DE4013351A1

DE4013351A1 - Wirbelstroemungsmesser

Info

Publication number: DE4013351A1
Application number: DE4013351A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Tanimura; Hisato Azuma; Hisato Ishikuro; Yasuo Tada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1990-10-31
Also published as: KR900016737A; AU5382690A; AU620980B2; US5029465A; DE4013351C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelströmungsmesser und insbesondere auf einen Wirbelströmungsmesser zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor.

Im allgemeinen ist, wenn ein Wirbelströmungsmesser in einem Verbrennungsmotor Verwendung findet, dieser stets an der stromabwärts liegenden Seite eines Luft reinigers vorgesehen, welcher seinerseits dazu vorge sehen ist, um Staub aus in den Motor eingesaugter Luft zu entfernen, wie dies z. B. in der JP-PS 62-26 686 und der JP-AS 58-21 517 aufgezeigt ist.

Wenn die Strömung eines Fluids, das gemessen werden soll, nicht stabil ist, wird als Folge davon die Meßgenauig keit desselben herabgesetzt, und in manchen Fällen kann gar keine Messung möglich sein. Da, wie vorstehend beschrieben, ein in einem Verbrennungsmotor Verwendung findender Wirbelströmungsmesser an der stromabwärts liegenden Seite eines Luftreinigers vorgesehen ist, ist es in vielen Fällen unmöglich, für genügend Platz zu sorgen, damit ein Fluid mit dem erforderlichen Stabilitätsniveau strömen kann, und folglich nehmen Drift- und Turbulenzströmungen beträchtlich zu, wenn die Strömungsrate hoch ist. Wenn ein bekannter Gleich richtmechanismus in einer solchen Anordnung verwendet wird, kann die Erzeugung von Wirbeln behindert werden.

Fig. 1 ist eine Ansicht im Schnitt durch einen her kömmlichen Wirbelströmungsmesser 1, der an der strom abwärts liegenden Seite eines Luftreinigers eines Motors vorgesehen ist. Der Wirbelströmungsmesser 1 umfaßt einen Leitungskanal 11 mit einer viereckigen Querschnitts konfiguration zum Hindurchlassen eines zu messenden Fluids, eine erste Wirbelerzeugersäule 12, die im Inneren des Leitungskanals 11 vorgesehen ist, um einen Karman-Wirbel zu erzeugen, eine zweite Wirbelerzeuger säule 13, die im Inneren des Leitungskanals 11 an der stromabwärts liegenden Seite der ersten Wirbelerzeuger säule 12 vorgesehen ist, um einen Karman-Wirbel zu er zeugen, wobei die zweite Wirbelerzeugersäule 13 eine Wirbelermittlungsdruck-Einführöffnung hat, eine waben artige Gleichrichteinrichtung 14, die am stromaufwärts liegenden Ende des Leitungskanals 11 vorgesehen ist, und einen Steuerkreis 15, der außerhalb des Leitungs kanals 11 vorgesehen ist. Ein Luftreiniger 2 umfaßt eine stromaufwärts liegende Abdeckung 21 mit einem Fluid-Einlaß, eine stromabwärts liegende Abdeckung 22 mit einem Fluid-Auslaß, der mit dem Leitungskanal 11 verbunden ist, und ein Staubentfernungselement 23, das zwischen der stromaufwärts liegenden Abdeckung 21 und der stromabwärts liegenden Abdeckung 22 vorgesehen ist.

Ein Ansaugrohr 3 ist mit dem stromabwärts liegenden Ende des Leitungskanals 11 verbunden, um ein Fluid über eine (nicht dargestellte) Drosselklappe zum Motor zu leiten.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung strömt ein zu messendes Fluid, d. h. Luft, in die stromaufwärts liegende Abdeckung 21 des Luftreinigers 2 ein, wie dies durch die Strömungslinie F _IN angedeutet ist, und strömt dann, wie dies durch die Strömungslinien F ₁ bis F ₄ ange deutet ist, im Inneren der stromabwärts liegenden Ab deckung 22, um den Einlaß des Wirbelströmungsmessers 1 zu erreichen. Da das Fluid dazu neigt, durch einen Bereich zu strömen, in dem der Widerstand relativ gering ist, hat der Luftstrom entlang der Strömungslinie F ₂ im allgemeinen die höchste Strömungsgeschwindigkeit, gefolgt von denen entlang der Strömungslinien F ₁ und F ₃, und der Luftstrom entlang der Strömungslinie F ₄ hat die niedrigste Strömungsgeschwindigkeit. Die Geschwin digkeit des Luftstroms entlang der Strömungslinie F ₄ ist äußerst instabil. Das den Einlaß des Wirbelströmungs messers 1 erreichende Fluid strömt in das Ansaugrohr 3 entlang der Strömungslinie F _OUT.

Im folgenden wird die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung der Fluidströme im Wirbelströmungsmesser 1 beschrieben, die entlang der Strömungslinien F ₁ bis F ₄ im Luftreiniger 2 strömen. Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht im Schnitt durch die Auslaßseite des Luftreinigers 2 und die strom aufwärts liegende Seite des Wirbelströmungsmessers 1. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 11 a einen glockenförmig aufgeweiteten Abschnitt, der entlang des gesamten Umfangs des Einlasses des Leitungskanals 11 vorgesehen ist, wobei der glockenförmig aufgeweitete Abschnitt 11 a an der stromabwärts liegenden Seite der wabenartigen Gleichrichteinrichtung 14 angeordnet ist. Dementsprechend werden die entlang der Strömungslinien F ₁ bis F ₄ strömenden Fluidströme, die sonst in die betreffenden, durch gestrichelte Linien angedeuteten Rich tungen strömen würden, nach dem Erreichen der waben artigen Gleichrichteinrichtung 14 von dieser gleichge richtet, damit sie in die betreffenden, durch Vollstrich linien angedeuteten Richtungen strömen. Anschließend werden die Fluidströme entlang der Strömungslinien F ₁ und F ₃ in dem glockenförmig aufgeweiteten Abschnitt 11 a beschleunigt, so daß die Strömungsgeschwindigkeiten dieser Fluidströme sich der des Fluidstroms entlang der Strömungslinie F ₂ annähern, der die höchste Strö mungsgeschwindigkeit hat. Demgemäß ist, wenn angenommen wird, daß kein Fluidstrom entlang der Strömungslinie F ₄ vorhanden ist, die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung im Inneren des Leitungskanals 11 unmittelbar vor der ersten Wirbelerzeugersäule 12 relativ gleichmäßig, wie dies durch die Vollstrichlinie V _L angedeutet ist. In Wirklichkeit gibt es jedoch einen Fluidstrom, der ent lang der Strömungslinie F ₄ strömt, und der Fluidstrom entlang der Strömungslinie F ₃ ist daher gezwungen, sich durch den Fluidstrom entlang der Strömungslinie F ₄ nach unten zu verschieben, was eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit dieses Fluidstroms in der Nachbarschaft des glockenförmig aufgeweiteten Abschnitts 11 a zur Folge hat. Auf diese Weise wird, wie durch die gestrichelte Linie V _L′ angedeutet ist, die Strömungsge schwindigkeitsverteilung verzerrt. Ein Wirbel, der dann erzeugt wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung wie vorstehend beschrieben verzerrt ist, verändert sich in der Intensität und verschwindet manchmal. Eine solche Wirbelbedingung ist in Fig. 3 veranschaulicht. Das in Fig. 3(a) aufscheinende Bezugszeichen V _C bezeichnet den Kern einer im Leitungskanal 11 erzeugten Wirbel säule, d. h. die Position der Wirbellinie. Das in Fig. 3(b) aufscheinende Bezugszeichen V ₀ bezeichnet die Intensität des Wirbels, d. h. den Wirbeldruck. Es wird angenommen, daß sechs Wirbel V ₁ bis V ₆ nach einander erzeugt werden, während die Zeit T, wie in dieser Figur zu sehen ist, von rechts nach links ab läuft. Im Wirbel V ₁ ist die Verzerrung der Wirbellinie noch nicht stark. Während die Wirbel V ₂ bis V ₄ nach einander erzeugt werden, nimmt der Verzerrungsgrad jedoch zu, und die Wirbellinie bricht letzten Endes im Wirbel V ₅. Unterdessen nimmt die Wirbelintensität V ₀ allmählich ab und erreicht Null zum Zeitpunkt der Er zeugung des Wirbels V ₅, in dem die Wirbellinie bricht. Spezifischer ausgedrückt: Es gibt praktisch keinen Wirbel V ₅. Nachdem die Wirbellinie gebrochen ist, wird ein Wirbel V ₆ mit einer relativ geringen Wirbelinten sität V ₀ erzeugt, und danach nimmt die Wirbelintensität V ₀ allmählich zu. Der Wirbel verschwindet jedoch wieder, nachdem die Wirbel V ₁ bis V ₄ nacheinander erzeugt worden sind.

Der herkömmliche Wirbelströmungsmesser leidet daher unter den folgenden Problemen. Der Wirbel verschwindet periodisch, und die Genauigkeit der Messung wird wesent lich vermindert im Falle eines Fluids, das wahrschein lich viele Drift- und Turbulenzströmungen verursachen wird, mit dem Endergebnis, daß der Wirbelströmungsmesser seinen Zweck nicht erfüllt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wirbelströmungsmesser zu schaffen, der derart ausge staltet ist, daß, selbst wenn ein zu messendes Fluid wahrscheinlich viele Drift- und Turbulenzströmungen verursacht, der Strom des Fluids stabilisiert wird, um eine genaue und stabile Messung der Strömungsrate zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung einen Wirbelströmungsmesser vor, der ein Mantelgehäuseteil mit einem Einlaß und einem Auslaß, welche in die Seitenwände desselben münden, ein Filter element, das in dem Mantelgehäuseteil vorgesehen ist, um zwei Kammern, eine obere und eine untere, im Inneren des Mantelgehäuseteils zu definieren und des weiteren den Einlaß und den Auslaß voneinander zu isolieren, einen Leitungskanal, der mit dem Mantelgehäuseteil derart verbunden ist, daß er mit dem Auslaß kommuniziert, und eine Wirbelerzeugungsvorrichtung einschließt, die im Inneren des Leitungskanals vorgesehen ist, wobei die Verbesserung aus einem rohrförmigen Vorsprung be steht, welcher am Auslaß derart vorgesehen ist, daß er sich in das Mantelgehäuseteil hinein erstreckt, wobei der Vorsprung in Richtung des Auslasses ver jüngt ist und dadurch der in den Auslaß hinein strö mende Luftstrom korrigiert wird, so daß die Geschwin digkeitsverteilung von Luftströmen im Inneren des Lei tungskanals gleichmäßig wird.

Der Vorsprung, der bei der vorliegenden Erfindung vorge sehen ist, wirkt dahingehend, daß die Strömungsgeschwin digkeit einer Drift der Strömungsgeschwindigkeit des mittleren Stroms näher kommt und daß des weiteren eine Drift- oder eine Turbulenzströmung gleichgerichtet wird; dadurch wird die Geschwindigkeit einer normalen Strömung erhöht.

Der vorstehende und weitere Zwecke, Merkmale und Vor teile der vorliegenden Erfindung gehen aus der fol genden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbei spiels derselben in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung klarer hervor, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht im Schnitt durch einen herkömm lichen Wirbelströmungsmesser, der mit einem Luftreiniger eines Verbrennungsmotors ver bunden ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht im Schnitt durch einen wesentlichen Teil der in Fig. 1 darge stellten Anordnung;

Fig. 3(a) und 3(b) die Art und Weise, auf die Wirbel im herkömmlichen Wirbelströmungs messer erzeugt werden;

Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt durch ein Ausführungs beispiel des Wirbelströmungsmessers gemäß der vorliegenden Erfindung, der mit einem Luftrei niger eines Verbrennungsmotors verbunden ist;

Fig. 5(a) und 5(b) die Art und Weise, auf die Wirbel im Wirbelströmungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden;

Fig. 6 und 7 eine Ansicht im Schnitt und eine ver größerte Teil-Ansicht im Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel des Wirbel strömungsmessers gemäß der vorliegenden Erfindung, der mit einem Luftreiniger eines Verbrennungsmotors verbunden ist, und

Fig. 8 und 9 eine Ansicht im Schnitt und eine ver größerte Teil-Ansicht im Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wir belströmungsmessers gemäß der vorliegenden Erfindung, der mit einem Luftreiniger eines Verbrennungsmotors verbunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 4 und 5 im einzelnen be schrieben. Fig. 4 ist, wie gesagt, eine Ansicht im Schnitt durch einen Wirbelströmungsmesser 41 gemäß diesem Aus führungsbeispiel, wobei der Wirbelströmungsmesser 41 zwischen einen Luftreiniger 2 und ein Ansaugrohr 3 eines Verbrennungsmotors geschaltet ist. Das Bezugs zeichen 11 b bezeichnet einen trichterförmigen Abschnitt eines Leitungskanals 11. Der trichterförmige Abschnitt 11 b hat eine viereckige Querschnittskonfiguration und springt stromaufwärts von einer wabenartigen Gleich richtvorrichtung 14 vor, d. h. er erstreckt sich in den Luftreiniger 2 hinein. Der trichterförmige Abschnitt 11 b ist über den gesamten Umfang des Einlasses des Leitungs kanals 11 vorgesehen, und zwar auf die gleiche Weise wie im Falle des glockenförmig aufgeweiteten Abschnitts 11 a. Die Anordnung des übrigen Teils des Wirbelströmungs messers 41 entspricht derjenigen bei dem in Fig. 1 dar gestellten, herkömmlichen Wirbelströmungsmesser 1.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung strömt ein zu messendes Fluid durch den Luftreiniger 2 auf die gleiche Art und Weise hindurch wie beim Stand der Technik und erreicht den trichterförmigen Abschnitt 11 b des Leitungs kanals 11. Unter den Fluidströmen gehen diejenigen, die entlang der Strömungslinien F ₁ bis F ₃ strömen, durch den trichterförmigen Abschnitt 11 b, um die wabenartige Gleichrichtvorrichtung 14 zu erreichen, wo die Fluid strömung gleichgerichtet wird, und die Fluidströme gehen dann durch den glockenförmig aufgeweiteten Abschnitt 11 a. In diesem Lauf ist der Fluidstrom entlang der Strömungs linie F ₁ gedrosselt, und folglich kommt die Strömungs geschwindigkeit dieses Fluidstroms unmittelbar vor der wabenartigen Gleichrichtvorrichtung 14 derjenigen des Fluidstroms entlang der Strömungslinie F ₂ näher als im Falle des Standes der Technik. Der Fluidstrom entlang der Strömungslinie F ₄, der den Fluidstrom entlang der Strömungslinie F ₃ beim Stand der Technik dazu zwingt, sich nach unten zu verschieben, wird derart geführt, daß er in eine Richtung strömt, in der er die Geschwin digkeit des Fluidstroms entlang der Strömungslinie F ₃ durch die Drosselwirkung des trichterförmigen Ab schnitts 11 b erhöht. Als Ergebnis wird die Strömungs geschwindigkeitsverteilung V _L im Inneren des Leitungs kanals 11 unmittelbar vor der ersten Wirbelerzeugersäule 12 gleichmäßig. Folglich werden die Wirbellinienposition V _C und die Wirbelintensität V ₀, während die Zeit T ab läuft, äußerst stabil gehalten, und Wirbel werden daher unter normalen Bedingungen erzeugt, wie dies in Fig. 5(a) und 5(b) veranschaulicht ist, was eine Erhöhung der Meß genauigkeit zur Folge hat. Da der trichterförmige Ab schnitt 11 b entlang des gesamten Umfangs des Einlasses des Leitungskanals 11 vorgesehen ist, wird die Strömungs geschwindigkeitsverteilung, die rechtwinklig zur ersten Wirbelerzeugersäule 12 vor sich geht, ebenfalls gleich mäßig gemacht, so daß die Wirbelerzeugung noch mehr sta bilisiert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Ein zugsrate des trichterförmigen Abschnitts 11 b, d. h. das dimensionale Verhältnis des Einlasses zum Auslaß des trichterförmigen Abschnitts 11 b, vorzugsweise auf 1.1:1 bis 1.5:1 in der parallel zur Wirbelerzeugersäule 12 verlaufenden Richtung und auf 1.2:1 bis 1.5:1 in der rechtwinklig zu derselben verlaufenden Richtung zum Zwecke des Erhaltens eines Wirbelströmungsmessers mit ausgezeichneter Stabilität eingestellt wird.

Wie erwähnt, ist Fig. 6 eine Ansicht im Schnitt durch einen Wirbelströmungsmesser 41 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der zwischen einen Luftreiniger 2 und ein Ansaugrohr 3 eines Verbrennungsmotors geschaltet ist, und Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht im Schnitt durch einen wesentlichen Teil der in Fig. 6 dargestellten Anordnung. Das Bezugszeichen 11 b bezeichnet einen trichterförmigen Abschnitt des Leitungskanals 11, der stromaufwärts von der wabenartigen Gleichrichtvorrichtung 14 vor springt, d. h. sich in den Luftreiniger 2 hinein er streckt. Der trichterförmige Abschnitt 11 b ist nur an demjenigen Abschnitt des Leitungskanals 11 vorgesehen, der der Seite der stromabwärts liegenden Abdeckung 22 zugewandt ist, welche von dem Staubentfernungselement 23 entfernt liegt. Der trichterförmige Abschnitt 11 b hat eine derartige Konfiguration, daß ein zu messendes Fluid in Richtung des Einlasses des Leitungskanals 11 ge drosselt wird. Die Anordnung des übrigen Teils dieses Ausführungsbeispiels entspricht derjenigen des ersten, vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung strömt ein zu messendes Fluid durch den Luftreiniger 2, um den Einlaß des Leitungskanals 11, d. h. die wabenartige Gleichrichtvorrichtung 14, auf die gleiche Art und Weise wie beim Stand der Technik zu erreichen. Unter den Fluidströmen werden diejenigen, die entlang der Strömungslinien F ₁ bis F ₃ strömen, von der wabenartigen Gleichrichtvorrichtung 14 gleichgerichtet und gehen dann durch den glockenförmig aufgeweiteten Abschnitt 11 a. In diesem Lauf wird der Fluidstrom entlang der Strömungs linie F ₄, der den Fluidstrom entlang der Strömungslinie F ₃ beim Stand der Technik dazu zwingt, sich nach unten zu verschieben, derart geführt, daß er in eine Rich tung strömt, in der die Geschwindigkeit des Fluidstroms entlang der Strömungslinie F ₃ durch die Drosselwirkung des trichterförmigen Abschnitts 11 b erhöht wird. Als Folge davon wird die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung V _L im Inneren des Leitungskanals 11 unmittelbar vor der ersten Wirbelerzeugersäule 12 gleichmäßig, und Wirbel werden daher unter normalen Bedingungen erzeugt, was eine Erhöhung der Meßgenauigkeit zur Folge hat.

Wie ebenfalls vorstehend erwähnt, sind Fig. 8 und 9 eine Ansicht im Schnitt und eine vergrößerte Teil- Ansicht im Schnitt durch ein weiteres Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 22 a bezeichnet einen Drosselabschnitt, der dadurch ge bildet wurde, daß demjenigen Abschnitt der stromab wärts liegenden Abdeckung 22 des Luftreinigers 42, der von dem Staubentfernungselement 23 entfernt liegt und der mit dem Leitungskanal 11 verbunden ist, durch Formen eine drosselartige Konfiguration verliehen worden ist. Die Anordnung des übrigen Teils dieses Ausführungs beispiels entspricht derjenigen der vorstehend abge handelten Ausführungsbeispiele.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung strömen die Fluidströme auf die gleiche Art und Weise wie beim Stand der Technik entlang der Strömungslinien F ₁ bis F ₃. Der Fluidstrom entlang der Strömungslinie F ₄ wird durch den Drosselabschnitt 22 a jedoch derart geführt, daß er entlang der Strömungslinie F ₃ strömt, wobei auf diese Weise die Geschwindigkeit des Fluidstroms entlang der Strömungslinie F ₃ erhöht wird. Als Folge davon wird die Strömungsgeschwindigkeits verteilung V _L im Inneren des Leitungskanals 11 unmit telbar vor der ersten Wirbelerzeugersäule 12 gleich mäßig, und Wirbel werden daher unter üblichen Be dingungen erzeugt, was eine Erhöhung der Meßgenauig keit zur Folge hat.

Obwohl die vorliegende Erfindung auf spezifische Art und Weise beschrieben worden ist, sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die beschriebenen Ausführungs beispiele nicht notwendigerweise ausschließlich sind und daß verschiedene Auswechselungen und Abänderungen an ihnen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, der einzig und allein durch die angefügten Ansprüche begrenzt wird.

Claims

1. Wirbelströmungsmesser, der ein Mantelgehäuseteil mit einem Einlaß und einem Auslaß, welche in die Seitenwände desselben münden, ein Filterelement, das in dem Mantelgehäuseteil vorgesehen ist, um zwei Kammern, eine obere und eine untere, im Inneren des Mantelgehäuseteils zu definieren und des weiteren den Einlaß und den Auslaß voneinander zu isolieren, einen Leitungskanal, der mit dem Mantelgehäuseteil derart verbunden ist, daß er mit dem Auslaß kommuni ziert, und eine Wirbelerzeugungseinrichtung ein schließt, die im Inneren des Leitungskanals vorge sehen ist, dadurch gekennzeich net, daß die Verbesserung aus einem rohrförmigen Vorsprung (11 b) besteht, welcher am Auslaß derart vorge sehen ist, daß er sich in das Mantelgehäuseteil (22) hinein erstreckt, wobei der Vorsprung in Richtung des Auslasses verjüngt ist und dadurch der in den Auslaß hinein strömende Luftstrom korrigiert wird, so daß die Geschwindigkeitsverteilung von Luft strömen im Inneren des Leitungskanals (11) gleichmäßig wird.

2. Wirbelströmungsmesser nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Strömungsbahn in Richtung der stromabwärts liegenden Seite an der Verbindungsstelle des Leitungskanals (11) und des Mantelgehäuseteils (22) verjüngt ist.

3. Wirbelströmungsmesser nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (11 b) nur an einer Stelle vorgesehen ist, die dem Auslaß zugewandt ist und an der die Strömungsgeschwindigkeit verhältnismäßig niedrig ist.

4. Wirbelströmungsmesser nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (22 a) des Mantelgehäuseteils (22) als Borsprung wirkt.