DE4016673C2

DE4016673C2 -

Info

Publication number: DE4016673C2
Application number: DE4016673A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Kyoto Jp Tanimura; Hisato Ishikuro; Yasuo Himeji Hyogo Jp Tada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1989-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1992-10-22
Also published as: US5052229A; DE4016673A1; KR940000704Y1; AU5582590A; AU621755B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wirbelflußmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die in einer Verbrennungsmaschine bzw. in einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs oder ähnlichem einge setzt wird, um die Fluidmenge bzw. den Durchsatz eines Fluids zu messen, insbesondere eines Fluids mit großen Turbulenzen.

Wenn ein Wirbelflußmesser in einer Verbrennungsmaschine eines Fahrzeugs oder ähnlichem eingesetzt wird, wird er immer auslaßseitig bzw. im Auslaßstrom eines Luftreinigers bzw. Luftfilters der Maschine instal liert, wie es z. B. in der JP-OS 58-21 517 oder in der JP-PS 62-26 686 beschrieben ist. In solch einer Struktur ist es unmöglich, in einem Bereich zwischen einer niedrigen Durchflußrate bzw. Flußrate bis zu einer hohen Flußrate mit hoher Genauigkeit zu messen, da der Fluid durchfluß instabil bzw. unregelmäßig ist. Um dieses Problem zu lösen, wird z. B. in der JP-OS 61-1 34 620 vorgeschlagen, die Stabilität der Wirbelerzeugung durch Anordnen eines Turbulenzerzeugungselements zum Erzeugen einer Turbulenz in einem Teil der Flüssigkeit, und zwar ein laßseitig bzw. stromaufwärts bezüglich der Wirbelerzeugungssäule bzw. der Wirbelerzeugungseinrichtung zu erhöhen.

Bei solch einem Verfahren, wie es z. B. in der JP-OS 57-67 863 beschrie ben ist, weist das Turbulenzerzeugungselement jedoch so einen starken Effekt zum Korrigieren der wirbelerzeugenden Frequenz auf, d. h., auf die Flußeigenschaften bzw. Charakteristiken, die durch die Form und Breite bzw. Weite der Wirbelerzeugungssäule bestimmt werden. Deshalb, wenn Wirbel, die von dem Wirbelerzeugungselement erzeugt werden, dazu neigen, säulenartig und periodisch zu sein, und zwar in Form der soge nannten Karman′schen Wirbelstraße, ist die Wirkung des turbulenzerzeu genden Elements bezüglich der Flußcharakteristiken signifikant und die Genauigkeit hängt streng von den Abmessungen und der Anordnung des turbulenzerzeugenden Elements ab.

Aus der US 43 97 192 ist ein Turbulenzerzeugungselement in Form eines Gitters bekannt. Aus der JP 61 718A; In: Patents Abstr. of Japan, Sect. P. Vol. 10 (1986), Nr. 157, P-464, ist ein Flußgleichrichtergitter in einem Rohr bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben diskutierten Probleme zu lösen und eine Wirbelflußmeßeinrichtung mit hoher Genauigkeit anzugeben, die stabile Wirbel unabhängig von der Flußrate des Fluids, das gemessen werden soll, erzeugt.

Diese Aufgabe wird durch die Wirbelflußmeßeinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, indem ein Turbulenzerzeugungselement zum Stören des Flusses des zumessenden Fluids stromaufwärts bezüglich der Wirbelerzeugungs einrichtung angeordnet wird, und indem ein Gleichrichter zum Unter teilen des gestörten Flusses in eine Vielzahl von Flüssen bzw. Fluß linien stromabwärts bezüglich des Turbulenzerzeugungselements angeord net wird. Dadurch wird der gestörte Fluß des zu messenden Fluids davon abgehalten, die Flußcharakteristiken der Wirbel zu beeinflussen, die von der Wirbelerzeugungssäule erzeugt werden.

Vorteilhafterweise wird ein kostensparendes Wirbelflußmeter angegeben, das leicht zusammenzubauen ist, eine geringe Anzahl von Teilen aufweist, ohne daß besondere Teile erforderlich sind. Dies wird dadurch erreicht, daß integral bzw. einstückig ein Teil, das den Fluß des zu messenden Fluids stört, zusammen mit einem Teil ausgebildet wird, das die Durch flußrate bzw. Flußrate eines Nebenkanals bzw. eines Nebenrohres regu liert.

Ferner ist das Teil, das den Fluß des zu messenden Fluids stört, zu sammen mit einem Teil zum Befestigen eines Wabengleichrichters in einem Kanal einstückig ausgebildet.

Indem ein Teil zum Fortführen des zu messenden Fluids von außerhalb eines Kanals in den Kanal hinein am Einlaß des Kanals so angeordnet wird, daß die Flußrate des zu messenden Fluids innerhalb des Kanals erhöht wird, werden Wirbel mit hoher Genauigkeit erzeugt.

Weitere Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Vorteilhafte Ausbildungsformen der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform der Wirbelflußmeßeinrichtung zeigt;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die entlang der Linie II-II der Fig. 1 verläuft;

Fig. 3 eine Frontalansicht dieser Wirbelflußmeßeinrichtung von der Einlaßseite her;

Fig. 4 eine Schnittansicht, die entlang der Linie IV-IV der Fig. 1 verläuft;

Fig. 5 einen Kurvenverlauf, der den Wirbelfluktuationsgrad zeigt;

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Turbulenzerzeugungsele ments;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungs form der Wirbelflußmeßeinrichtung;

Fig. 8 eine Frontalansicht der Wirbelflußmeßeinrichtung von der Einlaßseite her;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungs form des Wirbelflußmeßeinrichtung;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungs form einer Wirbelflußmeßeinrichtung;

Fig. 11 eine Schnittansicht, die entlang der Linie XI-XI der Fig. 10 verläuft;

Fig. 12 eine Frontalansicht dieser Wirbelflußmeßeinrichtung von der Einlaßseite her; und

Fig. 13 eine Schnittansicht, die entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 10 verläuft.

Die Wirbelflußmeßeinrichtung weist einen Hauptka nal 1 bzw. ein Hauptrohr 1 und einen Nebenkanal 2 bzw. ein Nebenrohr 2 auf, das parallel zum Hauptkanal 1 angeordnet ist. Im Hauptkanal 1 ist ungefähr orthogonal zur Flußrich tung ein Wirbelerzeugungselement 3 bzw. eine Wirbelerzeu gungssäule angeordnet und diese Wirbelerzeugungssäule 3 weist ein stromaufwärts angeordnetes Wirbelerzeugungsele ment 31 und ein stromabwärts angeordnetes Wirbelerzeugungs element 32 auf, die beide in einem geeigneten Abstand zu einander angeordnet sind. An der Öffnung der Einlaßseite des Hauptkanals 1 ist ein honigwabenförmiger Wa bengleichrichter bzw. Gleichrichter 4 vorgesehen. An der Öffnung der Einlaßseite des Nebenkanals 2 ist in ähnlicher Weise ein honigwabenförmiger Wabengleichrichter 7 vorgese hen. Diese Wabengleichrichter 4 und 7 werden von einem Be festigungsteil 5b und Nieten 6 gehalten. Stromaufwärts be züglich des Wabengleichrichters 4 und in der gleichen Ebene bezüglich des Zentrums der Wirbelerzeugungssäule 3 ist parallel dazu ein Turbulenzerzeugungselement 5a angeordnet. Ein Einstellteil 5c zum Regulieren der Querschnittsfläche des Fluidweges in den Nebenkanal 7 hinein ist angeordnet, und zwar ist es in einstückiger Weise zusammen mit dem Be festigungsteil 5b und dem Turbulenzerzeugungselement 5a ausgebildet.

Der Betrieb der Wirbelflußmeßeinrichtung wird nachfolgend beschrieben. In Fig. 1 fließt unter der Annahme, daß das Fluid ( Flüssigkeit oder Gas) in den Richtungen fließt, die durch F₁ bis F₃ angegeben sind, das Fluid gerade stromauf wärts der Wirbelerzeugungssäule 3 in dem Hauptkanal 1 in die Flußrichtungen, die durch f₁, f₂₁, f₂₂, f₃ angegeben sind, und die Karman′schen Wirbel v werden stromabwärts be züglich des Wirbelerzeugungselements 3 erzeugt. Ohne das Turbulenzerzeugungselement 5a fließt das Fluid in der Rich tung, wie sie mit f₂ durch die unterbrochene Linie angege ben ist, parallel zu den Richtungen f₁, f₃, wohingegen mit dem Turbulenzerzeugungselement 5a das Fluid in der Richtung F₂ ein turbulenter Fluß bzw. ein Strom gerade stromabwärts des Turbulenzerzeugungselements 5a wird. Der Bereich E, der von den Flußrichtungen bzw. Flußwegen f₂₁ und f₂₂ umgeben wird, ist ein turbulenter Bereich bzw. eine turbulente Re gion.

Es ist bekannt, das die Karman′sche Wirbelstraße bevorzugt auftritt, wenn es eine Turbulenz in dem Fluid gibt, das ge gen die Wirbelerzeugungssäule 3 stößt. Der Zustand der Tur bulenz in dem Turbulenzbereich E, der oben erwähnt wurde, wird im nachfolgenden beschrieben. Jeder der Wirbel, der stromabwärts des Turbulenzerzeugungselements 5a erzeugt wird, wird zu einer Vertikalsäule, die im Querschnitt in einem rechten Winkel zu dem Fluß ist. Die Wirbel bilden die sogenannte Karman′sche Wirbelstraße. Die vertikale Säule wird jedoch, da der Fluß in der Richtung des Quer schnitts in rechten Winkeln zu dem Fluß durch den Waben gleichrichter 4 unmittelbar stromabwärts des Turbulenzer zeugungselements 5a unterteilt wird, unterbrochen, wie es aus der Flußratenverteilung, die durch v_f2 in Fig. 4 ange geben ist, deutlich wird. In dem Turbulenzbereich E ist deshalb das Fluid in beiden Richtung parallel und recht winklig zum Durchfluß verteilt. Dementsprechend stößt die Turbulenz, die von dem Turbulenzerzeugungselement 5a er zeugt wird, die Erzeugung der Karman′schen Wirbelstraße durch die Wirbelerzeugungssäule 3 nur an, aber betrifft nur geringfügig die Erzeugungsperiode der Karman′schen Wirbel straße durch die Wirbelerzeugungssäule 3. Deshalb, obwohl die Weite d des Turbulenzerzeugungselements 5a geringfügig variiert, wird die Erzeugungsperiode der Karman′schen Wir belstraße, die von dem Wirbelerzeugungselement 3 bestimmt wird, nicht gestört. Deshalb ist es unnötig, die Abmes sungsgenauigkeit des Turbulenzerzeugungselements 5a zu er höhen.

Fig. 5 zeigt die Stabilität der Erzeugungsperiode der Kar man′schen Wirbelstraße, d.h. den Wirbelfluktuationsgrad, der von der Abmessung d des Turbulenzerzeugungselements 5a und der Abmessung D des Wirbelerzeugungselements 3 bestimmt wird. In diesem Diagramm gibt die durchgezogene Linie die Beziehung zwischen d/D und dem Fluktuationsgrad an einer Einrichtung gemäß Anspruch 1 an und die unterbrochene Linie gibt die gleiche Beziehung für einen herkömmlichen Flußmesser an.

Wie es aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ist das Turbulenzerzeugungselement 5a zusammen mit dem Einstellteil 5c zum Regulieren der Querschnittsfläche der Fluidrichtung in dem Nebenkanal 2 einstückig ausgebildet. Dieses Einstellteil 5c bewirkt, daß die Flußcharkteristiken der Wirbelflußmeßeinrichtung fast parallel zu dem Nebenka nal 2 verschoben werden, und es ist das gleiche Einstell teil, das im allgemeinen verwendet wird, wobei die Weite h die Einstellabmessung ist, wie es in der Fig. 3 gezeigt wird. Wenn das Turbulenzerzeugungselement 5a zusammen mit dem Einstellteil 5c einstückig ausgebildet ist, wird ein Halteteil für das Turbulenzerzeugungselement 5a nicht mehr gebraucht und ein spezielles Teil bzw. Stück ist für das Turbulenzerzeugungselement 5a nicht mehr nötig.

Der Wabengleichrichter 4 hat ein Befestigungsteil 5b, das von einem Flansch 1a an einer Öffnung des Hauptkanals 1 und von einem Flansch 2a an einer Öffnung des Nebenkanals 2 mittels der Nieten 6 gehalten wird. Das Turbulenzerzeu gungselement 5a ist einstückig zusammen mit dem Befesti gungsteil 5b ausgebildet. Deshalb ist die Anzahl der Teile bemerkenswert reduziert und deshalb ist die Herstellung und das Zusammenbauen der Wirbelflußmeßeinrichtung erleichtert.

Die Fig. 6(a) bis 6(d) zeigen verschiedene Schnittformen des Turbulenzerzeugungselements 5a. Bei der rechtwinkligen Form bezüglich des Flusses des Fluids, wie sie in Fig. 6(a) gezeigt wird, wird das Fluid am einfachsten gestört, aber der Druckverlust des Fluids ist groß, so daß es bevorzugt wird, konvexe Abschnitte auszubilden, die stromaufwärts ausgerichtet sind, wie es in den Fig. 6(b) bis 6(d) ge zeigt ist, da bei diesen der Druckverlust gering ist.

Weitere Ausführungsformen der Wirbelflußmeßeinrichtung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht und Fig. 8 ist eine teilweise Frontalansicht dieser Wirbelflußmeßeinrichtung von der Ein laßseite her gesehen. ln den Zeichnungen sind die gesamte Wirbelflußmeßeinrichtung 10 und ein Kanal 1, in dem das zu messende Fluid fließt, gezeigt. Im Kanal 1 ist wie in der vorhergehenden Ausführungsform ein Wirbelerzeugungsele ment 3 angeordnet, das aus einem stromaufwärts liegenden Element 31 und einem stromabwärts liegenden wirbelerzeu genden Element 32 besteht. Am Einlaß des Kanals 1, und zwar stromaufwärts bezüglich des Wirbelerzeugungselements 3 und in der gleichen Ebene mit der Axiallinie des Wirbelerzeu gungselements 3 ist ein Turbulenzerzeugungselement 5 paral lel dazu angeordnet. Am Einlaßabschnitt des Kanals 1 ist dem Turbulenzerzeugungselement 5 ein honigwabenartiger Wa bengleichrichter 4 als Flußaufteilungseinrichtung des zu messenden Fluids in unmittelbar nachgeordneter Weise gehal ten.

Die Funktionsweise des Turbulenzerzeugungselements 5 und des Wabengleichrichters 4 in der Wirbelflußmeßeinrichtung 10 in diesem Aufbau ist die gleiche wie in der vorhergehen den Ausführungsform und braucht deshalb hier nicht noch einmal erläutert zu werden. Die Schnittform des Turbu lenzerzeugungselements kann übrigens ebenso wie bei dem Turbulenzerzeugungselement 5a nach Fig. 6 variiert werden.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform. In dieser ist ein Turbulenzerzeugungselement 5a stromabwärts bezüglich des Wabengleichrichters 4, und zwar parallel zu der Wirbelerzeugungssäule 3, angeordnet und ein netzförmiger Gleichrichter 8 ist unmittelbar nach dem Turbulenzerzeugungselement 5a installiert. Bei diesem Aufbau werden die säulenartigen Wirbel, die von dem Turbulenzerzeugungselement 5a erzeugt werden, ebenfalls durch den Gleichrichter 8 gebrochen, so daß eine stabile Karman′sche Wirbelstraße mit geringen Fluktuationen erhalten werden kann, wie es auch bei den vorhergehenden Ausführungsformen der Fall ist.

Eine weitere Ausführungsform der Wirbelflußmeßeinrichtung wird nachstehend in Verbindung mit den Fig. 10 bis 13 beschrieben.

In diesen Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bzw. Abschnitte wie in den vorhergehenden Ausführungsformen und werden deshalb im wei teren nicht erneut erläutert.

Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von den anderen dadurch, daß ein füh rendes Teil 5e einstückig zusammen mit dem Turbulenzerzeu gungselement 5a und dem Einstellteil 5c ausgebildet ist.

Wenn das zu messende Fluid stromaufwärts bezüglich des Wa bengleichrichters 4 stark vom Kurs abweicht, verhindert das Führungsteil 5e, daß das Fluid entlang dem Weg bzw. entlang der Richtung F₇, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, fließt, um die Flußrichtung so zu ändern, daß sie ungefähr parallel zu den Richtungen F₄ und F₅ ist, wie es durch den Weg F₆ ange geben ist, und erhöht ebenfalls die Flußrate. Wenn das Tur bulenzerzeugungselement 5a einstückig zusammen mit dem Füh rungsteil 5e ausgebildet ist, wird kein Trageteil bzw. Be festigungsteil zum Halten des Turbulenzerzeugungselements 5a benötigt und ein spezielles Teil für das Turbulenzerzeu gungselement 5a ist nicht notwendig. Des weiteren, wenn es ebenfalls mit dem Befestigungsteil 5b zum Befestigen der Wabengleichrichter 4 und 7 und dem Einstellteil 5c einstüc kig ausgebildet ist, kann die Anzahl der Teile signifikant reduziert und die Herstellung und der Zusammenbau werden erleichtert.

In der oben stehenden Ausführungsform sind die Gleichrich ter 4 und 7 honigwabenförmig, aber die Betriebsweise kann die gleiche sein, wenn ein netzartiger Gleichrichter oder weitere Formen von Gleichrichtern eingesetzt werden.

Claims

1. Wirbelflußmeßeinrichtung, die aufweist:
einen Kanal (1), in dem das zu messende Fluid fließt, eine Wirbelerzeu gungseinrichtung (3) zum Erzeugen einer Karman′schen Wirbelstraße, die innerhalb des Kanals (1) so angeordnet ist, daß ihre Achse im wesent lichen rechtwinklig zu der Achse des Kanals (1) ist, und mindestens einen Gleichrichter (4; 8) mit mehreren Durchlässen, durch die das zu messende Fluid fließt,
dadurch gekennzeichnet, daß ein säulenartiges Turbulenzerzeugungselement (5, 5a) zum Stören des stromabwärts gerichteten Flusses des zu messenden Fluids vorhanden ist, das im wesentlichen parallel zu der Wirbelerzeugungseinrichtung (3) und stromaufwärts bezüglich der Wirbelerzeugungseinrichtung (3) angeordnet ist, und
daß ein Gleichrichter (4; 8) zwischen dem Turbulenzerzeugungselement (5, 5a) und der Wirbelerzeugungseinrichtung (3) angeordnet ist.

2. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Turbulenz erzeugungselement (5, 5a) eine quadratische Säule ist.

3. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Turbulenzer zeugungselement (5, 5a) eine halbkreisförmige Säule mit einer zylin drischen Oberfläche ist, die entgegen dem Strom gerichtet ist.

4. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Turbulenz erzeugungselement (5, 5a) ein Triangularprisma ist, von dem ein Eck bzw. ein Kante entgegen dem Strom ausgerichtet ist.

5. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Wirbelerzeu gungseinrichtung (3) aus zwei Elementen (31, 32) besteht, die in ge eignetem Abstand zueinander in der Flußrichtung des zu messenden Fluids angeordnet sind.

6. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Gleichrichter (4, 8) honigwabenartig ist.

7. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Gleichrichter (4, 8) netzartig ist.

8. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 1, die aufweist:
einen Nebenkanal (2) zum Durchlassen des zu messenden Fluids zusammen mit dem Kanal (1), wobei der Nebenkanal (2) parallel zu dem Kanal (1) angeordnet ist,
einen Gleichrichter (7), der auf der Einlaßseite des Nebenkanals (2) zum Aufteilen des Flusses des zu messenden Fluids in mehrere Flüsse angeordnet ist, und
ein Einstellteil (5c) zum Regulieren der Menge des zu messenden Fluids in dem Nebenkanal (2), das am Einlaß des Nebenkanals (2) angeordnet ist.

9. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 8, bei der das Einstellteil (5c) einstückig zusammen mit dem Turbulenzerzeugungselement (5a) aus gebildet ist.

10. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 1, die aufweist:
ein führendes Teil (5e) zum Verengen des Weges des zu messenden Fluids in Richtung des Einlasses des Kanals (1) und zum Führen des zu messen den Fluids außerhalb des Kanals (1) in Richtung des Einlasses.

11. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 10, bei der das führende Teil (5e) einstückig zusammen mit dem Turblenzerzeugungselement (5a) ausgebildet ist.

12. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 1, die ein Befestigungs teil (5b) zum Befestigen des Gleichrichters (4) am Einlaß des Kanals (1) aufweist.

13. Wirbelflußmeßeinrichtung nach Anspruch 12, bei der das Befesti gungsteil (5b) einstückig zusammen mit dem Turbulenzerzeugungselement ausgebildet ist.