JP2002506529A - 流動媒体の質量を測定するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 管路（２）内を流れる流動媒体の質量、特に内燃機関の吸込空気質量を測定するための装置（１）が、流れ管（３）を有しており、この流れ管（３）は管路（２）内に配置されている。流れ管（３）内には、流動媒体により取り囲まれるように流過される測定素子（２０）が配置されている。流動媒体は流入開口（９）で管路（２）から流れ管（３）内へ流入し、かつ流出開口（１１）で流れ管（３）から管路（２）内へ流出するようになっている。流れ管（３）の、流出開口（１１）を取り囲む流出側の端面（１２）が、複数の構造溝（５３）を有しており、これらの構造溝（５３）が、流れ管（３）の長手方向軸線（６）に関して半径方向の方向成分を持って延びている。

Description

【発明の詳細な説明】 流動媒体の質量を測定するための装置 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、流動媒体の質量を測定する ための装置から出発する。 ヨーロッパ特許第００８７６２１号明細書に基づき、管路内を流れる流動媒体 の質量、特に内燃機関の吸込空気質量を測定するための装置が公知である。この 公知の装置では、主吸込通路に対してずらされて形成されたバイパス通路内に、 たとえば加熱線材、つまりホットワイヤの形の測定素子が持ち込まれている。内 燃機関の個々のシリンダの入口弁の開閉により、バイパス通路内には流速の著し い変動もしくは脈動が発生する。このような脈動の強さは内燃機関の個々のピス トンの吸込周波数もしくは内燃機関の回転数に関連している。このような流れ変 動は測定結果、つまりバイパス通路内で平均的に生ぜしめられる流速および流速 から算出可能な内燃機関の吸込空気質量とを著しく誤らせる。流速の脈動の強さ に関連して、たとえば内燃機関の部分負荷領域では平均流速の不足表示（Ｍｉｎ ｄｅｒａｎｚｅｉｇｅ）が認められ、またスロットルバルブが完全に開かれた状 態では過剰表示（Ｍｅｈｒａｎｚｅｉｇｅ）が認められる。流れの脈動時に発生 するこのような測定誤差を減少させるために、ヨーロッパ特許第００８７６２１ 号明細書に基づき公知の装置では、計算と多数の測定とにより求められた、主吸 込通路とバイパス通路との所定の長さ比および横断面比が設定される。この場合 、バイパス通路内での測定素子の位置は規定されている。このことが当該装置の 構造的な構成可能性や組込みの可能性を著しく制限していると同時に、他方では このような装置の構成が大きな構成スペースを必要としている。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３４０８８２号明細書には、流れの変動を 減少させるために、測定したい管路、たとえば内燃機関の吸込通路内に流れ管を 内側管の形で配置することが提案されている。測定素子はこの場合にもバイパス 通路内に配置されており、このバイパス通路は流れ管のほぼ中心に位置している 。流れ管はその内側に摩擦面を備えており、これらの摩擦面が流れの脈動強さに 関連した流れ抵抗を生ぜしめる。したがって、脈動の強さが高い場合には、流れ 管の縁範囲で発生する摩擦効果に基づき、流れが内側範囲へ、つまり測定素子を 有するバイパス通路の範囲へ押しのけられるので、流れの脈動の強さが高い場合 に流れ管が存在しない場合に生じる不足表示が有効に補償される。したがって、 ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３４０８８２号明細書に基づき公知の流れ管 は原則的には有利であることが判っているが、しかし この公知の流れ管には、実際の運転時にやかましい妨害パイプノイズが発生する という欠点がある。 ドイツ連邦共和国特許第４４０７２０９号明細書に基づき、測定素子を流れ方 向で先細りになった測定通路内に配置することが知られている。この場合、測定 通路にはＳ字形の変向通路が続いている。このような配置構成を用いると、測定 結果に対する流れの脈動強さの影響を十分に減少させることができる。特にこの ような配置構成は、高い脈動強さで発生する、主流れ方向とは逆方向の逆流に対 して十分に安定的となる。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載した特徴を有する、管路内を流れる流動媒体の質量を 測定するための本発明による装置には、運転時に妨害パイプノイズが発生しない か、またはパイプノイズが少なくとも著しく減じられているという利点がある。 流出開口を取り囲む流出側の端面に設けられた本発明によるパターン溝もしくは 構造溝は、流れ管の流出開口の範囲における、やかましい妨害ノイズを生ぜしめ る渦剥離を阻止する。流出開口を取り囲む流出側の端面に設けられた本発明によ る構造溝は、上で述べたような、測定精度を改善する流れ管の流れ技術的な利点 を減少させないことが判っている。 請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の装置の有利な改良が可能 である。 方形、三角形または台形の横断面プロファイルもしくは横断面形状を備えた構 造溝により、妨害ノイズの特に有効な低減を達成することができることが判った 。構造溝が流れ管の長手方向軸線に対して半径方向に延びていて、均一な角度間 隔を置いて流出側の端面に配置されていると特に有利である。これにより、流出 側の端面の均一なセグメント化が達成される。このことは妨害ノイズの抑制のた めに有利である。流れ管の流入開口の範囲における流れ抵抗を増大させないため に、流れ管の流入開口を取り囲む流入側の端面はパターン化もしくは構造化され ていないほうが有利である。 図面 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。 第１図は本発明による装置の第１実施例を側方から見た断面図であり、 第２図は本発明による装置の第１図に示した第１実施例で使用される測定モジ ュールを部分的に断面して示す拡大側面図であり、 第３図は第１図に示した第１実施例で使用される流れ管の端範囲を、第１図の ＩＩＩで示した方向で見た図であり、 第４図は第３図に示した実施例に対する変化実施例である第２実施例を、第１ 図のＩＩＩで示し た方向で見た図であり、 第５図は第３図に示した実施例に対する変化実施例である第３実施例を、第１ 図のＩＩＩで示した方向で見た図であり、 第６図は第１図に示した第１実施例で使用される流れ管を、第１図のＶＩで示 した方向で見た図である。 実施例の説明 第１図に断面図で示した装置１は、管路２内を流れる流動媒体の質量、特に内 燃機関の吸込空気質量を測定するために働く。この装置１はたとえば両端部に設 けられた接続フランジ（図示しない）によって、組込み可能な中間部材として内 燃機関の吸気管路内に組み込まれていてよい。この吸気管路を通じて、内燃機関 はエアフィルタ（図示しない）を介して周囲から空気を吸い込む。この空気は、 吸込空気質量を制御するために設けられたスロットルバルブ管片（図示しない） を介して内燃機関の燃焼室に流入する。 前記装置１は流れ管３を有しており、この流れ管３は管路２のほぼ中央に持ち 込まれて、スペーサ４（概略的にしか図示しない）によって管路２の内壁５に取 り付けられている。その場合、たとえば１２０°または９０°だけ互いに角度を ずらされて配置された複数のスペーサ４が設けられていてよい。 流れ管３は図示の実施例では円筒形に加工成形され ていて、管路２の長手方向軸線と合致する長手方向軸線６を中心として延びてい る。流れ管３は、矢印８で示した主流れ方向に面した側、つまり主流れ方向８で 見て上流側に、流入開口９を有しており、この流入開口９は流入側の端面１０に よって取り囲まれている。軸方向で流入開口９とは反対の側には、流出開口１１ が配置されており、この流出開口１１は流出側の端面１２によって取り囲まれて いる。 流れ管３の内部には、測定モジュール１７（あとで詳しく説明する）が配置さ れている。この測定モジュール１７は、測定素子２０を収容するための、主流れ 方向８に沿って先細りになった測定通路３３を有している。この測定通路３３に は変向通路３４が続いており、この変向通路３４は第２図から判るようにＳ字形 に形成されていて、変向通路出口４６で流れ管３に開口している。測定素子２０ は測定通路３３に対して真ん中に位置調整されていて、流れ管３の長手方向軸線 ６の範囲に位置している。 以下に、測定モジュール１７の断面側面図を示す第２図につき、測定モジュー ル１７の構造を詳しく説明する。測定モジュール１７は、半径方向で長手方向軸 線２３の方向に細長く延びる縦長の、直方体形の形状を有していて、流れ管３に 設けられた切欠き（図示しない）内に、たとえば差込み式に挿入されている。測 定モジュール１７の長手方向軸線２３は図示の有利な 実施例では、流れ管３の長手方向軸線６に対して直角に向けられている。主流れ 方向は第２図でも矢印８にで示されている。測定モジュール１７はたとえばプラ スチックから射出成形技術で製作されていてよい。 測定素子２０は真ん中で測定通路３３内に突入していて、電気的な接続導線２ ２を介して評価回路（図示しない）に接続されている。測定素子２０は有利には 半導体、たとえばシリコンウェーハのエッチング加工によりマイクロメカニカル 構造で製造されていて、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５２４６ ３４号明細書に基づき公知の構造を有している。測定素子２０はエッチング加工 により生じたダイヤフラム形のセンサ範囲２１（第２図で線１１により描かれて いる）を備えている。センサ範囲２１は極めて小さな厚さしか有していない。さ らにセンサ範囲２１は、やはりエッチング加工により生じた複数の抵抗層を備え ており、これらの抵抗層は少なくとも１つの温度依存性の測定抵抗と、たとえば １つの加熱抵抗とを形成している。また、測定素子２０をいわゆるホットフィル ムセンサ素子として設けることも可能であり、ホットフィルムセンサ素子の構造 は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第３６３８１３８号明細書に記載さ れている。 測定素子２０もしくはセンサ範囲２１の個々の抵抗層２０は、測定モジュール １７の内部に延びる接続導 線２２によって、評価回路（図示しない）に電気的に接続されており、この評価 回路は、たとえばブリッジに類似した抵抗測定回路を有している。評価回路はた とえば測定モジュール１７に設けられた支持部分または保持部分に収納されてい る。 既に述べたように、測定モジュール１７は軸方向に延びる測定通路３３と、た とえばＳ字形の形状を有する変向通路３４とを有している。測定通路３３は、流 れ管３の長手方向中心軸線６の方向で、たとえば方形の横断面を有する流入開口 ３６から開口３５にまで延びている。測定通路３３は、長手方向中心軸線６から 遠い方の上面３８と、長手方向中心軸線６に近い方の下面３７と、２つの側面と によって仕切られている。プレート状の測定素子２０は測定通路３３内で、測定 素子２０の最も長い辺が半径方向で長手方向軸線２３の方向に向くように配置さ れていて、長手方向軸線２３によって対称的に分割されるので、測定素子２０は 長手方向中心軸線６に対してほぼ平行に媒体の流れによって取り囲まれる。 流動媒体は測定通路３３の流入開口３６から測定素子２０にまで流れ、さらに 測定素子２０から変向通路３４に流入し、これにより、この変向通路３４から長 手方向中心軸線６に対して半径方向で変向通路出口４６を介して流出する。変向 通路出口４６は変向通路３４と同様に、たとえば方形の横断面を有していて、測 定モジュール１７の、長手方向中心軸線６に対して平行に向けられた下側の外面 ４５に設けられている。主流れ方向８とは反対の方向で、この下側の外面４５に は、主流れ方向８とは逆向きの、測定モジュール１７の境界面４２が続いており 、この境界面４２は流入開口３６の上流側で、丸く面取りされた形で、下側の外 面４５から測定通路３３の下面３７に向かって流入開口３６にまで案内されてい る。 第１図に示した流れ管３は内面５０と外面５１とにより摩擦面５２を形成して いる。これらの摩擦面５２では、流動媒体が摩擦面５２に沿って流れる際に脈動 流が発生した場合に、流れ効果の発生、たとえば摩擦面５２において生ぜしめら れた渦流の発生または内壁５０に対する圧力降下に基づく剥離の発生により、流 れが多かれ少なかれ妨げられるので、内壁５０の範囲には、脈動の強さに関連し た可変の流れ抵抗が存在する。したがって、流れ管３は流れ整流器として作用す る。既に述べたように、流れ管３が存在していないと、測定素子２０は脈動流の 発生時に原則的に不足表示する傾向がある。しかし、流れ管３は流れの脈動の強 さに関連した流れ抵抗に基づき、流れを、流れ管３の、測定素子２０を備えた測 定モジュール１７が配置されている管内部範囲に押しのける。したがって、流れ が脈動しない場合に比べて、流れの著しい脈動が生じた場合には流れ管３の内部 範囲で高められた流速が生 じ、このような高められた流速は、流れ管３が設けられていない場合に存在する 不足表示の補償を生ぜしめる。 しかし、流れ管３は本発明による手段なしでは、運転時に、やかましいパイプ ノイズ（笛吹きノイズとも呼ばれる）が、望ましくない妨害ノイズとして発生す るという欠点を有している。このような妨害ノイズが発生するのは、おそらく流 れ管３の流出開口１１において比較的高い反復周波数で渦が剥離し、このことが 前記パイプノイズを生ぜしめるからである。流れ管３の本発明による構成はこの ような妨害パイプノイズを阻止する。 本発明の構成では、流れ管３の、流出開口１１を取り囲む流出側の端面１２に 構造溝５３が設けられており、これらの構造溝５３は流れ管３の長手方向軸線６ に関して半径方向の方向成分を持って延びている。流出開口１１と、この流出開 口１１を取り囲む流出側の端面１２とが流れ管３の長手方向軸線６に対して半径 方向に向けられていると有利である。その場合、構造溝５３は流れ管３の長手方 向軸線６に対して半径方向に延びていると有利である。 第３図には、流出開口１１の範囲における流れ管３の端範囲を半径方向で見た 図が示されている。第３図は流れ管３を第１図の矢印ＩＩＩで示した方向から見 た図である。第１図および第３図に示した実施例では 、構造溝５３が方形の横断面プロファイルを有している。第４図および第５図に は択一的な別の実施例が示されており、その場合、第４図および第５図には同様 に流れ管３の流出開口１１における端範囲を半径方向で見た図が示されている。 第４図の実施例では構造溝５３が三角形の横断面プロファイルを有している。こ れらの構造溝５３は台形の横断面プロファイルを有するウエブ５４によってそれ ぞれ分離されている。第５図に示した実施例では構造溝５３が台形の横断面プロ ファイルを有している。この場合、構造溝５３は三角形の横断面プロファイルを 有するウエブ５４によってそれぞれ分離されている。当然ながら、構造溝の種々 様々の別の実施例、特に部分円形の構造溝、台形の構造溝または不均一な深さを 有する、不均一に加工成形された半径方向に延びる構造溝５３による粗面化も考 えられる。 構造溝５３により、流出開口１１を取り囲む流出側の端面１２における渦の剥 離は十分に回避されるか、または少なくとも抑制される。実際の実験により、本 発明による手段によって、妨害ノイズ発生の著しい低減を達成することができる ことが判った。著しく脈動する流れにおける測定精度を改善する前記特性を有す る整流器としての流れ管３の機能が、本発明による構造溝５３によって損なわれ ることはない。特に当該装置１が自動車において内燃機関の吸込空気質量の測定 のために使用される場合に発生するパイプノイズは極めて不快なものであって、 走行快適性を著しく損なうので、本発明による手段により著しい改善が得られる 。 本発明を十分に理解し得るようにするために、第６図には第１図のＶＩで示し た方向で見た流れ管３の正面図が示されている。図面を簡単にする目的で、第６ 図には測定モジュール１７が図示されていない。第６図から判るように、流れ管 ３の流出開口１１を取り囲む流出側の端面１２には、半径方向に延びる複数の構 造溝５３が設けられており、これらの構造溝５３はそれぞれウエブ５４によって 互いに分離されている。第６図の実施例では、構造溝５３が第１図および第３図 に示した実施例の場合のように方形に形成されているのではなく、第４図に示し た実施例に相応して三角形の横断面プロファイルを備えている。 第６図に示した有利な実施例では、構造溝５３が均一な角度間隔を置いて流出 側の端面１２にわたって分配されて配置されているので、流出側の端面１２の均 一なセグメント化が達成される。流れ管３の流入開口９を取り囲む流入側の端面 １０は有利には構造化されていない。すなわち、流入側の端面１０は構造溝を有 しておらず、したがって流れ抵抗を増大させない。流入側の端面１０は、流れ抵 抗を一層減少させる目的で丸く面取りされているか、または流線形に形成されて いてよい。しかし原則的には、構造溝５３を流出側の端面１２にも流入側の端面 １０にも設けることが可能であり、このことは、流れ管３の組込み向きが任意と なるという利点を有する。このことは製作手間を減少させることができる。さら に、当該装置１は種々異なる主流れ方向を有する流れを測定するためにも適して いる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．管路（２）内を流れる流動媒体の質量、特に内燃機関の吸込空気質量を測 定するための装置（１）であって、流動媒体により取り囲まれるように流過され る測定素子（２０）を収容するために、管路（２）内に流れ管（３）が配置され ており、流動媒体が、流入開口（９）で管路（２）から流れ管（３）内へ流入し 、かつ流出開口（１１）で流れ管（３）から管路（２）内へ流出するようになっ ている形式のものにおいて、流れ管（３）の、流出開口（１１）を取り囲む流出 側の端面（１２）が、複数の構造溝（５３）を有しており、該構造溝（５３）が 、流れ管（３）の長手方向軸線（６）に関して半径方向の方向成分を持って延び ていることを特徴とする、流動媒体の質量を測定するための装置。 ２．構造溝（５３）が方形の横断面プロファイルを有している、請求項１記載 の装置。 ３．構造溝（５３）が三角形の横断面プロファイルを有している、請求項１記 載の装置。 ４．三角形の横断面プロファイルを有する構造溝（５３）が、それぞれ台形の 横断面プロファイルを有するウエブ（５４）によって互いに分離されている、請 求項３記載の装置。 ５．構造溝（５３）が台形の横断面プロファイルを 有している、請求項１記載の装置。 ６．台形の横断面プロファイルを有する構造溝（５３）が、それぞれ三角形の 横断面プロファイルを有するウエブ（５４）によって互いに分離されている、請 求項５記載の装置。 ７．流出側の端面（１２）が、流れ管（３）の長手方向軸線（６）に対して半 径方向に位置調整されており、構造溝（５３）が、流れ管（３）の長手方向軸線 （６）に対して半径方向に延びている、請求項１から６までのいずれか１項記載 の装置。 ８．構造溝（５３）が、流出側の端面（１２）に均一な角度間隔を置いて配置 されている、請求項７記載の装置。 ９．流入開口（９）を取り囲む流入側の端面（１０）が、構造化されていない 、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。 １０．測定素子（２０）が、流れ管（３）の内部に設けらた、流れ管（３）の 流入開口（９）から流出開口（１１）に向かう方向で先細りになった測定通路（ ３３）内に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。 １１．前記測定通路（３３）にＳ字形の変向通路（３４）が続いており、該変 向通路（３４）が流れ管（３）に開口している、請求項１０記載の装置。