert wird.
Da ferner in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Vorsprüngen auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts in der Nähe des schmalsten Abschnitts davon gebildet sein können, werden sich eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmungen auf der inneren Oberfläche des schmalsten Abschnitts des Hauptflüssigkeitskanals ergeben und dies wird unterstützen, daß sich in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche einige Turbulenzströmungen ergeben, wodurch ein Reibungswiderstand auf der Oberfläche auf einen verhältnismäßig kleinen Wert verringert wird.
Vorzugsweise sind in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung die obigen Vorsprünge längliche spitze Elemente, die umfangsmäßig in gleichen Abständen auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts in der Nähe des schmalsten Abschnitts davon angeordnet sind, wobei die Längsachsen der länglichen spitzen Elemente parallel zu derjenigen des Hauptflüssigkeitskanals sind, und jedes längliche spitze Element einen dreieckigen Querschnitt aufweist, wobei die Höhe davon von der stromaufwärts liegenden Seite zu der stromabwärts liegenden Seite allmählich größer wird. Deshalb werden sich auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts einige feine Wirbelströmungen allmählich ergeben und in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche werden sich einige Turbulenzströmungen ergeben, wodurch ein Reibungswiderstand auf der inneren Oberfläche auf einen verhältnismäßig kleinen Wert herabgesetzt wird.
Durch ein m/r Verhältnis in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 eingestellt; wobei r eine maximale Höhe der Vorsprünge, die auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts in der Nähe des schmalsten Abschnitts davon gebildet sind ist, werden sich auf der inneren Oberfläche des schmalsten Abschnitts des Hauptflüssigkeitskanals eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmungen ergeben und dies wird unterstützen, daß sich in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche einige turbulente Strömungen ergeben, wodurch ein Druckverlust minimiert wird.
Da in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung ferner auf der stromabwärts liegenden Seite des zusammenlaufenden Abschnitts eine Flüssigkeitsgleichrichtungs-Gittereinrichtung vorgesehen sein kann, wird ermöglicht, nicht nur einen Effekt einer Verhinderung der Bildung von zirkulierenden Flußkomponenten in einer Flüssigkeit, die in die Flüssigkeitsgleichrichtungs-Gittereinrichtung hineinfließt, zu erhalten, sondern es ist auch möglich, einen Effekt einer Ausrichtung von verschiedenen Geschwindigkeitsabschnitten einer Flüssigkeit, die in einer Richtung der Hauptflüssigkeitsachse fließt, zu erhalten.
Da ferner in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung die innere Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts eine treppenartige Oberfläche aufweist, werden sich eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmen auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts ergeben und in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche werden sich einige Turbulenzströmungen ergeben, wodurch ein Reibungswiderstand auf der Oberfläche auf einen verhältnismäßig kleinen Wert verringert und somit ein Druckverlust verkleinert wird.
Ferner wird in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung ein m/r Verhältnis in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 gehalten; m ist eine durchschnittliche Flüssigkeitstiefe, die als ein Verhältnis von (Kanalquerschnittsfläche des Hauptflüssigkeitskanals entsprechend dem schmalsten Abschnitt davon)/(Umfangslänge eines Kanalquerschnitts des Hauptflüssigkeitskanals entsprechend dem schmalsten Abschnitt davon) definiert ist, und r ist eine maximale Höhe der Stufen der treppenartigen inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts in der Nähe des schmalsten Abschnitts des Hauptflüssigkeitskanals. Deshalb werden sich auf der inneren Oberfläche des schmalsten Abschnitts des Hauptflüssigkeitskanals eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmungen ergeben und dies wird unterstützen, daß sich in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche einige Turbulenzströmungen ergeben, wodurch ein Wandreibungswiderstand auf der inneren Oberfläche auf einen verhältnismäßig kleinen Wert verringert und somit ein Druckverlust minimiert wird.
Da ferner in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung die innere Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts kontinuierlich und integral mit derjenigen des auseinanderlaufenden Abschnitts verbunden ist, wird ermöglicht, nur eine kleine Änderungsrate der Krümmung der gekrümmten Oberfläche, die die innere Oberfläche des Hauptflüssigkeitskanals bildet, zu bilden, wodurch es möglich wird, die Bildung von Wirbelströmungen zu verhindern, die für ein Flüssigkeitsfließrauschen vorhanden sind, wodurch ein Abreißen der Flüssigkeit verhindert und ein Druckverlust verkleinert wird.
Da ferner in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Vorsprüngen auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts in der Nähe des schmalsten Abschnitts davon gebildet sind, werden sich eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmungen auf der inneren Oberfläche des schmalsten Abschnitts des Hauptflüssigkeitskanals ergeben und dies wird unterstützen, daß sich in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche einige Turbulenzströmungen ergeben, wodurch ein Reibungswiderstand auf der Oberfläche auf einen verhältnismäßig kleinen Wert verringert wird.
Ferner sind in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung die obigen Vorsprünge längliche spitze Elemente, die umfangsmäßig in gleichen Abständen auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts in der Nähe des schmalsten Abschnitts davon angeordnet sind, wobei die Längsachsen der länglichen spitzen Elemente parallel zu derjenigen des Hauptflüssigkeitskanals sind, und jedes längliche spitze Element einen dreieckigen Querschnitt aufweist, wobei die Höhe davon von der stromaufwärts liegenden Seite zu der stromabwärts liegenden Seite allmählich größer wird. Deshalb werden sich auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts einige feine Wirbelströmungen allmählich ergeben und in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche werden sich einige Turbulenzströmungen ergeben, wodurch ein Reibungswiderstand auf der inneren Oberfläche auf einen verhältnismäßig kleinen Wert herabgesetzt wird.
Ferner wird in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung ein m/r Verhältnis in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 eingestellt; m ist eine durchschnittliche Flüssigkeitstiefe, die als ein Verhältnis von (Kanalquerschnittsfläche des Hauptflüssigkeitskanals entsprechend dem schmalsten Abschnitt davon)/(Umfangslänge des Kanalquerschnitts des Hauptflüssigkeitskanals entsprechend dem schmalsten Abschnitt davon) definiert ist, und r ist eine maximale Höhe der Vorsprünge, die auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts in der Nähe des schmalsten Abschnitts davon gebildet sind. Deshalb werden sich auf der inneren Oberfläche des schmalsten Abschnitts des Hauptflüssigkeitskanals eine Vielzahl von kleinen Wirbelströmungen ergeben und dies wird unterstützen, daß sich in einer Flüssigkeitsschicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche einige turbulente Strömungen ergeben, wodurch ein Druckverlust minimiert wird.
Da in dem Flußratensensor der vorliegenden Erfindung ferner auf der stromabwärts liegenden Seite des zusammenlaufenden Abschnitts eine Flüssigkeitsgleichrichtungs-Gittereinrichtung vorgesehen ist, wird ermöglicht, nicht nur einen Effekt einer Verhinderung der Bildung von zirkulierenden Flußkomponenten in einer Flüssigkeit, die in die Flüssigkeitsgleichrichtungs-Gittereinrichtung hineinfließt, zu erhalten, sondern es ist auch möglich, einen Effekt einer Ausrichtung von verschiedenen Geschwindigkeitsabschnitten einer Flüssigkeit, die in einer Richtung der Hauptflüssigkeitsachse fließt, zu erhalten.
Ferner umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung ein verbesserter Flußratensensor: einen Hauptflüssigkeitskanal für eine Flüssigkeit, so daß sie dadurch fließen kann; einen Erfassungsrohrkanal, der koaxial in dem Hauptflüssigkeitskanal angeordnet ist; ein Temperaturerfassungselement zum Erfassen der Temperatur der Flüssigkeit; ein Flußraten-Erfassungselement mit einem Flußraten-Erfassungswiderstand, der aus einem thermoempfindlichen elektrisch widerstandsfähigen Material gebildet ist, wobei das Flußraten-Erfassungselement in dem Erfassungsrohrkanal so angeordnet ist, daß der Flußraten-Erfassungswiderstand der dadurch fließenden Flüssigkeit ausgesetzt wird; und eine Steuerschaltung zum Steuern eines elektrischen Stroms, der an den Flußraten-Erfassungswiderstand fließt, so daß die Temperatur des Flußraten-Erfassungswiderstands auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden kann, der zu einem gewissen Ausmaß höher als eine Flüssigkeitstemperatur ist, die von dem Temperaturerfassungselement erfaßt wird. Dabei wird die Flußrate der Flüssigkeit, die entlang des Hauptflüssigkeitskanals fließt, auf Grundlage eines Wärmeübertragungsphänomens von dem obigen Flußraten-Erfassungswiderstand an die Flüssigkeit gemessen. Der Flußratensensor der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß: der Erfassungsrohrkanal einen zusammenlaufenden Abschnitt beinhaltet, dessen Kanalquerschnittsfläche in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich kleiner wird; wenigstens ein Abschnitt einer inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts, die von einer Ebene geschnitten wird, die die Mittenachse des Hauptflüssigkeitskanals enthält, durch eine allgemein dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet wird; und das Flußraten-Erfassungselement in einer Richtung, in der die Flüssigkeit fließt, angeordnet ist, an einer Position in der Nähe des schmalsten Abschnitts der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts. Wenn eine Änderung in der Geschwindigkeitsverteilung einer fließenden Flüssigkeit, deren Flußrate erfaßt werden soll, vorhanden ist, ist es deshalb noch möglich, eine gewünschte Flußratenerfassung mit einer hohen Genauigkeit auszuführen und gleichzeitig einen Druckverlust zu verringern.

Claims

Flussratensensor, umfassend: einen Hauptflusskanal (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50), der dafür vorgesehen ist, dass ein Fluss dadurch fließt; einen Erfassungsrohrkanal (29), der koaxial in dem Hauptflusskanal (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50) angeordnet ist; ein Temperaturerfassungselement (13) zum Erfassen der Temperatur des Flusses; ein Flussraten-Erfassungselement (22) mit einem Flussraten-Erfassungswiderstand (11), der aus einem thermoempfindlichen elektrisch widerstandsfähigem Material gebildet ist, wobei das Flussraten-Erfassungselement in dem Erfassungsrohrkanal (29) angeordnet ist; und eine Steuerschaltung (24) zum Steuern eines elektrischen Stroms, der an den Flussraten-Erfassungswiderstand (11) fließt, so dass die Temperatur des Flussraten-Erfassungswiderstands (11) auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, der zu einem gewissen Ausmaß höher als eine Temperatur ist, die von dem Temperaturerfassungselement (13) erfasst wird; wobei der Hauptflusskanal (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50) einen zusammenlaufenden Abschnitt (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a), dessen Kanalquerschnittsfläche in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich kleiner wird; und einen auseinanderlaufenden Abschnitt (33b, 35b, 36b, 37b, 38b, 41b, 50b), der integral mit dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a) verbunden ist, umfasst; wenigstens ein Abschnitt einer inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a), der von einer Ebene geschnitten wird, die die Mittenachse des Hauptflusskanals (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50) enthält, durch eine allgemein dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet ist; die Kanalquerschnittsfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts (33b, 35b, 36b, 37b, 38b, 41b, 50b) allmählich von einem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a) in Richtung auf die stromabwärts davon liegende Seite größer wird, und der Einlass des Erfassungsrohrkanals (29) in einer Flussrichtung angeordnet ist, so dass der Einlass an einer Position in der Nähe des schmalsten Abschnitts der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a) ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von kleinen Vorsprüngen (35c) auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts (35b) gebildet sind.
Flussratensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptflusskanal (33) aus einem Rohr mit einer vorgegebenen Länge in Flussrichtung besteht, der zusammenlaufende Abschnitt (33a) so gebildet ist, dass seine Kanalquerschnittsfläche von dem Einlass des Rohrs in Richtung auf eine stromabwärts liegende Seite entlang der Flussrichtung allmählich kleiner wird; der Einlaß des Erfassungsrohrkanals (29) sich an einer Position in Flussrichtung befindet, die von dem Einlass des Hauptflusskanals (33) in einem Abstand beabstandet ist, der in einem Bereich von ungefähr 0,75 L bis ungefähr 1,5 L ist; und L ein Abstand zwischen dem Einlass des Hauptflusskanals (33) und dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (33a) ist.
Flussratensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusammenlaufende Abschnitt (33a) des Hauptflusskanals (33) so gebildet ist, dass ein Verjüngungsverhältnis S₁/S₀ eine Gleichung 1,5 ≤ S₁/S₀ ≤ 3,0 erfüllt; und S₁ die Kanalquerschnittsfläche des größten Abschnitts des zusammenlaufenden Abschnitts (33a) ist und So die Kanalquerschnittsfläche des schmalsten Abschnitts des zusammenlaufenden Abschnitts (33a) ist.
Flussratensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Wand des zusammenlaufenden Abschnitts (34a) und die innere Wand des auseinanderlaufenden Abschnitts (34b) integral zusammen ausgebildet sind, um so eine kontinuierliche gekrümmte Oberfläche darzustellen, die geometrisch symmetrisch ist, wobei der schmalste Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (34a) als eine geometrische Mitte dient.
Flussratensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein m/r Verhältnis in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 eingestellt ist; und m eine durchschnittliche Fluss iefe ist, die als ein Verhältnis von (Kanalquerschnittsfläche des Hauptflusskanals (35) entsprechend dem schmalsten Abschnitt davon)/(Umfangslänge eines Kanalquerschnitts des Hauptflusskanals (35) entsprechend dem schmalsten Abschnitt davon) definiert ist, und r eine maximale Höhe von Vorsprüngen (35c) ist, die auf der inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts (35b) in der Nähe des schmalsten Abschnitts des Hauptflusskanals (35) gebildet sind.
Flussratensensor, umfassend: einen Hauptflusskanal (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50), der dafür vorgesehen ist, dass ein Fluss dadurch fließt; einen Erfassungsrohrkanal (29), der koaxial in dem Hauptflusskanal (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50) angeordnet ist; ein Temperaturerfassungselement (13) zum Erfassen der Temperatur des Flusses; ein Flussraten-Erfassungselement (22) mit einem Flussraten-Erfassungswiderstand (11), der aus einem thermoempfindlichen elektrisch widerstandsfähigem Material gebildet ist, wobei das Flussraten-Erfassungselement in dem Erfassungsrohrkanal (29) angeordnet ist; und eine Steuerschaltung (24) zum Steuern eines elektrischen Stroms, der an den Flussraten-Erfassungswiderstand (11) fließt, so dass die Temperatur des Flussraten-Erfassungswiderstands (11) auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, der zu einem gewissen Ausmaß höher als eine Temperatur ist, die von dem Temperaturerfassungselement (11) erfasst wird; wobei der Hauptflusskanal (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50) einen zusammenlaufenden Abschnitt (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a), dessen Kanalquerschnittsfläche in Richtung auf die stromabwärts liegende Seite davon allmählich kleiner wird; und einen auseinanderlaufenden Abschnitt (33b, 35b, 36b, 37b, 38b, 41b, 50b), der integral mit dem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a) verbunden ist, umfasst; wenigstens ein Abschnitt einer inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a), der von einer Ebene geschnitten wird, die die Mittenachse des Hauptflusskanals (33, 35, 36, 37, 38, 41, 50) enthält, durch eine allgemein dreidimensionale gekrümmte Oberfläche gebildet ist; die Kanalquerschnittsfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts (33b, 35b, 36b, 37b, 38b, 41b, 50b) allmählich von einem schmalsten Abschnitt der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a) in Richtung auf die stromabwärts davon liegende Seite größer wird, und der Einlass des Erfassungsrohrkanals (29) in einer Flussrichtung angeordnet ist, so dass der Einlass an einer Position in der Nähe des schmalsten Abschnitts der Kanalquerschnittsfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (33a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a, 50a) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts (41b) eine treppenartige Oberfläche aufweist.
Flussratensensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein m/r Verhältnis in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 eingestellt ist; und m eine durchschnittliche Flusstiefe ist, die als ein Verhältnis von (Kanalquerschnittsfläche des Hauptflusskanals (41) entsprechend dem schmalsten Abschnitt davon)/(Umfangslänge eines Kanalquerschnitts des Hauptflusskanals (41) entsprechend dem schmalsten Abschnitt davon) definiert ist, und r eine maximale Höhe der Stufen der treppenartigen inneren Oberfläche des auseinanderlaufenden Abschnitts (41b) in der Nähe des schmalsten Abschnitts des Hauptflusskanals (41) ist.
Flussratensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche eines zusammenlaufenden Abschnitts (34a) kontinuierlich und integral mit derjenigen eines auseinanderlaufenden Abschnitts (34b) gebildet ist.
Flussratensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Vorsprüngen (36c, 37c, 38c, 39, 40) auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (36a, 37a, 38a) in der Nähe des schmalsten Abschnitts davon gebildet sind.
Flussratensensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (38c, 39, 40) längliche spitze Elemente sind, die umfangsmäßig in einem gleichen Abstand auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (38a) in der Nähe des schmalsten Abschnitts davon angeordnet sind, wobei die Längsachsen der länglichen spitzen Elemente parallel zu derjenigen des Hauptflusskanals (38) sind, und jedes längliche spitze Element einen dreieckigen Querschnitt aufweist, wobei die Höhe davon von der stromaufwärts liegenden Seite zu der stromabwärts liegenden Seite allmählich höher wird.
Flussratensensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein m/r Verhältnis in einem Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 40 eingestellt ist; und m eine durchschnittliche Flusstiefe ist, die als ein Verhältnis von (Kanalquerschnittsfläche des Hauptflusskanals (36, 37, 38) entsprechend dem schmalsten Abschnitt davon)/(Umfangslänge eines Kanalquerschnitts des Hauptflusskanals (36, 37, 38) entsprechend dem schmalsten Abschnitt davon) definiert ist, und r eine maximale Höhe von Vorsprüngen (36c, 37c, 38c, 39, 40) ist, die auf der inneren Oberfläche des zusammenlaufenden Abschnitts (36a, 37a, 38a) in der Nähe des schmalsten Abschnitts des Hauptflusskanals (36, 37, 38) gebildet sind.
Flussratensensor nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der stromaufwärts liegenden Seite des zusammenlaufenden Abschnitts (33a) eine Flussgleichrichtungs-Gittereinrichtung (42) vorgesehen ist.