JP2010525347A - 流動媒体を測定する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、主流方向（１１６）において流れる流動媒体、特に内燃機関の吸込み空気質量の少なくとも１つのパラメータを測定する装置（１１０）であって、主流方向（１１６）に対して所定の方向付けで流動媒体に進入可能で長手方向軸線を備えたコネクタ部分（１１２）が設けられており、該コネクタ部分（１１２）が少なくとも１つの流入開口（１２０）と少なくとも１つの流出開口（１２４）と、該流入開口（１２０）と流出開口（１２４）とを接続する少なくとも１つの主通路（１２２）とを有しており、該主通路（１２２）から分岐する少なくとも１つの測定通路（１２８）が、該測定通路（１２８）内に収容されていて少なくとも１つのパラメータを測定するために働く少なくとも１つのセンサエレメント（１３６）を備えており、主通路（１２２）からの測定通路（１２８）の分岐部（１２６）の前に、測定通路（１２８）からの媒体の流れを変向させる少なくとも１つの案内面（１３２）が設けら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本発明の構成では、案内面（１３２）が少なくとも部分的に、主流方向（１１６）と前記長手方向軸線とを含む平面に対して、９０°とは異なった角度αで配置されている。

Description

本発明は、主流方向において流れる流動媒体、特に内燃機関の吸込み空気質量の少なくとも１つのパラメータを測定する装置であって、主流方向に対して所定の方向付けで流動媒体に進入可能で長手方向軸線を備えたコネクタ部分が設けられており、該コネクタ部分が少なくとも１つの流入開口と少なくとも１つの流出開口と、該流入開口と流出開口とを接続する少なくとも１つの主通路とを有しており、該主通路から分岐する少なくとも１つの測定通路が、該測定通路内に収容されていて少なくとも１つのパラメータを測定するために働く少なくとも１つのセンサエレメントを備えており、主通路からの測定通路の分岐部の前に、測定通路からの媒体の流れを変向させる少なくとも１つの案内面が設けられている形式のものに関する。

すなわち本発明は、管路内を主流方向において流れる流動媒体の少なくとも１つのパラメータを測定する公知の装置から出発している。このような装置は例えば、内燃機関の吸込み空気質量を測定するために使用される。しかしながらまた、他の又は別のパラメータを測定するための別の形式の装置、例えば温度センサ、速度測定装置又はこれに類した測定装置、並びに、ホットフィルムエアマスメータ原理とは別の測定原理も、考えられる。

ホットフィルムエアマスメータは例えばＤＥ１０２５３９７０Ａ１に記載されている。個々に開示された装置は、主流方向に対して所定の方向付けで、流動媒体によって貫流される管路内に進入可能である。

この場合、流動媒体の部分流は、部分的に設けられた少なくとも１つの測定通路を貫流し、この測定通路内に測定エレメントが配置されている。流入部と測定エレメントとの間に測定通路は、流入部を通って測定通路内に流入する流動媒体の部分流を変向させるために、湾曲区分を有しており、この湾曲区分は下流において、測定エレメントが配置されている区分に移行している。この場合測定通路内には、流れを導きかつ、測定通路の通路壁からの媒体部分流の流れの剥離を防止する手段が設けられている。

さらに入口領域は、主流方向とは逆向きの開口の領域に、斜めの又は湾曲した面を備えており、これらの面は、入口領域に流入する媒体が、測定エレメントに通じる測定通路の部分から離反方向に導かれるように、構成されている。これによって、媒体内に含まれた液体又は固体粒子がその慣性に基づいて測定エレメントに達し、測定エレメントを汚染することを、回避することができる。

例えばＤＥ１０２５３９７０Ａ１に開示された装置のような装置は、実地においては、多数の要求及び周辺条件（Randbedingung）を満たさなくてはならない。これらの周辺条件は、文献から公知であり、例えばＤＥ１０２５３９７０Ａ１に記載されている。

適宜な流体技術的な構成によって装置全体における圧力降下を減じるという目的のみならず、主要な課題は、このような装置の信号品質をさらに改善するということにある。この信号品質は特に、例えばセンサエレメントに通じる測定通路を通る媒体の貫流によって規定される信号変位に関連し、かつ場合によっては、信号ドリフトの改善や信号とノイズとの比の改善に関連している。例えばＤＥ１０２５３９７０Ａ１に記載されているように、液体及び塵埃粒子を阻止する面によって流入開口を構成することは、信号ドリフトの減少するために役立つ。

面の端部において、測定通路は主通路から分岐し、この場合この箇所には通常、鋭い縁部が設けられている。水滴及び他の異物は、通常、縁部の領域におけるこの変向には追従することができず、真っ直ぐに主通路を通って流れ、センサエレメントに達することはない。しかしながら、幾つかの汚染物質もしくは異物、特に水滴は、面で衝突して、飛び散ることが良くある。このような軽い、個々に分散された異物粒子もしくは飛沫は、測定空気流と共に測定通路内に達し、そこで信号妨害の原因となる。特に、ホットフィルムエアマスメータにおけるこのような信号妨害は、センサチップの表面に液体膜が付着することによって生ぜしめられ、これによって、センサチップの熱伝導性及び熱容量が、ひいてはセンサチップの測定特性が変化してしまう。

発明の開示
上に述べた従来技術における欠点は排除するために本発明の構成では、冒頭に述べた形式の装置において、案内面が少なくとも部分的に、主流方向と前記長手方向軸線とを含む平面に対して、９０°とは異なった角度αで配置されているようにした。

本発明は次のような認識に基づいている。すなわち信号に対する上述のような影響は、斜めの面（以下においては案内面と呼ぶ）に異物が衝突すること並びこれに基づく微細な分割によって、減じることができ、この場合、案内面によって霧化されて微細に分割された異物から成るこの「スプレイ」は、側部の通路壁へと導かれる。この側部の通路壁には通常、運転時に、微細なウォータフィルムが存在しており、このウォータフィルムは、水滴及び／又は他の異物を吸着し、ひいてはセンサチップから遠ざける。

側部の通路壁へのこのような変向を促進する可能性として、本発明では案内面が斜めに形成されている。これによって、飛び跳ねる水滴や他の異物は、案内面から高い確率で側方に反射され、より多くの水滴や異物が通路壁によって受け止められる。このように構成されていることによって、測定通路内に達し、これにより信号ドリフトに影響を与える、水滴や異物の数を著しく減じること、又はこのような水滴や異物を完全に阻止することができる。

本発明は従って、主流方向において流れる媒体、特に内燃機関の吸込み空気質量の少なくとも１つのパラメータを測定する公知の装置から出発している。この装置は特に例えば、冒頭に述べた形式の構造を有するホットフィルムエアマスメータである。しかしながらまた択一的に又は付加的に、媒体の他のパラメータ、例えば温度、圧力又はこれに類したパラメータを測定することもできる。流動媒体は例えばガス状の媒体であっても液状の媒体であってもよく、さらにまた、例えばエーロゾルのような他の流体も考えられる。

装置は、流動媒体の主流方向に対して所定の方向付けで流動媒体内に進入可能で長手方向軸線を備えたコネクタ部分を有している。「長手方向軸線」というのはこの場合広くとらえることができる。コネクタ部分は有利には、真っ直ぐに延びた扁平なコネクタ部分であり、この場合長手方向軸線は、流れ管もしくは流動媒体への進入方向に対して平行に延びていることができる。しかしながらまた、コネクタ部分が幾分湾曲しているような構成も可能である。実質的に、長手方向軸線というのは流入開口の領域において、主通路に対して基準となるものであり、その結果この領域における局部的な長手方向軸線を、長手方向軸線という概念に含めることもできる。

コネクタ部分は少なくとも１つの流入開口と少なくとも１つの流出開口と、該流入開口と流出開口とを接続する少なくとも１つの主通路とを有している。さらに、主通路から分岐する少なくとも１つの測定通路が、該測定通路内に収容されていて少なくとも１つのパラメータを測定するために働く少なくとも１つのセンサエレメントを備えている。センサエレメントの構成並びに主通路及び測定通路の構成については、例えばＤＥ１０２５３９７０Ａ１に記載されているが、その他の構成も又可能である。

この場合装置は、流れ方向において主通路からの測定通路の分岐部の前に、測定通路からの媒体の流れを変向させる少なくとも１つの案内面が設けられているように、構成されている。例えばこの案内面は、ＤＥ１０２５３９７０Ａ１におけるように構成されていることができる。しかしながらまた、特に案内面の縁部において、構造技術的な理由から軽い湾曲部を有していてもよい。案内面は有利には、主通路からの測定通路の分岐部に鋭い縁部（「歯」とも呼ぶ）を有していて、上述のように、流動媒体内に含まれた液体又は固体の異物、例えば水、油、塵埃又は煤粒子を阻止するために働く。

以上述べた点に関しては、本発明による装置は、ほぼ例えばＤＥ１０２５３９７０Ａ１に開示された構成に相当している。案内面から跳ね返される異物を通路壁に向かって変位させるために、本発明の構成では、冒頭に述べた形式の装置において、案内面が少なくとも部分的に、主流方向と前記長手方向軸線とを含む平面に対して、９０°とは異なった角度αで配置されているようにした。

この場合、案内面と前記平面との間における角度αと、鋭い縁部と前記平面との間における角度βとは、基本的に区別されねばならない。しかしながら有利には両方の角度は、少なくともほぼ同じである。縁部は有利にはほぼ直線的に延びている。

また角度が、５°〜３５°の間の範囲にあると、特に有利なことであることが判明している。この場合さらに、角度が１０°〜２５°の間、特に１５°〜２０°の間の範囲にあると、特に有利である。これらの角度範囲は特に、ホットフィルムエアマスメータにおける通常の流速度において、異物、特に水の飛沫に、通路壁に向かって十分な速度成分を与えることができ、ひいてはこのような異物を効果的に測定通路から遠ざけることができる。

傾斜した「歯」の別の利点としては、このような傾斜によって付加的に分岐部の領域において渦流が生ぜしめられる、ということがある。この渦流は、分岐部の後ろで通常測定通路において形成される剥離領域、つまり不安定でかつ測定通路を通る流量を減じる剥離領域を消滅させる、という効果を有している。それというのは、渦流は空気流の混合を促進するからである。これにより、斜めの「歯」によって、測定通路を通る流量が高められ、かつ均一化される。このことは全体として、信号変位に対してポジティブに作用し、信号における変動及びノイズがこれにより著しく減じられる。

次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

少なくとも１つのパラメータを測定するための、従来技術に相当する装置を示す図である。 図１に示された装置の本発明による構成を示す斜視図である。 流れ管に挿入された差込み式センサを備えた本発明による装置を示す斜視図である。

実施例の記載
図１には、流動媒体における少なくとも１つのパラメータを測定するための、従来技術に相当する装置１１０が、平面図で示されている。このような装置は例えばＤＥ１０２５３９７０に記載されている。さらに、本発明の範囲を制限するものではないが、この装置１１０は、内燃機関の吸気行程における空気貫流量を測定するための、ホットフィルムエアマスメータともホットフィルム空気質量測定装置（Heissfilmluftmassenmesser）である。

装置１１０は、図１において平面図で見て開放されたハウジングで示されたコネクタ部分１１２を有している。そのために、（図１には示されていない）カバー部分は取り除かれており、これによりコネクタ部分における流路１１４への視界が開かれている。コネクタ部分１１２は、主流方向１１６で流れる媒体、例えば吸い込まれる空気質量内に挿入されるように、構成されている。例えば空気質量は流れ管（図示せず）を通って流れることができ、コネクタ部分１１２はこの流れ管内に差し込まれ、これによって主流方向１１６に対する所定の方向付けにおいて設置されることができる。コネクタ部分１１２は図示の実施例では、真っ直ぐに形成されていて、長手方向軸線１１７を有している。主流方向１１６と長手方向軸線１１７とはこの場合、図１において図平面と合致する平面を成している。

コネクタ部分は、主流方向１１６とは逆向きの擦過流側（Anstroemseite）１１８を有しており、この擦過流側１１８は、媒体の流れにおける障害を減じるため及び圧力降下を減じるために丸く形成されている。擦過流側１１８には流入開口１２０が配置されており、この流入開口１２０の後ろつまり下流には、流路１１４の一部として主通路１２２が続いている。この主通路１２２は、主流方向１１６に対してほぼ平行に延びていて、流出開口１２４において開口しており、この流出開口１２４は図示の実施例では、コネクタ部分１１２の側部に配置されている。さらに付言すれば、図１に示された流路の形態とは異なる別の構成、例えばコネクタ部分１１２の下側に流出開口１２４が配置されている構成も可能である。

流入開口１２０の直ぐ後ろに配置された分岐部１２６において、主通路１２２から測定通路１２８が分岐しており、この測定通路１２８は流路の別の部分を形成している。図１において矢印で示されているように、これにより主通路１２２を通って流れる主流１３８からは部分流１４０が分岐する。

この実施例では流路１１４は流れ溝１３０を備えている。これらの流れ溝１３０は分岐部１２６の領域において、測定通路１２８の開始部において中断されていて、流れ経過を改善するのみならず、測定通路１２８の通路壁における液体及び／又は固体の異物を排除する。

流入開口１２０には直に案内面１３２が配置されており、この案内面１３２は擦過して流れる媒体を測定通路１２８から下方に向かって変向させる。これによって、案内面１３２に衝突する媒体には、主流方向１１６に対して垂直な方向に（図１において下方に向かって）衝撃成分（Impulsanteil）が与えられ、その結果、媒体内に含まれている液状及び／又はガス状の異物が、分岐部１２６から離れる方向に導かれ、その慣性に基づいて主通路１２２を通って流出開口へと導かれる。この実施例では案内面１３２は主流方向１１６に対して約５５°の角度γを成している。しかしながらまた他の角度を使用することもできる。

案内面１３２は、このような異物が測定通路１２８を通って、測定通路１２８内に進入しているセンサ保持体１３４に、かつセンサ保持体１３４内もしくはセンサ保持体１３４表面に設けられたセンサ１３６に達すること、及びこのセンサ１３６を汚染することを、少なくとも部分的に阻止する。従来技術（例えばＤＥ１０２５３９７０Ａ１及びそこに開示された測定原理に対する従来技術）に基づいて公知である、例えばホットフィルムエアマスメータ-チップであるこのセンサ１３６は、例えばセンサ保持体１３４と結合されていてもよい、測定通路の上における制御兼評価ボード（Ansteuer- und Auswerteplatine）を介して、制御及び評価されることができる。このボードは図１には示されていない。

分岐部１２６の直ぐ後ろにおいて、案内面１３２の端部における鋭い「歯」１４２には、部分流１４０において、この領域における媒体の強い変向に基づいて、第１の剥離領域１４４が形成される。別の剥離領域１４６は測定通路１２８の第２の変向部の直ぐ後ろにおいて形成される。

分岐部１２６から測定通路１２８を通って測定通路出口１４８に流れる部分流１４０は、流動媒体における全流量を再現するはずで、従ってセンサ１３６を用いて測定される。しかしながら剥離領域１４４，１４６は部分流１４０を、ひいては測定通路１２８を通る流量を阻止する。これによって信号変位（Signalhub）は、上述のように減じられる。さらに剥離領域１４４，１４６はその大きさが不安定であるので、これによって測定通路１２８を通る流量は変動し、ひいては信号が変動してしまう。

図２及び図３には本発明による装置１１０の変化実施例が示されている。この場合図２には、流入開口１２０の領域が斜め下から見た斜視図で示されている。図３には、図１の図平面、つまり主流方向１１６とコネクタ部分１１２の長手方向軸線１１７とを含む平面に対して平行な視線方向において、流れ管１５０を見た図が示されている。この場合視線方向は図３においても同様にコネクタ部分１１２に対して幾分斜め下であり、つまり主流方向１１６に対して約２０°の角度を成している。以下においてはこの両方の図を参照しながら説明する。

特に図３から分かるように、案内面１３２はこの実施例ではほぼ平らであり、真っ直ぐな鋭い縁部１４２において終わっている。この場合この鋭い縁部１４２ひいては「歯」１４２は本発明によれば、長手方向軸線１１７と主流方向１１６とを含む平面に対して垂直ではなく、この平面との間に角度αもしくはβを成している。この実施例ではこの角度α及びβは同じであり、約１５°である。

図２から分かるように、コネクタ部分１１２の流入開口１２０は幅Ｂを有している。この幅は例えば約５ｍｍの範囲で運動する。従って、主流方向１１６の視線方向で見て縁部１４２の左側と縁部１４２の右側との間には、高さの差Ｈが生じる。角度αもしくはβは式、tanαもしくはtanβ = H/B によって計算される。

この場合典型的に、１〜２ｍｍの範囲における高さの差Ｈが使用され、このような高さの差Ｈは、水滴もしくは他の異物を案内面１３２から流路１１４の壁の一つに導く上記効果を得るために、極めて適していることが判明している。

Claims (7)

1. 主流方向（１１６）において流れる流動媒体、特に内燃機関の吸込み空気質量の少なくとも１つのパラメータを測定する装置（１１０）であって、主流方向（１１６）に対して所定の方向付けで流動媒体に進入可能で長手方向軸線を備えたコネクタ部分（１１２）が設けられており、該コネクタ部分（１１２）が少なくとも１つの流入開口（１２０）と少なくとも１つの流出開口（１２４）と、該流入開口（１２０）と流出開口（１２４）とを接続する少なくとも１つの主通路（１２２）とを有しており、該主通路（１２２）から分岐する少なくとも１つの測定通路（１２８）が、該測定通路（１２８）内に収容されていて少なくとも１つのパラメータを測定するために働く少なくとも１つのセンサエレメント（１３６）を備えており、主通路（１２２）からの測定通路（１２８）の分岐部（１２６）の前に、測定通路（１２８）からの媒体の流れを変向させる少なくとも１つの案内面（１３２）が設けられている形式のものにおいて、案内面（１３２）が少なくとも部分的に、主流方向（１１６）と前記長手方向軸線とを含む平面に対して、９０°とは異なった角度αで配置されていることを特徴とする、流動媒体を測定する装置。
2. 案内面（１３２）が分岐部（１２６）において鋭い縁部（１４２）で終わっていて、該縁部（１４２）が少なくとも部分的に、主流方向（１１６）と前記長手方向軸線（１１７）とを含む平面に対して、９０°とは異なった角度αで配置されている、請求項１記載の装置。
3. 縁部（１４２）がほぼ直線的に延びている、請求項１又は２記載の装置。
4. 案内面（１３２）がほぼ平らな案内面である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 角度αが角度βとほぼ同じである、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 角度αが、５°〜３５°の間、特に１０°〜２５°の間、特に有利には１５°〜２０°の間の範囲にある、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 流入開口（１２０）が、主流方向（１１６）と前記長手方向軸線（１１７）とを含む平面に対して垂直に、３ｍｍ〜１０ｍｍの間の幅、特に有利には５ｍｍの幅を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。

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