JP3853842B2 - 流動媒体の量を測定するための装置 - Google Patents

Description

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、流動媒体の量を測定する装置から出発する。既にドイツ国特許出願Ｐ ４４ ０７ ２０９．０−５２号明細書によれば、流動媒体の流れを制限する制限壁に空けられた開孔内へ挿入可能な、媒体の流れに対して交差方向に延びている支持体を有する装置が提案されている。該制限壁は例えば、内燃機関が外気から空気を吸い込む吸気管の管壁である。上記支持体は細長い形状を有し、かつその、流動媒体中に侵入する自由端部範囲に測定通路を有し、この通路に流動媒体が通される。測定通路内には、所謂マイクロメカニック構造に形成された、温度関連動作性の測定エレメントが設けられている。このような測定エレメントはプレート状の支持体上にケイ素ウェーファをエッチング処理することによって製作されたセンサ範囲を有し、このセンサ範囲は複数の抵抗層と共に少なくとも１つの温度関連動作性の測定抵抗を形成する。該センサ範囲は支持体上のたんに１つの小さな区分を占めているに過ぎずかつ、流動媒体の流速の変化、若しくは流動媒体の量の変化を迅速な応動動作時間で検出するために極めて僅かな厚さしか有していない。
内燃機関の運転時には内燃機関の吸気弁の開閉によって強い脈動流が吸気管内に発生するが、該脈動流は技術的に生ぜしめられる殆ど全ての流れがそうであるように乱流である。流れ中の脈動の影響は部分的には測定通路内に測定エレメントが設けられていることによって抑制されるが、この場合流れ中の乱流によって、特にマイクロメカニック構造の測定エレメントの場合、測定エレメントから発せられる測定信号の所謂ベースノイズが発生する。測定エレメントから発せられる電気的な測定信号のベースノイズはしかし流速の精密な測定を困難にする。
上に述べた従来技術においては測定通路の制限壁は、側面からの流れの剥離のない、測定通路内への流動媒体の円滑な流入と測定通路内、特に測定エレメントの範囲に層流をうるために、測定通路の入口開口の上流側が丸く形成されている。しかし制限壁に丸みをつける手段はある限度内でしか実現されない。それというのは測定通路の入口範囲は装置構造の小型化が求められているため流動方向で過度に小さな長さしか有しておらず、この長さは殊に乱流の場合流れの剥離のない申し分のない良好な流入をうるには小さ過ぎるからである。従って特定の流動状態では測定通路の特に入口範囲において流れの剥離が発生し、これらの流れの剥離は時間的に不安定な性質を有しかつ測定エレメントの範囲の流れに、測定信号ノイズを強め、ひいては測定効果を劣化させる影響を与える。
発明の効果
請求項１記載の特徴を有する本発明の装置はこれに対して以下のような利点を有している。即ち測定信号ノイズが明らかに減少し、その結果従来技術に対して改善された測定結果が達成される。
従属形式請求項記載の手段によれば請求項１記載の装置の有利な発展及び改良がえられる。
図面
以下に図示の一実施例につき本発明を詳細に説明する。図１は本発明による装置の一部を断面して示した側面図であり、図２は図１の一区分を拡大して示した図である。
図１は、流動媒体の量、特に内燃機関の吸込空気量の測定装置１を部分的に断面した側面図である。測定装置１は、有利には、その縦軸線１０の方向に長く延びている細長い、半径方向の直方体であって、制限壁５にあけられた開孔５内へ例えば差し込みにより導入されている。制限壁５は例えば、内燃機関が外気から空気を吸い込む吸気管の管壁である。制限壁５は流動横断面７を有し、これは、例えば円筒形の吸気管の場合ほぼ円形の横断面であり、その中心に軸方向に、制限壁５に対して平行に、中心軸線１１が延び、これは測定装置１の縦軸線１０に対して垂直である。測定装置１はパッキンリング３によって制限壁５内にシールされかつ例えば図示されていないねじ結合部によって制限壁５に不動に結合されている。測定装置１は以下において測定部１７と呼ばれる部分をもって流動媒体中に侵入しており、この場合測定部１７は、流動媒体が測定部１７内に設けられている温度関連動作性の測定エレメント２０に沿って制限壁５の流動障害となる縁部の影響をできるだけ受けることなしに流れるようにするため、例えば流動横断面７のほぼ中心で中心軸線１１によって対称に分けられている。図１及び２の実施例では媒体は右から左へ流れ、流動方向は矢印３０で示されている。
測定装置１は測定部１７、支持体部分１８及び固定部分１９から一体に構成されかつ例えばプラスチック射出成形技術によりプラスチックから製作されている。測定エレメント２０は半導体、例えば珪素ウエーファのエッチング処理により所謂マイクロメカニック構造に製造することができ、例えばＤＥ−ＯＳ４２１９４５４号明細書記載の構成を有する。測定エレメント２０はエッチングによってえられるセンサ範囲２１を有し、この範囲は図１及び２において線IIで囲まれている範囲である。センサ範囲２１は極めて薄い厚さを有しかつ、やはりエッチングによって生じた複数の抵抗層を有し、該抵抗層は少なくとも１つの温度関連動作性の測定抵抗及び例えば１つの熱抵抗を形成する。測定エレメント２０はまた、例えばＤＥ−ＯＳ３６３８１３８号明細書に記載の構造を有する所謂熱膜センサエレメントとして設けることも可能である。このような熱膜センサエレメントはやはりプレート状のサブストレート上に設けられた個々の抵抗層を有し、これらは少なくとも１つの温度関連動作性の測定抵抗及び例えば少なくとも熱抵抗を含んでいる。測定エレメント２０若しくはセンサ範囲２１の個々の抵抗層は測定装置１内に延びている接続導体２２によって図１に破線で示された電子評価回路２３に電気的に接続されている。電子評価回路２３は例えばブリッジ回路類似の抵抗測定回路を含んでいる。評価回路２３は測定装置１の例えば支持体部分１８又は固定部分１９内に設けられている。固定部分１９に設けられた差し込み式接続部２４により、評価回路２３によってえられた電気信号が例えば評価のためのさらに別の、内燃機関の電子的なアイドリング制御又は機関出力制御の機能を有する電子制御装置へ送られる。温度関連動作性の測定エレメントの機能及び構造は公知であるから詳細な説明は省略する。
装置１の測定部分１７は例えば直方体の形状を有しかつ軸方向で測定部分１７内に延びている測定通路３３及び例えばＳ字形の変向通路３４を有している。測定通路３３は中心軸線１１の方向で測定部分１７内において軸方向に、例えば方形横断面の入口開口３６から開口３５まで延びている。測定通路３３は中心軸線１１から離れている上面３８、中心軸線１１に近い下面３７及び２つの側面によって制限され形成されている。測定通路３３を中心軸線１１に対して偏心的に配置する代わりに、同心的に若しくは制限壁５の中心軸線１１の範囲に配置することも可能である。プレート状の測定エレメント２０は測定通路３３において長辺を半径方向で縦軸線１０の方向に向けて配置されておりかつ縦軸線１０により対称に分けられている。測定エレメント２０はその一方の狭幅側の端部で支持体部分１８内において上面３８に固定されており、従って該測定エレメントの両側面に沿って中心軸線１１に対してほぼ平行に媒体が流れる。媒体は測定通路３３の入口開口３６から測定エレメント２０に達し、ここから変向通路３４に沿って流れ半径方向で図１及び２に記載の矢印３１の方向で出口開口４６から出る。出口開口４６から流出した媒体は装置１の周囲を流れる媒体と再び合流する。出口開口４６は変向通路３４と同じく例えば方形の横断面を有し、かつ、中心軸線１１に対して平行の、測定部分１７の下側外面４５に設けられている。方形の出口開口４６の右側には下側の外面４５に対して直角方向で、流動方向３１に対して逆向きの、測定部分１７の縁形成面４２が続いており、該面は入口開口３６の上流側において下側の外面４５から丸みをもって測定通路３３の下面３７へ、入口開口３６のところまで延びている。
本発明によれば、測定エレメント２０の上流側の、測定通路３３の入口開口３６の範囲に流動障害部５０が設けられており、該流動障害部は実施例ではトリップエッジ(Stolperkante)５１として製作されている。流れを強く変向させるこのトリップエッジ５１は上面３８の、測定通路３３の流動方向３０に対して開いている端部に設けられている。測定通路３３のこの端部は装置１の固定部分１８の一方の端面４８及び縁形成面４２によって制限されている。この例えば方形の端面４８は流動方向３０に対して対向しておりかつ縦軸線１０に対して平行に測定部分１７から制限壁５へ延びている。端面４８の近くに設けられているトリップエッジ５１の下流側に溝状の凹所５２が測定通路３３の上面３８に加工されており、該溝は縦軸線１０及び中心軸線１１に対して直角に延びている。溝状の凹所５２は要するに図１及び２の図平面に対して垂直に延びており、かつ測定通路３３の入口開口３６の開口横断面のほぼ全幅に亘って延びている。
図２の測定部分１７の拡大図から判るように、トリップエッジ５１は図２に示されている、凹所５２の範囲をほぼ占める剥離区域５４を生ぜしめる。流れのこの剥離区域５４は時間的及び空間的に比較的安定していて常に同じ場所に生じ、該区域は、従来の装置における時間的に不安定でかつ現れる場所がその都度異なる剥離区域５６の発生を妨げ又は著しく弱める効果を有する。
このような、図２に破線で示されている、ばらばらに発生する剥離区域５６からは、測定エレメント２０から発せられる電気的信号の所謂ベースノイズを高める作用が流れ中に発生する結果となる。トリップエッジ５１若しくは安定した剥離区域５４によればこのような作用が避けられ、その結果ベースノイズが減少する。トリップエッジ５１の代わりに、別の形式に形成された流動障害部、例えば、流体力学理論において公知の所謂トリップワイヤ(Stolperdraht)を用いることも可能である。流れ内へ侵入するトリップワイヤはトリップエッジと同じく部体の所定の箇所に設けられ、部体の流動抵抗を点状に高めることにより、トリップエッジ若しくはトリップワイヤの下流側において流れ中に所定の剥離区域を発生させる。この目的で流動障害部は、該流動障害部が設けられている部位における境界層厚にほぼ等しくなるように設計され、これにより流動障害部の下流側において管壁に向かって特に高い圧力勾配が生じ、その結果流動障害部の下流側に時間的及び空間的に安定した剥離区域が発生する。

Claims (1)

1. 流動媒体の量、特に内燃機関の吸込空気量を測定するための装置であって、媒体の流れ（３０）に対して交叉する方向に延びている支持体を有し、該支持体が流れを制限する壁（５）から流れ（３０）中に侵入せしめられ、この場合該支持体中に設けられている、入口開口を備えた測定通路（３３）に流動媒体が通過せしめられ、該測定通路内には、温度関連動作性の測定エレメントが設けられている形式のものにおいて、
   測定エレメント（２０）の上流側の支持体部分であって、測定エレメント（２０）が測定通路（３３）内に突入している測定通路（３３）の上面（３８）側の入口開口（３６）の範囲の、流れ（３０）に対して開いた測定通路（３３）の端部に、測定通路（３３）内に所定の有効な流れ剥離区域（５４）を生ぜしめる流動障害部（５０）が設けられており、該流動障害部（５０）がトリップエッジ（５１）として形成されており、測定通路（３３）を制限する壁（３３）の、トリップエッジ（５１）の下流側に凹部（５２）が形成されており、該凹部（５２）が、当該装置の縦軸線（１０）及び壁（５）の中心軸線（１１）に対して直角に延びていることを特徴とする、流動媒体の量を測定するための装置。

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