JP2006506625A - 導管内を流れる媒体の少なくとも１つのパラメータを測定する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、導管３内を主流方向１８で流れる媒体の少なくとも１つのパラメータ、特に内燃機関の吸気質量を測定する装置であって、該装置の一部分６が、主流方向８に対して所定の方向で方向付けられて導管３内に挿入されていて、導管内を流れる媒体の部分流が、前記装置部分に設けられた少なくとも１つの測定通路４０を貫流し、該測定通路に測定エレメントが配置されており、さらに測定通路は入口４１と測定エレメント９との間に、入口４１を通って測定通路に流入した媒体の部分流を変向させる湾曲した区分４２を有しており、該湾曲した区分が測定通路４０の後続の別の区分４４に移行していて、該別の区分４４に測定エレメントが配置されている形式のものに関する。このような形式の装置において、流れ特性を改善するために本発明の構成では、測定通路流れ方向ａで見て入口４１の後ろで測定エレメント９の前に、媒体部分流の流れを導いて測定通路の通路壁からの流れの剥離を防止する手段５０が、測定通路内に進入した形で配置されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の、導管内を流れる媒体の少なくとも１つのパラメータを測定する装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０１３５１４２号明細書に基づいて公知の、導管内を流れる媒体の質量を測定する装置は、導管内に挿入された部分を有していて、この部分には測定エレメントを備えた測定通路が配置されている。このような形式の装置は、例えば、内燃機関の吸気路における空気質量測定器として使用される。吸気路には、飛沫水、塵埃及びオイル蒸発ガスの進入することがあり、これらは媒体によって、導管内に挿入された装置部分へと運ばれる。これらの汚れが可能な限り測定通路に侵入することを阻止するために、公知の装置は、分離ゾーンに開口する入口領域と、この入口領域から分岐している測定通路とを有しているので、入口領域に進入した媒体流は分けられ、部分流が測定通路の入口に達するようになっている。そしてこれによって汚れは可能な限り、測定通路の入口に達しない。測定通路はその入口の後ろに湾曲した区分を有しており、この区分において、測定通路に流入した媒体の部分流は変向される。この公知の装置の欠点は、流れが湾曲部の領域において剥離し、流速度の低いゾーン、又はそれどころか逆流するゾーンが生じてしまうことである。流れの接触していない領域では、渦流もしくは乱流及び不規則な脈動する流れが発生する。湾曲した区分は、測定エレメントを備えた別の区分に移行しているので、センサエレメントの前における流れの剥離は、センサエレメントにおける流れ特性に不都合な影響を及ぼし、その結果センサ信号の信号ノイズが増大する。そしてセンサ信号のこのような変化は、実際値からの測定結果の不都合な乖離を惹起することになる。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による、導管内を流れる媒体の少なくとも１つのパラメータを測定する装置には、公知のものに比べて次のような利点がある。すなわち本発明による装置では、測定通路の湾曲した区分の領域における流れの剥離が阻止される。このような利点は、測定通路流れ方向で見て入口の後ろで測定エレメントの前に、媒体部分流の流れを導いて測定通路の通路壁からの流れの剥離を防止する手段が、測定通路内に進入した形で配置されていることによって、得られる。流れは本発明による手段によって、剥離することなく又は少なくとも僅かしか剥離せずに、湾曲部の周りを案内され、これによってセンサエレメントにおける流れの質が改善され、信号ノイズは回避される。

本発明の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

本発明の有利な構成では、測定通路内に配置された前記手段が、少なくとも１つの一体的な連続した又は分断された２部分から成る仕切り壁を有しており、該仕切り壁が、測定通路流れ方向に対して直角に測定通路内を延在している。複数の仕切り壁が相前後して又は互いに上下に測定通路内に配置されているような構成も、もちろん可能である。少なくとも１つの仕切り壁は、比較的簡単かつ安価に測定通路内に設けることができる。２部分から成る仕切り壁を使用する場合には、その両壁区分が、測定通路の互いに向かい合っている内壁区分から、互いに向かって突出しており、かつ互いの間の間隙によって互いに間隔をおいて位置していると有利であり、このように構成されていると、壁部分の互いに向かい合っている端部に長手方向の渦流もしくは乱流が生ぜしめられ、この長手方向渦流の軸線は、測定通路流れ方向に延びていて、流れは安定化される。

測定通路に進入した水粒子に起因する水壁膜が、仕切り壁において剥離し、これによって水粒子が直接センサエレメントに達することを回避するために、本発明の別の有利な構成では、仕切り壁又は仕切り壁の壁部分の、測定通路流れ方向で見て後ろに位置する背側面が、測定通路流れ方向に対して、９０°よりは小さいが０°よりは大きい角度を成して配置されている。背壁が斜めになっていることによって、仕切り壁の、測定通路流れ方向に対して平行に延びる流れ案内面を介して、横方向流が生ぜしめられ、この横方向流は水を、案内面を介して測定通路流れ方向に対して直角に測定通路の内壁にまで運び、そこで水は、センサエレメントに達することなく、集められることができる。

図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明による装置の、測定通路を備えた部分の第１実施例を、該部分が導管内に挿入されたポジションで示す断面図であり、
図２は、仕切り壁の領域における測定通路を図１の図平面に対して垂直に断面して示す図であって、本発明の第２実施例を示す断面図である。

実施例の記載
図１には、内部を媒体が主流方向１８で流れる導管３の一区分が示されている。導管は例えば内燃機関の吸気管である。媒体は、例えば、吸気管内を内燃機関に向かって流れる空気である。導管３内を流れる媒体のパラメータを測定する装置１は、導管３に次のように、すなわちこの装置の一部６が導管３内に進入していて、導管３内を所定の方向付けで流れる媒体にさらされるように、配置されている。媒体の少なくとも１つのパラメータを測定する装置１は、導管３内に挿入された部分６の他に、さらに電気的な接続部を備えた図示されていない保持体部分を有しており、この保持体部分には、例えば評価電子装置が収容されている。装置１は例えば部分６で、導管３の壁１５の差込み開口１６を通して導入されることができ、この壁１５は導管３の流過横断面を画成している。評価電子装置は、導管３の流過横断面の内部及び外部又はそのいずれか一方に配置されることができる。

例えば装置１においては、測定エレメント保持体１０における測定エレメント９が使用され、この測定エレメント保持体１０は評価電子装置と電気的に接続されている。測定エレメント９を用いて例えばパラメータとして、流れる媒体の容積流又は質量流が測定される。測定することのできる別のパラメータとしては、圧力、温度、媒体成分の濃度又は流速度を挙げることができ、これらは適宜なセンサエレメントを用いて測定可能である。

装置１は例えば、軸方向に長手方向軸線１２を有しており、この長手方向軸線１２は例えば導管３への装置１の取付け方向に延びていて、例えば中心軸線でもある。導管３の長手方向に流れる媒体の方向（以下においては主流方向１８と呼ぶ）は、図１において相応な矢印１８によって示されており、図１においては右から左に向かって延びている。導管３への部分６の取付け時においては、部分６が媒体の主流方向１８に対して所定の方向付けを有することが保証されている。

部分６は、例えば直方体形状の構造を備えたハウジングを有しており、このハウジングは、取付けポジションにおいて媒体の主流方向１８に向けられた端壁１３と、該端壁１３とは反対の側に位置する背壁１４と、第１の側壁と第２の側壁と、例えば主流方向１８に対して平行に延びている第３の壁１９とを備えている。さらに部分６は、内部に配置された通路構造体を有しており、この通路構造体は入口領域２７と、この入口領域２７から分岐する測定通路４０とを有している。導管３に対する装置１の配置形式によって、次のことが保証されている。すなわちこの場合、主流方向１８において流れる媒体は所定の方向で部分６に衝突し、媒体の部分流はこの方向で、端面１３における開口２１を通って入口領域２７に達する。開口２１は例えば主流方向１８に対して垂直に方向付けられているが、しかしながらまた主流方向１８に対する開口２１の他の方向付けも可能である。入口領域２７において進入した媒体の部分流は、この入口領域２７から、流入部４１を通って、測定エレメント９を備えていて入口領域２７から分岐している測定通路４０内に達する。部分的に媒体は、入口領域において、測定通路の流入部の後ろに位置する排出ゾーンにも流入し、この排出ゾーンは、第１の側壁と第２の側壁と壁１９又はそのいずれか１つもしくは２つの壁に配置された少なくとも１つの排出開口３３を介して、導管３と接続されている。

部分６の端面１３における開口２１は、軸線方向１２において上縁部３６を有しており、この上縁部３６は軸線方向１２において測定エレメント９の最も近くに位置している。上側の仮想の平面３９は、上縁部３６を貫いて延び、かつ図１の図平面に対して垂直にかつ主流方向１８に対して平行に延びている。排出開口３３は軸線方向１２において、この上側の平面３９の下に配置されている。入口領域２７は開口２１の領域に斜めの又は湾曲された面を備えており、この面は、入口領域に流入する媒体が上側の平面３９から離反変向されるように、構成されている。媒体の流入する部分流に含まれていてガス状の流動媒体に比べて大きくかつ高い密度を有する液体粒子及び／又は固体粒子は、軸線方向１２において上側の平面３９から離れる方向に移動する。排出開口３３は上側の平面３９の下に配置されているので、液体粒子及び固体粒子は排出ゾーン２８において集まり、排出開口３３を擦過して流れる空気によって導管３に吸い込まれる。

入口領域２７を起点として媒体の部分流は、測定通路４０の入口４１を通って該測定通路の湾曲した第１の区分４２に達する。媒体の、測定通路に流入した部分流は、測定通路４０を通って測定通路流れ方向ａで該測定通路の入口４１から出口４９まで貫流する。明瞭にするために付言すれば、本明細書において「測定通路流れ方向」というのは測定通路の入口から出口への流れ方向を意味し、流れる個々の粒子の速度ベクトルではない。つまり測定通路流れ方向は、測定通路に沿ってかつ該測定通路の、出口に到るまでの湾曲に沿って延びている。入口４１を通って測定通路４０内に達した部分流は、湾曲された第１の区分４２において変向され、この区分４２の終わりで別の区分４４に達し、この区分４４はほぼ真っ直ぐに延びていて、該区分４４内には測定エレメント９が配置されている。湾曲した区分４２の内側半径部において、流れは対抗処置なしに、測定通路の内壁４３から剥離することができる。図１には剥離した流れが破線６０で示されている。剥離した流れにおいては渦流や不規則な脈動が発生し、このような渦流及び脈動は、測定エレメント９を備えた後続の区分４４における流れに対して不都合に作用する。

従って、湾曲した区分４２における流れの剥離を回避するために、測定通路４０は、測定通路に突入する手段５０を有しており、この手段５０は流れを導き、測定通路の内壁４３からの流れの剥離を抑えるように作用し、最も有利には、剥離現象を完全に阻止する。これによって媒体の部分流は、剥離なしに測定通路の後続の区分４４に流入することができる。有利な実施例では、この手段は、少なくとも１つの一体的な連続した仕切り壁５０を有しており、この仕切り壁５０は、測定通路流れ方向ａに対して直角に、別の区分４４への湾曲した区分４２の移行領域に配置されている。仕切り壁５０は互いに離れている２つの端部区分（図１には図示せず）で、測定通路の内壁の互いに向かい合っている壁区分に固定されており、この場合仕切り壁５０の両端部区分を結ぶ線は、測定通路流れ方向ａに対してほぼ直角に延びていて、ゆえに図１においては図平面に対して垂直に延びている。仕切り壁は、測定通路流れ方向ａに向けられた狭い端面５３と、それとは反対側に位置する背側面５４と、測定通路流れ方向ａに対してほぼ平行に延びている２つの流れ案内面５１，５２とを有している。仕切り壁５０は端面５３において丸く面取りされていて、案内羽根ジオメトリ又は案内翼ジオメトリを有している。

図２に示されているように、仕切り壁５０は他の実施例では２部分から形成されていてもよく、２つの壁部分５０ａ，５０ｂを有しており、これらの壁部分５０ａ，５０ｂは端部区分５５ａ，５５ｂで、測定通路４０の互いに向かい合っている内壁区分４５ａ，４５ｂに固定されていて、互いに向かって延びており、有利には互いの間に間隙５９をおいて位置している。壁部分５０ａ，５０ｂの端面５３ａ，５３ｂは有利には、測定通路流れ方向ａに対して直角に方向付けられている。また壁部分５０ａ，５０ｂの背側面５４ａ，５４ｂは有利には平らであり、図２の横断面図で見て測定通路流れ方向ａとの間に角度αを形成しており、この角度αは９０°よりも小さくかつ０°よりも大きく、有利には７０°よりも小さくかつ３０°よりも大きい。仕切り壁５０が図１の実施例におけるように一体的に形成されている場合には、ただ１つの背壁は、測定通路流れ方向ａに対して９０°よりも小さくかつ０°よりも大きな角度で方向付けられている。図２における背側面５４ａ，５４ｂが横方向もしくは斜め方向に位置していることによって、測定通路流れ方向ａに対して平行に延びている流れ案内面５１，５２を介して、矢印ｂの方向での横方向流が発生し、この横方向流は、流れに含まれた水を、流れ案内面を介して測定通路流れ方向ａに対して横方向に測定通路の内壁４５ａ，４５ｂにまで運び、この内壁４５ａ，４５ｂのところで水６１を、センタエレメント９に達することなしに集めることができる。

図１に示された仕切り壁５０又は図２に示された壁部分５０ａ，５０ｂの後ろで、媒体は別の区分４４内を測定エレメント９に向かって流れる。この別の区分４４の横断面は、測定通路流れ方向ａで先細になっており、この先細の経過は、互いに向かい合っている２つの加速ランプによって得られ、この場合観察者の視線は図１の図示において第１のランプに対して垂直な方向である。横断面が先細になっていること、もしくは測定通路４０の側面が全面的に又は部分的に先細になっている加速ランプによって、媒体は素早く測定通路流れ方向ａにおいて測定通路を通して運ばれ、これによって、追従する空気は入口領域２７から吸い出される。別の区分４４から媒体は、測定エレメント９後ろで通路区分４７へと変向され、この通路区分４７はほぼ軸線方向１２において入口開口１６から離れるように延びている。この通路区分４７から媒体は、例えば主流方向１８とは逆向きに延びている最後の通路区分４８に変向され、測定通路４０の出口４９を通って導管３に戻される。なおこの場合測定通路４０は例えば主流方向１８に対して垂直が又は、主流方向１８に対して０°とは異なった角度を成して配置されている。

本発明による装置の、測定通路を備えた部分の第１実施例を、該部分が導管内に挿入されたポジションで示す断面図である。 仕切り壁の領域における測定通路を図１の図平面に対して垂直に断面して示す図であって、本発明の第２実施例を示す断面図である。

Claims (11)

1. 導管（３）内を主流方向（１８）で流れる媒体の少なくとも１つのパラメータ、特に内燃機関の吸気質量を測定する装置であって、該装置の一部分（６）が、主流方向（８）に対して所定の方向で方向付けられて導管（３）内に挿入されていて、導管（１）内を流れる媒体の部分流が、前記装置部分（６）に設けられた少なくとも１つの測定通路（４０）を測定通路流れ方向（ａ）で測定通路の入口（４１）から測定通路の出口（４９）まで貫流するようになっており、測定通路（４０）内に、少なくとも１つのパラメータを測定する少なくとも１つの測定エレメント（９）が配置されていて、測定通路（４０）が入口（４１）と測定エレメント（９）との間に、測定通路に流入した部分流を変向させる湾曲した区分（４２）を有しており、該湾曲した区分が測定通路（４０）の後続の別の区分（４４）に移行していて、該別の区分（４４）に測定エレメントが配置されている形式のものにおいて、測定通路流れ方向（ａ）で見て入口（４１）の後ろで測定エレメント（９）の前に、媒体部分流の流れを導いて測定通路の通路壁（４３）からの流れの剥離を防止する手段（５０）が、測定通路内に進入した形で配置されていることを特徴とする、導管内を流れる媒体の少なくとも１つのパラメータを測定する装置。
2. 測定通路内に配置された前記手段が、少なくとも１つの一体的な連続した又は分断された２部分から成る仕切り壁（５０）を有しており、該仕切り壁（５０）が、測定通路流れ方向（ａ）に対して直角に測定通路（４０）内に配置されている、請求項１記載の装置。
3. 前記手段（５０）が、測定通路流れ方向（ａ）で見て、別の区分（４４）への湾曲した区分（４２）の移行領域に配置されている、請求項１又は２記載の装置。
4. 少なくとも１つの一体的な連続した又は分断された２部分から成る仕切り壁（５０）が、互いに反対側に位置している端部区分（５５ａ，５５ｂ）で、測定通路の内壁の互いに向かい合っている壁区分（４５ａ，４５ｂ）に固定されていて、仕切り壁の両端部区分（５５ａ，５５ｂ）を結ぶ線が測定通路流れ方向（ａ）に対してほぼ垂直に延びている、請求項２記載の装置。
5. 少なくとも１つの仕切り壁（５０）が、端部区分（５５ａ，５５ｂ）と、測定通路流れ方向（ａ）に向けられた少なくとも１つの端面（５３）と、該端面とは反対側に位置する背側面（５４）と、測定通路流れ方向に対してほぼ平行に延びる２つの流れ案内面（５１，５２）とを有している、請求項２記載の装置。
6. 仕切り壁（５０）の、流れにさらされる面が案内羽根ジオメトリ又は案内翼ジオメトリを有している、請求項２記載の装置。
7. 少なくとも１つの仕切り壁（５０）が２つの壁部分（５０ａ，５０ｂ）を有しており、該壁部分が、測定通路（４０）の互いに向かい合っている内壁区分（４５ａ，４５ｂ）から、互いに向かって突出している、請求項２から６までのいずれか１項記載
8. 壁部分（５０ａ，５０ｂ）が互いの間の間隙（５９）によって互いに間隔をおいて位置している、請求項７記載の装置。
9. 仕切り壁（５０）の端面（５３）が測定通路流れ方向（ａ）に対して垂直に方向付けられている、請求項５記載の装置。
10. 仕切り壁（５０）の背側面（５４）が測定通路流れ方向（ａ）に対して、９０°よりは小さいが０°よりは大きい角度を成して延びている、請求項５記載の装置。
11. 壁部分（５０ａ，５０ｂ）の背側面（５４ａ，５４ｂ）が横断面で見て測定通路流れ方向（ａ）との間に、９０°よりは小さいが０°よりは大きい角度、有利には７０°よりは小さいが３０°よりは大きな角度（α）を成している、請求項７記載の装置。

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