JP4976497B2 - 流体動力学的に改良されたプラグインセンサ - Google Patents

Description

本発明は、種々異なる分野において公知であるように、流通する流動媒体、特に流管を通っ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ための装置に関する。従って、例えばプロセス工学、化学又は機械工学の分野のプロセスにおいて、規定された流動媒体、特に所定の特性（例えば温度、圧力、流速、マスフローその他）を有するガス流量（例えばエアマス）を供給する必要がある。これには特に、調整された条件下で運転される燃焼プロセスが含まれる。

重要な使用実施例は、自動車の内燃機関における燃料燃焼、特に燃焼後に行われる触媒による排ガス浄化である。排ガス浄化においては、時間単位毎に所定量のエアマス（空気流量）を制御して供給する必要がある。この場合、エアマス流量を測定するために、種々異なる形式のセンサが使用される。従来技術で公知な形式のセンサは、いわゆるホットフィルムエアマスセンサ（ＨＦＭ）である。このホットフィルムエアマスセンサは、例えばドイツ連邦共和国特許公開第１９６０１７９１号明細書に１実施例として記載されている。このような形式のホットフィルムエアマスセンサにおいては、一般的な形式で、薄いセンサダイヤフラムを有するセンサチップ、例えばシリコンセンサチップが使用されている。センサダイヤフラム上には典型的な形式で少なくとも１つの加熱抵抗器が配置されており、この加熱抵抗器は、２つ又は複数の温度測定抵抗器（温度センサ）によって包囲されている。ダイヤフラムを介して供給される空気流内において、温度分布が変化し、この温度分布の変化も温度測定抵抗器によって検出され、制御及び評価回路によって評価される。従って、例えば温度抵抗器の抵抗差から、エアマス流量が決定される。このような形式のセンサのその他の多くの変化実施例が従来技術により公知である。

例えばドイツ連邦共和国特許第１０１１１８４０号明細書により公知である、このような形式のセンサの問題点は、センサエレメントが頻繁に汚染されるという点にある。このような汚染は、例えば水、油又はその他の液体、若しくはその他の種類の汚染物質によって発生する。センサチップは、一般的な形式で内燃機関のインテークマニホールド内に直接、又は内燃機関のインテークマニホールド通じるバイパス内に設けられる。この場合、内燃機関運転中に、水又は油がセンサチップに堆積する。このような汚染物質の堆積は、センサの測定信号に不都合な影響を及ぼす。何故ならば、センサ表面の液体被膜は、表面の熱伝導率に作用し、ひいては測定信号を狂わせる原因となるからである。同様の問題は、ホットフィルムエアマスセンサ以外に、流体パラメータを測定するために使用されるその他の形式のセンサにおいても発生する。

このような汚染の問題を解決するために、特に水又は油がセンサチップに達するのを阻止するために、従来技術によれば様々な提案がなされている。ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００４０２２２７１号明細書によれば、いわゆる「バイパス」を使用した提案がなされている。この場合、プラグインセンサが用いられており、このプラグインセンサは、プラグイン部分が吸気管内に差し込まれており、プラグイン部分が空気の流れに曝される流入側に吸込み開口が設けられている。プラグインセンサ内に主流通路が設けられており、この主流通路を通って流れの主要な部分が入口開口から出口開口へ流れるようになっている。主流通路から、「突起部」とも称呼される尖った縁部において、バイパス通路が分岐しており、このバイパス通路内にセンサチップが配置されている。バイパス通路は、プラグインセンサの下側に配置された出口開口内に開口している。この場合、バイパス通路の分岐部における尖った縁部は、液滴がその慣性に基づいてバイパス通路内に侵入しにくく、もっぱら主通路内に残るように、作用する。

以上のような従来技術におけるプラグインセンサ構造の欠点は、前記のような空気力学的に不都合な形状を有するプラグインセンサが、多くの場合、インテークマニホールド内において流体抵抗に左右される圧力低下に関連した問題を引き起こす、という点にある。さらに、このような形式のセンサの信号の信号再現性が比較的低い。従って、前記ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００４０２２２７１号明細書によれば、流管内に流れガイド部分を別個の構成部分として堅固に組み込んだ構造が提案されている。選択的に、プラグインセンサを備えた流れ誘導部分の一体的な構造も提案されている。さらにまた、プラグインセンサの後で流れを安定化させるための流れガイド壁が、流管内に堅固に組み込まれている。

しかしながらこのようなドイツ連邦共和国特許公開第１０２００４０２２２７１号明細書により公知の構造は、実際には種々の欠点を有している。１つの欠点は、流れガイド部分が流管の１区分内に堅固に組み込まれている点にある。このように流れガイド部分を堅固に組み込むことによって、この管区分の製造コストは、付加的な流れガイド壁を設けるのと同じように、高価になる。一体的な構造では、多くの使用例において組み込み長さが長くなってします。しかも、前記ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００４０２２２７１号明細書に開示された構造は、プラグインセンサにおける圧力低下に関連して最適化される必要がある。

発明の開示
そこで本発明によれば、公知の構造における上記のような欠点を完全に又は部分的に避けることができる、主流通方向で流通する流動媒体の少なくとも１つのパラメータを決定するためのプラグインセンサが提案されている。流動媒体は、液体又は気体であって、少なくとも１つのパラメータは、例えば圧力、温度、速度、エアマス流量等である。

本発明の基本的な考え方は、プラグインセンサをコンパクトに、かつユニバーサル（万能）に使用できるように構成し、それによって、流管の高価な構造を避ける、という点にある。本発明によるコンパクトな構造によれば、流管内にその他の補助手段を設ける必要なしに、僅かな圧力低下及び良好な信号再現性を得ることができ、しかも、プラグインセンサの周囲を巡る、流通する流動媒体の種々異なる流入抵抗及び妨害に対して強い所定の外側流を得ることができる。このために、本発明によれば、飛行機構造（流体力学、空気力学）の知識が用いられている。

本発明によるプラグインセンサは、プラグイン部分を有しており、該プラグイン部分は、主流通方向に対して所定の方向に整列させて、特に流管内を流通する流動媒体内に挿入される。該プラグイン部分内に、少なくとも１つの入口開口及び少なくとも１つの出口開口を備えた少なくとも１つの流通通路が設けられており、前記少なくとも１つの流通通路内に、少なくとも１つのパラメータを決定するための少なくともセンサが受容されている。このセンサは、前述にように、有利には、ホットフィルムエアマスセンサである。前記プラグイン部分は、前記ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００４０２２２７１号明細書におけるのと同様に、丸味を付けられた流入側を有しており、該丸味を付けられた流入側は、プラグイン部分に組み込まれているので、流管の付加的な構造部は必要ない。丸味を付けられた流入側は、主流通方向と対向する方向に向けられている。少なくとも１つの流通通路の少なくとも１つの入口開口は、前記丸味を付けられた流入側の領域内で主流通方向と対向して配置されている。

本発明によるプラグインセンサは特に、前記プラグイン部分が少なくとも部分的に翼面プロフィールを有しており、該翼面プロフィールは、流通する流動媒体内に前記プラグイン部分が挿入された時に、流動媒体の左右非対称の流れ形状が得られるように構成されている。この場合、例えば飛行機構造において公知であるような、基本的に種々異なる構成の翼面プロフィールを使用することができる。本発明による構造の利点は特に、左右非対称性の効果によって、プラグイン部分の一方側において他方側よりも高い流過速度が得られ、プラグイン部分の他方側において一方側よりも低い流過速度が得られる、という点にある。このような形式で、プラグインセンサの運転のために特に良好な領域内で、流通する流動媒体の流過速度が高められる。従って、例えば本発明の有利な実施例によれば、少なくとも１つの出口開口（つまり少なくとも１つの出口開口の１つ又はすべての出口開口）が、少なくとも１つの翼面プロフィールの側面に配置されている。有利には、翼面プロフィールは、少なくとも１つの出口開口を備えた出口側を有していて、この出口側とは反対側に出口開口は設けられていない。この場合、翼面プロフィールは有利には、流通する流動媒体内に挿入されたプラグイン部分において、出口側における流動媒体の流過速度が出口側とは反対側におけるよりも高い、流動媒体の流れ形状が得られるように、構成されている。少なくとも１つの出口開口の領域内の流過速度を高めることによって、流体力学的な吸込み効果に基づいて、少なくとも１つの流通通路を通る流量が高められ、それによってプラグインセンサの機能性が改善される。

少なくとも１つの流通通路は、例えば、ドイツ連邦共和国特許公開第１０２２０４０２２２７１号明細書に記載されているように（前記従来技術の説明参照）、構成されていてよい。従って、少なくとも１つの流通通路は、少なくとも１つの主通路と少なくとも１つのバイパス通路とを有しており、前記少なくとも１つの主通路が少なくとも１つの主流出を有していて、前記少なくとも１つのバイパス通路が少なくとも１つのバイパス出口を有している。有利な形式で、前記少なくとも１つのバイパス出口は、前記少なくとも１つの翼面プロフィールの側面に配置されている。選択的に又は付加的に、前記少なくとも１つの主流出口は、少なくとも１つの翼面プロフィールの側面に配置されている。

翼面プロフィールは、前述のように種々異なる形式で構成することができる。翼面プロフィールが、プラグインセンサが流動媒体内に挿入され時に、流れに対して下流側に、主流方向に対してほぼ直交するほぼ垂直に位置する、ほぼ真っ直ぐな尾部を有している。このような構成は、前記ドイツ連邦共和国特許公開第１０２２０４０２２２７１号明細書に記載された構成と類似しているが、この場合、垂直に位置する尾部によって、プラグイン部分の下流側に剥離領域を容易に形成することができる。

翼面プロフィールを巡る流れ形状の左右非対称性は、種々異なる形式で実現することができる。有利な可能性は、プラグイン部分を主流方向に対して迎え角を成して流動媒体の流れ内に挿入する、という点にある。この場合、迎え角とは飛行機構造において一般的であるように、翼面のプロフィール中心線と主流方向との間の角度のことである。有利な形式で、この迎え角は０゜〜７゜の間、特に有利には２゜〜５゜の間であって、この場合、４゜の角度が特に良好であることが分かった。最適な迎え角は、翼面プロフィールの使用された形状付与若しくは断面形状に基づいている。

翼面プロフィールを巡る流れ形状の左右非対称性を得るための、その他の選択的又は付加的な可能性は、翼面プロフィールのプロフィール湾曲部を設けることである。この場合、プロフィール湾曲部とは、翼面構造において一般的であるように、翼面の骨組みラインの湾曲のことである。この場合、骨組みラインは、翼面プロフィールに描かれたすべての最大円を結ぶ線である。プロフィール湾曲部は、一般的な形式でパーセントによって示されており、この場合、プロフィール湾曲部のパーセント（割合）は、いわゆるプロフィール深さ、つまりプロフィール中心線の長さに関連している。本発明によれば、プラグインセンサの最適な運転のためのプロフィール湾曲部は、０％〜１０％の間、有利には２％〜７％の間、特に有利には約５％である。

本発明のその他の基本的な考え方は、翼面プロフィール技術より公知の、翼面プロフィールの流動媒体の流れ剥離を考慮しながら、特別な左右非対称の流れ形状を形成することである。従って、一般的なプラグインセンサの運転中、特に繰り返し負荷時に（しかしながら定常運転においても）、流れに振動が発生し、特にプラグインセンサの表面から流れの境界層が剥離する。この振動によって、プラグインセンサの信号品質に悪影響を及ぼす圧力変動が生じる。

本発明の着想は、少なくとも１つの流通通路を通る流量を増やすために、左右非対称の流れ形状を利用するのに対して選択的に又は付加的に、翼面プロフィールの一方側（有利には正確に一方側）に剥離部材を設け、この剥離部材が非対称性の流れを生ぜしめる共に、プラグイン部分からの流れの剥離を安定化させるためにも役立つようにするということである。このような安定化は、大きい変動又は振動を生ぜしめることなしに、剥離が常に翼面プロフィール上の所定の剥離領域内で行われるような形式で得られる。このために、少なくとも１つの剥離部材が、流通する流動媒体内にプラグイン部分が挿入された時に、翼面プロフィールの、このプラグイン部分が挿入された側で少なくとも局所的に最小圧力を生ぜしめるように、構成されている。この確定された最小圧力及び、それに続く圧力上昇が顕著になればなるほど、この剥離領域におけるプラグイン部分からの流動媒体の剥離がより安定化する。

翼面構造によれば、流れにおいて局所的な最小圧力（つまり局所的な最大速度）を形成するために、このような形式の剥離部材の種々異なる実施例が公知である。有利な可能性は、翼面プロフィールの一方側に折れ曲がりプロフィールを設けることにある。この折れ曲がりの領域内で、翼面プロフィールは不連続的な傾斜面を有しており、この不連続的な傾斜面において、翼面プロフィールの傾斜面が不連続的に変化している。この場合、翼面プロフィールの「傾斜面」とは、種々異なる迎え角における主流通方向に対する傾斜面のことである。折れ曲がりプロフィールは、例えば翼面プロフィールが流入側の折れ曲がりプロフィールの前で正の傾斜（上昇傾斜）を有して湾曲して延在していて、翼面プロフィールの流出側の折れ曲がりプロフィールの後で負の傾斜（下降傾斜）を有して、有利には真っ直ぐに、有利には翼面プロフィールのプロフィール中心線に対して５゜〜８０゜の角度、特に有利には２０゜〜７０゜の角度を成して延在している。言い換えれば、折れ曲がりプロフィールの有利な構成は、プラグイン部分の下流側が傾斜しており、この場合、プロフィール中心線に向かって傾斜している。この折れ曲がりプロフィールは、この折れ曲がりプロフィールの箇所において最小圧力が生じ、かつ翼面プロフィールから流れの境界層が剥離する確実な剥離部材であることが証明された。これによって、剥離領域の変動は確実に避けられ、これによって信号品質は繰り返し負荷時においても著しく改善された。翼面プロフィールの抵抗は全体的に小さく、プラグイン部分における圧力低下は小さい。このような構造によって、今日一般的に使用されている、流管内の流れを安定化させるための安定化グリッド（Beruhigungsgitter）を省くことができる。

剥離部材を構成するための、その他の選択的又は付加的な可能性は、段部プロフィールを設けることである。この場合、段部プロフィールとは、翼面プロフィールに形成された段部のことである。つまり、まず「一方方向に屈曲し」、次いで「他方方向に屈曲」させることである。有利には、特に簡単な構造に基づいて、この段部プロフィールは方形に形成されている。その他の段部プロフィール、例えばこの領域において流れの境界層を確実に剥離させるために、尖って出っ張った段部を有する段部プロフィールも考えられる。

少なくとも１つの剥離部材を構成する、第３の選択的又は付加的な可能性は、いわゆる「隆起プロフィール」を設けることである。この場合、「隆起プロフィール」とは、流動媒体の流入側から流出側に向かって、翼面プロフィールが、正の傾斜（上昇傾斜）から負の傾斜（下降傾斜）に変化する、ということである。この場合、有利には、負の傾斜領域内の湾曲は、正の傾斜領域内の湾曲よりも大きい。またこの場合、「傾斜」とは、翼面プロフィールの第１の変向のことであり、また「湾曲」とは第２の変向のことである。さらに、選択的に又は付加的に、剥離部材が有利な剥離領域内で翼面プロフィールの延在面において転換点を有しているプロフィールを設けてもよい。

以上述べた２つの効果、つまり左右非対称の流れ形状によって及び剥離領域を固定することによって、少なくとも１つの流通通路を通る流体の流量を補助することによって、有利な形式で、少なくとも１つの出口開口を少なくとも１つの局所的な最小圧力の領域内に配置することができる。特に、バイパス出口が全体的に又は部分的に、少なくとも１つの剥離部材の領域内、及び／又は少なくとも１つの剥離部材の流出側の領域内に配置されている。選択的に又は付加的に、少なくとも１つの主流出口を、このような形式で配置しても、有利である。少なくとも１つの出口開口をこのように特別に構成することによって、上記本発明の２つの効果を特に有利な形式で組み合わせることができる。そうでなければ、少なくとも１つの出口開口から空気を排出させることによって、プラグインセンサのその他のほぼすべての箇所において、流動媒体の流れ内に妨害が生じることになる。このような妨害は、流れの剥離領域内で最小であり、このことは、このような配置構成の有利な副次的効果である。

本発明の実施例を以下に図面を用いて詳しく説明する。

内燃機関のインテークマニホールド内に挿入されたホットフィルムエアマスセンサの斜視図である。 図１Ａに示したホットフィルムエアマスセンサを開放した状態で示す部分的な平面図である。 翼面プロフィールの原理を示す概略図である。 傾斜面を備えた本発明の第１実施例によるプラグインセンサの翼面プロフィールの概略図である。 傾斜面及び段部を備えた本発明の第２実施例によるプラグインセンサの概略図である。 本発明の第３実施例によるプラグインセンサの圧力プロフィールを示す線図である。 本発明の第４実施例によるプラグインセンサの圧力プロフィールを示す線図である。 本発明の第５実施例によるプラグインセンサの圧力プロフィールを示す線図である。 剥離部材の領域において２つの出口開口を備えたプラグインセンサの側面図である。 剥離部材の領域内に１つの出口開口だけが配置されているプラグインセンサの変化実施例を示す斜視図である。

図１Ａには、ホットフィルムエアマスセンサ１１２として構成された、従来技術に相当するプラグインセンサ１１０の実施例が示されている。ホットフィルムエアマスセンサ１１２は、内燃機関（図１Ａには図示されていない）のインテークマニホールド１１４内に挿入されている。このような形式のホットフィルムエアマスセンサ１１２は市販されている。ホットフィルムエアマスセンサ１１２は、吸込み流の流れ方向を検知するために構成されていて、ガソリン燃料噴射装置又はディーゼル燃料噴射装置を備えた内燃機関における負荷検出を行うように設計されている。ホットフィルムエアマスセンサ１１２は、一般的に、エアフィルタと絞り装置との間に組み込まれ、一般的に予め組み立てられた構造群として行われる。従って、プラグインセンサ１１０はプラグイン部分１１６を有しており、このプラグイン部分１１６は、図１Ｂでは開放された状態の側面図が示されていて、図１Ａではインテークマニホールド１１４内に突入している。図１Ｂには示されているように、このホットフィルムエアマスセンサ１１２の実施例では、ホットフィルムエアマスセンサ１１２の測定ケーシング１１８が、流通領域１２０と電子回路領域１２２とに分割されている。流通領域１２０内に流通通路１２４が収容されており、該流通通路１２４は、従来技術に相当する実施例（例えばドイツ連邦共和国特許公開第１０２００４０２２２７１号明細書）と同様に構成されている。プラグインセンサ１１０は、主流通方向１２６で空気の流れに曝される。空気は、入口開口１２８を通って流通通路１２４内に流入する。流通通路１２４は主通路１３０を有しており、該主通路１３０は、主流通方向１２６に沿って入口開口１２８から主流出口１３２までほぼ真っ直ぐに配置されている。この場合、主流出口１３２は、側方でプラグイン部分１１６の壁部に位置している。

分岐路１３４において主通路１３０からバイパス通路１３６が分岐しており、このバイパス通路１３６は、主流出口１３２を巡るほぼ湾曲した形状で、プラグイン部分１１６の下側に位置するバイパス出口３８まで延在している。真っ直ぐな区分１４０内において、電子回路領域１２２からチップ支持体１４２が、このチップ支持体１４２内に嵌め込まれたセンサチップ１４４と共に、バイパス通路１３６内に突き出している。チップ支持体１４２は、一般的な形式で電子回路領域１２２内に収容された、図１Ｂには示されていない電子回路基板に固定（例えば射出成形によって）されており、この場合、電子回路基板は、ホットフィルムエアマスセンサ１１２の評価回路及び制御回路を有している。

汚れ、例えば液体状の汚れ（例えば水、オイル）又は固体の汚れをセンサチップ１４４から遠ざけておくために、バイパス通路１３６の分岐部１３４に角の尖った突起１４６が設けられている。この突起によって、主流が、バイパス通路１３６を通って流れる空気の部分流から、次のようにして分離される。つまり、水滴及びその他の汚れが、主通路１３０を通ってさらに流れて、センサチップ１４４に達することがないように、分離される。

従来技術によるホットフィルムエアマスセンサ１１２の問題点は、プラグイン部分１１６が、図１Ｂの図平面に対して垂直な断面で見てほぼほぼ方形の横断面を有している、という点にある。従って、プラグイン部分１１６は、主流通方向１２６に対してほぼ垂直に構成された面を備えた、空気の流れに曝される流入側１４８を有している。本発明の基本的な考え方は、空気の流れに曝される流入側１４８を丸味の付けられた流入側として構成し、この場合、丸味部は、プラグイン部分１１６及びひいてはプラグインセンサ１１０にも予め組み込まれている。全体的に、プラグイン部分１１６は、図１Ｂの図平面に対して垂直な断面で見て、少なくとも入口開口１２８の領域内に翼面プロフィール２１０を有しており、この翼面プロフィール１２０の１例は図２に示されている。

図２の原理図を用いて、翼面プロフィール２１０の基本的な概念について説明する。

翼面プロフィール２１０は、本発明に従って丸味の付けられた流入側１４８を有しており、該流入側１４８は、プラグイン部分１１６が内燃機関のインテークマニホールド１１４内に組み込まれている場合、ほぼ主流通方向１２６とは逆向きに方向付けられている。この場合、流入側１４８は、翼面においてしばしばよどみ点（Staupunkt）と称呼される。

翼面プロフィール２１０を巡る空気の流れは、図２に流線形２１２によって概略的に示されている。この場合、この場合、本発明によれば、翼面プロフィール２１０の周囲の流れは、２つの理由により左右非対称である。第１の理由は、プロフィール中心線２１４が、流入側１４８の頂点と、翼面プロフィールの仮想の後縁部２１６との想定線上で、主流通方向１２６に対して角度αだけ傾いているからである。これによって、流過速度は翼面プロフィール２１９の上側で高くなり、翼面プロフィール２１０の下側で低くなる。従って、翼面プロフィール２１０の下側の圧力は高くなり、翼面プロフィール２１０の上側の圧力は低くなる。これによって翼面の揚力が得られる。

図２の実施例による翼面プロフィール２１０の特徴は、翼面プロフィール２１０が「切り取られた」尾部２１８を有している、という点にある。このことはつまり、尾部がプロフィール中心線２１４に対してほぼ垂直に位置しているか、若しくは小さい迎え角αにおいて主流通方向１２６に対して垂直に位置している、ということである。図２に示したプロフィール中心線２１４の定義の代わりに、プロフィール中心線２１４が流入側１４８の頂点から尾部２１８の中心点まで延在するように定義してもよい。

上記のような主流通方向１２６に対して相対的な迎え角αによる流れの左右非対称性と共に、図２に示した翼面プロフィール２１０の実施例では、この翼面プロフィール２１０がプロフィール湾曲部を有していることによる別の左右非対称性が形成されている。従って図２には、翼面プロフィール２１０内に２つの内側円２２２が描かれることによって幾何学的に得られる、いわゆる骨組みライン２２０が示されている。プロフィール湾曲部は、翼面プロフィール２１０の完全に左右対称的な翼面プロフィール２１０においてプロフィール中心線２１４に合致する骨組みライン２２０が、このプロフィール中心線２１４からずれていることを意味する。プロフィール中心線２１４からの骨組みライン２２０の最大偏差ｆがプロフィール湾曲部として示される。この最大偏差ｆは、翼面プロフィール２１０の全長Ｌに関係していて、パーセントで表される。この場合、全長Ｌは図２に示されているように、流入側１４８の頂点から仮想の後縁部２１６までの長さであるか、又は（有利なプロフィール湾曲部の上記数値と同様に）流入側１４８の頂点と尾部２１８との間で測定される長さＬ′に関係している。これによって、プロフィール湾曲部として比ｆ／Ｌ′が得られる。このプロフィール湾曲によって、翼面プロフィール２１０の上側の流線２１２の圧縮性をより高め、ひいてはこの領域内で速度を高める前記効果をより高める付加的な左右非対称性が得られる。

図２における流線２１２の形状は理想的な形で示されており、通常の翼面プロフィール２１０においてはこのような形状は得られない。実際には、翼面プロフィール２１０の上側及び部分的に下側におけるそれぞれ単数又は複数の分離点に流れの剥離が発生する。
この場合、翼面プロフィール２１０を包囲していた単数又は複数の境界層が、翼面プロフィール２１０から剥離して、単数又は複数の剥離ゾーンを形成する。この剥離点２２４と剥離された境界層２２６とが、図２に概略的に示されており、この場合同様に、空気流に曝された翼面プロフィール２１０において上側の剥離点２２４が、下側の剥離点２２４よりも流入側に近い方に位置していることが示されている。点ではなく、図平面に対して垂直な線を示す、規定された剥離点２２４の代わりに、剥離点２２４は、有限な長さを有する領域又はゾーンであってもよい。

冒頭に述べた問題点は、剥離点２２４（この箇所で剥離される境界層２２６が形成される）が多くの場合、不安定であって変動することがある、という点である。しかしながら、主流出口１３２の位置及びバイパス出口１３８の位置に対して相対的な、剥離された境界層２２６の位置は、流通通路１２４内に流過特性に、及びひいてはホットフィルムエアマスセンサ１１２の信号特性に敏感に影響を及ぼす。従って、本発明の別の考え方によれば、少なくとも１つの剥離部材３１０が設けられており、この剥離部材３１０は、翼面プロフィール２１０の少なくとも１つの側、有利には上側（つまり流過速度が高い方の側）における剥離点２２４の位置を安定化させ、有利には固定するようになっている。図３、図４及び図５Ａ〜図５Ｃには、このような形式の剥離部材３１０の種々異なる実施例が示されている。

翼面プロフィール２１０の、図３に示した実施例では折れ曲がりプロフィール３１２が設けられている。図３で分かるように、この折れ曲がりプロフィール３１２は、翼面プロフィール２１０の上側で、流入側１４８と尾部２１８との間のほぼ中央に配置されているか、若しくはこの中央のやや後ろに配置されている。この場合、翼面プロフィール２１０は、折れ曲がりプロフィール３１２の前つまり流入側が湾曲されていて、この湾曲された領域３１４内で正の傾斜面（つまり上昇傾斜面）を有している。折れ曲がりプロフィール３１２の後ろ、つまり折れ曲がりプロフィール３１２の下流側で、翼面プロフィール２１０は平坦領域３１６で平坦にされていて、この箇所で負の傾斜面（つまり下降傾斜面）を
有していて、プロフィール中央線２１４まで平らに延在している。次いで再び切り取られ
た形状の尾部２１８が設けられている。

このような剥離部材３１０を備えた翼面プロフィール２１０の形状によって、上側の剥離点２２４がほぼ剥離部材３１０内に固定されるようになる。翼面プロフィール２１０の下側において、剥離点２２４が垂直な尾部２１８への角縁部に形成されている。剥離された境界層が図３に再び符号２２６で概略的に示されている。翼面プロフィール２１０の前部の回りを巡って、流れが両側で剥離点２２４まで一様に加速され、これによって非常に安定した流れのトポロジー（Topologie；位相幾何学）が得られる。これによって発生した、剥離された境界層２２６の長さは短く、定常的であって、ひいては測定の再現性が損なわれることはまったくないか、又は僅かに損なわれるだけである。翼面プロフィール２１０が、両側に面した左右対称の加速された流れを有していれば、プラグイン部分１１６の厚さが全体的に著しく大きくなり、それによって必要な材料量が増大し、プラグインインセンサ１１０における圧力低下が大きくなる。

図４には、１つの剥離部材３１０を備えた翼面プロフィール２１０の、図３に対する変化実施例が示されている。図３に示した実施例とは異なり、折れ曲がりプロフィール３２１が設けられているのではなく、段部プロフィール４１０が設けられており、この段部プロフィール４１０の下流側に続いて、図３と同様の平坦領域３１６が設けられている。この場合、段部プロフィール４１０は長方形の段部として構成されていて、プロフィール中心線２１４に対して垂直な第１の段面４１２と、プロフィール中心線２１４に対して平行な第２の段面４１４とを有している。この場合、段の高さｈは、有利な形式で少なくとも０．５ｍｍであるが、段の高さｈは別の寸法であってもよい。特に段の高さｈは、翼面プロフィール２１０の全プロフィール厚さの１％と２０％との間の範囲であれば有利である。第２の段面４１４の長さは１．０ｍｍ〜７．０ｍｍの間であって、この場合、第２の段面４１４の全長は、有利にはプロフィール深さの１％〜２０％の間のである。流れは、この段部において、鋭い折れ曲がり部に追従せず、翼面プロフィール２１０の表面から剥離する。これによって、剥離された境界層２２６は、流入比が変化しても、常に同じ大きさ及び形状を維持し、安定した状態を保つ。安定した流れのトポロジーによって、ホットフィルムエアマスセンサ１１２の信号に影響を及ぼす流れの反作用が減少され、測定信号の良好な再現性が得られる。

段部プロフィール４１０の別の構成も考えられる。従って例えば第１の段面４１２が、プロフィール中心線２１４に対して、９０゜からそれた角度をなして配置されていて、段部が上側で尖った縁部を（鋭角）を備えた、下流側に向かってやや傾けられたオーバーハング（出っ張り）を有していてもよい。これによって、剥離点２２４の固定がさらに改良される。

図５Ａ乃至図５Ｃには、翼面プロフィール２１０の別の実施例の概略図が示されており、この場合、翼面プロフィール２１０は同様に剥離部材３１０を有している。図３及び図４に示した実施例とは異なり、剥離部材３１０は、傾斜部（折れ曲がり部）において不連続的な尖った縁部を有しているのではなく、剥離部材３１０は、翼面プロフィール２１０の連続的な傾斜面を有している。この場合、図５Ａ及び図５Ｃは、付加的な転換点５１２を備えた隆起プロフィール５１０の実施例を示しており、これに対して図５Ｂは、転換点のない隆起プロフィール５１０の実施例を示している。図５Ａ及び図５Ｃに示した隆起プロフィール５１０においては、それぞれ１つの最大部５１４が示されており、この最大部５１４において、翼面プロフィール２１０の傾斜が、正の傾斜（上昇傾斜面）から負の傾斜（下降傾斜面）にスムーズに移行している（上流側から下流側）。

連続的な傾斜面を有する剥離部材３１０は、折れ曲がり部と比較して、流動媒体の流れの妨害が少ない、という利点を有している。これによって、翼面プロフィール２１０における全圧力低下が減少される。しかも連続的な傾斜面を有する剥離部材３１０によれば、特に低い流過速度において、剥離された流れが再び翼面にぶつかる危険性は低い。

図５Ａ〜図５Ｃによれば、翼面プロフィール２１０に亘って、翼面プロフィール２１０の下側に１つの圧力プロフィール５１６、翼面プロフィール２１０の上側に１つの圧力プロフィール５１８がそれぞれ設けられており、これらの圧力プロフィール５１６及び５１８は、コンピュータシミュレーションによって算出されている。この場合、前記いわゆる圧力係数Ｃｐ、つまり圧力と背圧との間の無次元の比が、プロフィール中心線２１４（図示していない）に沿った位置の関数として示されている。この場合、圧力係数Ｃｐの軸線は反転されており、上方に向かって負の値が示されている。

上記圧力係数から分かるように、翼面プロフィール２１０の下側の圧力プロフィール５１６は、それぞれ一様な形状を有しており、これに対して翼面プロフィール２１０の上側の圧力プロフィール５１８は異形部５２０を有している。この異形部５２０は圧力の最小値５２２として形成されている。相応の、異形部５２０のこの領域に、空気の流過速度の最大値が形成されている。線図によれば、剥離部材３１０を備えた翼面プロフィール２１０の前記輪郭形状によって空間的に翼面プロフィール２１０に設けられた異形部５２０は、翼面プロフィール２１０の上側に剥離点２２４を固定するために適しているので、流れの剥離は限定され、運転中に大きな変動なしに実施される。

図５Ａ〜図５Ｃに示した翼面プロフィール２１０の実施例のその他の肯定的な副次的作用は、下側の圧力プロフィール５１６で示されているように、翼面プロフィールのこの下側において上側におけるよりも強い流れの加速が発生する、という点にある。これによって、この領域内で剥離する、流れのすべての傾向は確実に阻止される。

図６Ａ及び図６Ｂには、ホットフィルムエアマスセンサ１１２のプラグイン部分１１６の２つの異なる実施例の概略図が示されている。この実施例では、出口開口６１０が翼面プロフィール２１０に沿って異なる位置に配置されている。この場合、図６Ｂに破線で示されているように、翼面プロフィール２１０は、図４に示した実施例による翼面プロフィールに相当する。つまり、段部プロフィール４１０を備えた剥離部材３１０が設けられている。しかしながら選択的に、剥離部材３１０は任意の別の構造、例えば図３又は図５Ａ〜図５Ｃに示したような構造であってもよい。

プラグイン部分１１６の流入側１４８は、前記実施例と同様に丸味を付けられており、この実施例では、流入側１４８に複数のスリット６１２が形成されている。これらのスリットは、境界層の乱流安定化のために設けられており、ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００４０２２２７１号明細書に記載されている。

この場合、図６Ａ及び図６Ｂに示した２つの実施例は、出口開口６１０の位置が異なっている。２つの実施例において、１つの流通通路１２４がプラグイン部分１１６の内部に配置されており、この流通通路１２４は、図６Ａでは破線で示されていて、図６Ｂでは示されていない。この場合、流通通路１２４は、主通路１３０とバイパス通路１３６とを備えて構成されていて、センサチップ１４４（図６Ａには図示されていない）のバイパス通路１３６内に配置されている。従って、この配置は、図１Ｂに示した従来技術に相当する実施例にその構造及び機能がほぼ相当している。

しかしながら、図１Ｂに示した実施例に対して、図６Ａに示した本発明の実施例においては、プラグイン部分１１６の側壁に２つの出口開口６１０が設けられている点で異なっている。特に図１Ｂの実施例ではバイパス出口１３８はプラグイン部分１１６の下側に配置されている。２つの出口開口６１０が設けられている側壁は、図６Ａでは符号６１４によって示されている。この場合、バイパス出口１３８は、段部プロフィール４１０として構成された剥離部材３１０上に位置するように、配置されていることが分かる。このような図６Ｂに示した実施例の構成は、図１Ｂに示した従来技術のものに対して、バイパス出口１３８が最大圧力若しくは最大速度の範囲内に配置されている、という利点を有している。それに応じて、吸込み効果が増大され、バイパス通路１３６を通るエアマス流量が増大される。これによって、ホットフィルムエアマスセンサ１１２の信号ストロークが著しく増大され、信号雑音比が著しく改善される。

図６Ａと図６Ｂとを比較して分かるように、ホットフィルムエアマスセンサ１３２は尾部２１８の領域内に配置されている（図６Ｂ）か、又はこのホットフィルムエアマスセンサ１３２は剥離部材３１０の領域内に配置されていてもよい（図６Ａ）。ホットフィルムエアマスセンサ１３２を剥離部材３１０の領域内に配置した構成は、バイパス出口１３８における利点と同じ利点を提供する。つまり、最大速度の範囲内に配置することによって、ホットフィルムエアマスセンサ１１２を通る最適なエアマス流量が得られる。これによって、上記のように信号品質も改善される。

Claims (11)

1. 主流通方向（１２６）で流通する流動媒体の少なくとも１つのパラメータ、殊に流管を通って流れる、内燃機関のエアマスを決定するためのプラグインセンサ（１１０）であって、主流通方向（１２６）に対して所定の方向に整列させて、流通する流動媒体内に挿入されるプラグイン部分（１１６）を有しており、該プラグイン部分（１１６）内に、少なくとも１つの入口開口（１２８）及び少なくとも１つの出口開口（６１０）を備えた少なくとも１つの流通通路（１２４）が設けられており、前記少なくとも１つの流通通路（１２４）内に、少なくとも１つのパラメータを決定するための少なくともセンサ（１４４）が収容されており、前記プラグイン部分（１１６）が丸味を付けられた流入側（１４８）を有しており、該丸味を付けられた流入側（１４８）が、流動媒体の流れに曝されるように、流動媒体の前記主流通方向（１２６）と対向して配置されており、前記少なくとも１つの流通通路（１２４）が前記丸味を付けられた流入側（１４８）の領域内に少なくとも１つの入口開口（１２８）を有している形式のものにおいて、
   前記プラグイン部分（１１６）が少なくとも部分的に翼面プロフィール（２１０）を有しており、該翼面プロフィール（２１０）は、流通する流動媒体内に前記プラグイン部分（１１６）が挿入された時に、流動媒体の左右非対称の流れ形状が得られるように構成されており、前記翼面プロフィール（２１０）が、流通する流動媒体内にプラグイン部分（１１６）が挿入された時に、２°〜５°の間である、主流通方向（１２６）に対する迎え角（α）を有していることを特徴とする、流体動力学的に改良されたプラグインセンサ。
2. 少なくとも１つの前記翼面プロフィール（２１０）の側面に少なくとも１つの出口開口（６１０）が配置されている、請求項１記載のプラグインセンサ（１１０）。
3. 少なくとも１つの前記流通通路（１２４）が、少なくとも１つの主通路（１３０）と少なくとも１つのバイパス通路（１３６）とを有しており、前記少なくとも１つの主通路（１３０）が少なくとも１つの主流出口（１３２）を有していて、前記少なくとも１つのバイパス通路（１３６）が少なくとも１つのバイパス出口（１３８）を有しており、前記少なくとも１つの主流出口（１３２）及び／又は前記少なくとも１つのバイパス出口（１３８）が、前記少なくとも１つの翼面プロフィール（２１０）の側面に配置されている、請求項１又は２記載のプラグインセンサ（１１０）。
4. 前記翼面プロフィール（２１０）が、少なくとも１つの出口開口（６１０）を備えた出口側と、この出口側に対向する、出口開口（６１０）を備えていない対向側（６１６）とを有しており、前記翼面プロフィール（２１０）は、流通する流動媒体内にプラグイン部分（１１６）が挿入された時に、流通する流動媒体の速度が、前記対向側（６１６）におけるよりも前記出口側（６１４）において高くなるような流れ形状が得られるように、構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のプラグインセンサ（１１０）。
5. 前記翼面プロフィール（２１０）が、流動媒体内にプラグインセンサ（１１０）が挿入された時に、流れに対して下流側に、前記主流通方向（１２６）に対してほぼ垂直に位置するほぼ真っ直ぐな尾部（２１８）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のプラグインセンサ（１１０）。
6. 前記翼面プロフィール（２１０）が、２％〜７％の間のプロフィール湾曲部を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のプラグインセンサ（１１０）。
7. 前記翼面プロフィール（２１０）は、流通する流動媒体内にプラグイン部分（１１６）が挿入された時に、流動媒体の流路内の翼面プロフィール（２１０）の少なくとも一方側の少なくとも１つの剥離ゾーン（２２４）内に少なくとも局所的に最小圧力が発生するように、構成されており、この場合、前記少なくとも１つの出口開口（６１０）が全体的に又は部分的に前記剥離ゾーン（２２４）内に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のプラグインセンサ。
8. 翼面プロフィール（２１０）が、少なくとも一方側、有利には少なくとも１つの出口開口（６１０）が配置されている側にだけ、少なくとも１つの剥離部材（３１０）を有しており、該少なくとも１つの剥離部材（３１０）が、流通する流動媒体内に挿入されたプラグイン部分（１１６）において少なくとも局所的に最小圧力を生ぜしめるように構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のプラグインセンサ。
9. 前記少なくとも１つの剥離部材（３１０）が、
   翼面プロフィール（２１０）の傾斜面が不連続的に変化している、不連続的な傾斜面を有する折れ曲がりプロフィール（３１２）と、
   翼面プロフィール（２１０）の少なくとも１つの有利には方形の段部、有利には０．５ｍｍ以上の高さを有する段部を備えた段部プロフィール（４１０）と、
   翼面プロフィール（２１０）の傾斜が流動媒体内の流入側（１４８）から流動媒体の流出側に向かって正の傾斜から負の傾斜へ滑らかに移行し、負の傾斜の領域内の湾曲が有利には正の傾斜の領域内の湾曲よりも大きい隆起プロフィール（５１０）と、
   翼面プロフィール（２１０）の延在面において少なくとも１つの転換点を有する転換プロフィールと、
   のうちの少なくとも１つを有している、請求項８記載のプラグインセンサ（１１０）。
10. 折れ曲がりプロフィール（３１２）が設けられており、翼面プロフィール（２１０）が流入側の前記折れ曲がりプロフィール（３１２）の前で、正の傾斜を有して湾曲して延在しており、翼面プロフィール（２１０）が流出側の前記折れ曲がりプロフィール（３１２）の後ろで、負の傾斜を有して、有利には真っ直ぐに延在していて、有利には翼面プロフィール（２１０）のプロフィール中心線に対して５°〜８０°の間の角度、特に有利には２０°〜７０°の間の角度を成して延在している、請求項９記載のプラグインセンサ。
11. 少なくとも１つの出口開口（６１０）が全体的に又は部分的に、少なくとも１つの剥離部材（３１０）及び／又は少なくとも１つの剥離部材（３１０）の流出側の領域内に配置されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載のプラグインセンサ。

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