JP5209837B2 - 流れ媒体の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置 - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、流れ媒体の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置から出発する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７３５８９１号明細書に基づき、流入媒体が周りを流れる測定エレメントが収納された測定通路を備えた装置が既に公知である。前記測定通路は予め規定された角度で管路長手方向軸線に対して傾斜されているので、流入通路は主要流れ方向から陰になった領域を有している。測定エレメントの汚染及び故障の発生を防止するために、測定エレメントは測定通路の陰になった領域に配置されている。

例えば雨で濡れた路面又は粒子が入り込むことによって吸込み管路に水が入ると、場合によっては測定エレメントが汚染される恐れがある。センサ部分のダイヤフラムに塩皮穀が形成されると、前記飛沫に含まれる溶融塩の実際の量が測定エレメントの特性線の変向を生ぜしめる。粒子は測定エレメントを損傷又は破壊する恐れがある。測定体の傾斜により陰になる領域が形成されるが、それにもかかわらず液体又は粒子は測定通路に流入する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７３８３３７号明細書若しくは米国特許第５８９２１４６号明細書に基づき公知のホットワイヤエアマスセンサは、測定エレメントの上流側に管路の壁と一体に形成された隆起部を有している。この隆起部は測定通路内に形成されていないので、液体又は粒子の変向のためには役立たない。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８１５６５４号明細書に基づき公知の測定装置では、測定エレメントを粒子から隔絶する隆起部が測定通路に設けられている。但し、この隆起部は液体又は粒子の変向には役立たないので、液体又は粒子が更に通路に流入する恐れがある。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７３５６６４号明細書若しくは英国特許第２３２８５１４号明細書に基づき既に公知の装置では、測定エレメントは媒体が通流する管体の内部に配置されており、この管体の上流側の端部はフィルタ室まで延びており且つそこで外周面に入口開口を有しており、これにより、汚染粒子又は水滴による測定エレメントの負荷が減少される。特に、内燃機関の吸気中の空気が著しく汚れている場合や水分量が多い場合は、エアフィルタが水分をいっぱいに吸い込み、この水分がフィルタマットを通流し、その際に汚染粒子を連行するという危険が発生する。その結果、エアフィルタの下流側、即ち本来は清浄な側で、吸込み空気が再びフィルタ表面から汚染粒子と水滴とを一緒に剥離するという危険が発生する。この場合、これらの汚染粒子と水滴とは測定エレメントに不都合に付着して、測定エラー又は測定エレメントの故障を生ぜしめる。従来技術による管体は、外周面に入口開口を配置することによって測定エレメントにおける堆積の危険を減少しているが、管体の相応に長い構成に基づき、測定感度を低下させる不都合な圧力低下が生ぜしめられる。更に、液体／固体粒子による測定エレメントの負荷の減少は、約２０Ｌ／ｈの極めて多量の液体が流入した場合はほとんど保証され得ない。

当該装置の運転中は、主要流れ方向に逆らって空気中を例えばオイル滴又はオイル蒸気が一緒に流れて測定エレメントを汚染するということが起こり得る。このことは、測定特性を著しく悪化させる。液体の戻し流に関する理由は、例えば脈動流又は停止段階におけるターボチャージャの惰性運転である。特にワイドメッシュ式で構成された防護グリッドの内面では、液体用の凝縮面としては十分でない。

発明の利点
これに対して請求項１の特徴部に記載の構成を有する本発明による装置は、少なくとも１つの測定エレメントが液体及び粒子による負荷から簡単に保護されているという利点を有している。

請求項２以下に記載の手段により、請求項１記載の装置の有利な改良が可能である。

通路が測定エレメントの上流側で、媒体中を一緒に案内される液体及び粒子を変向させて測定エレメントを汚染から防護する隆起部を有していると有利である。

通路が測定エレメントの上流側で、流入する液体及び粒子を変向させて測定エレメントを汚染から防護する変向グリッドを有していると特に有利である。

通路が液体及び粒子を変向させるための部材と測定エレメントとの間に粒子及び液体用の流出開口を有しており、これにより、これらの粒子及び液体が通路から流出して測定エレメントが汚染される恐れが最早なくなると更に有利である。

通路が湾曲部を有していると有利である。なぜならば、これにより変向された液体及び粒子が捕集され、通路内の流れ抵抗が増大されないからである。

通路の始端部域を半径方向でずらすことにより、測定エレメントが液体及び粒子から防護されるのが有利である。

通路の少なくとも１つの開口に設けられたオイル変向グリッドにより、オイルが通路に侵入して測定エレメントを損傷するということが有利に防止される。

装置製作に関しては、通路を２つの部分から構成し、一方の部分として例えば被せ嵌め可能なスリーブを使用することが有利である。

測定エレメントの測定特性に対する脈動空気流、つまり管路内の戻し流のネガティブな影響は、有利には脈動通路によって減少され得る。

実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、測定しようとする媒体が内部を流れる管路２に装置１がどのように組み込まれているのかが概略的に示されている。

少なくとも１つのパラメータを規定するための装置１は、一点鎖線で示した下側の長方形によって表した測定ケーシング６と、一点鎖線で示した上側の長方形によって表した支持体部分７とから成っており、この支持体部分７には例えば電子評価装置が収納されている。装置１のこの実施例では、例えば流れ媒体の体積流を規定する測定エレメント（図２）が使用される。測定可能な別のパラメータは、適当なセンサによって規定される圧力、温度、媒体成分の濃度又は流れ速度である。

測定ケーシング６と支持体部分７とは、組込み方向で延びており且つ例えば中心軸線であってもよい共通の長手方向軸線８を有している。装置１は管路２の壁５に例えば差込み可能に導入されている。壁５は管路２の流れ横断面を制限しており、この流れ横断面の中心には流れ媒体の方向で壁５に対して平行に中心軸線４が延びている。以下で主要流れ方向と呼ぶ流れ媒体の方向は対応する矢印３によって表されており、左から右に向かって延びている。

図２には、通路２０を備えた測定ケーシング６の実施例が前記通路２０を閉鎖するカバー（図示せず）無しで示されている。前記通路２０は底部４２とカバーとから形成される。媒体の主要流れ方向３は矢印によって表されている。通路２０は、例えば流れ媒体が流入する流入通路１３、流れ媒体が変向される変向通路１５及び流出通路１９から成っている。流入通路１３及び流出通路１９内の流れ方向２５，２６もやはり矢印で表されている。流入通路中心線２３は、この実施例では例えば湾曲されている。それというのも、流入通路１３の縁面３５が流線形に形成されているからである。流出通路中心線２２は、この実施例では例えば直線である。通路２０は変向通路及び流出通路無しで形成されていてもよく、例えば流入開口１１から主要流れ方向３でやや湾曲された通路か、又は直線的に一貫して延びる通路であってもよい。その他あらゆる通路形状が考えられ、長手方向軸線８に対して垂直方向で延びる通路形状も考えられる。

媒体が流入する、流入開口１１の手前の通路２０の前部域３９には、例えば通路に作用する、規定された流れ剥離を生ぜしめる流れ障害２４が設けられている。

測定ケーシング６のヘッド６９は、例えば固体粒子又は液体粒子が流入開口１１からはね返されるように成形されている。このためには、当該ヘッド６９は支持体部分７とは逆方向で傾斜されている。変向通路１５内では、例えば縁面４０か所定の角度δだけ主要流れ方向３に反して傾斜されている。前記角度δは約３０〜６０°の範囲内であってよく、理想的には約４５°である。前記縁面４０は流入通路１３の流入開口１１の幅ｂの少なくとも３分の２に相当する幅ｂｒを有している。更に、変向通路１５には例えば装置１の周りを流れる媒体への接続を生ぜしめる開口１８が設けられている。複数の開口が存在していてもよい。当該開口は側壁４１に位置していてよく且つ／又は通路２０を有する装置１の測定ケーシング６の下側の外面２１に通じており、これにより、管路２への接続部が生ぜしめられるので、脈動特性が改善されている。即ち、前記装置は媒体流の脈動生涯においても正確に測定する。流出通路１９の端部には流出開口１２が位置しており、媒体が通路２０から再度流出する前記流出開口面は、例えば角度ｘを主要流れ方向３と相俟って形成する。流出開口１２は、例えば流出通路１９よりも大きな横断面を有しており、これにより脈動特性が改善されている。少なくとも１つの測定エレメント１０は、例えば流入通路１３に突入しているセンサ支持体９に収納されている。当該測定エレメント１０が内部に配置された通路２０の部分は測定通路１７とも呼ぶ。

このような測定エレメント１０の構成は、当業者には例えばその開示内容が本発明の構成要素であるとされるドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５２４６３４号明細書に基づき十分に公知である。

図３には図２に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図が示されている。主要流れ方向３で、空気等のガス成分の他に液体粒子５０又はダスト粒子等の別の成分をも含有していてよい媒体が流れる。前記粒子が測定エレメント１０に到達すると、当該粒子は測定エレメント１０を損傷する恐れがある。このことを防止するためには、測定エレメント１０の上流側に粒子を変向させるための部材５５が配置されている。この部材５５は、例えば壁５に設けられた流入ノズル（図示せず）であってよく、この流入ノズルは前記位置で空気を吹き込み、このようにして流入する空気が反対側の壁で変向するので、最早測定エレメント１０に到達する恐れはない。前記部材５５は、この実施例では隆起部６０である。主要流れ方向３で流入する液体粒子５０と別の粒子とは、測定エレメント１０を主要流れ方向３で少なくとも部分的に陰にしている前記隆起部６０にぶつかり、当該粒子が測定エレメント１０の傍らを通過運動するか、又は既に測定エレメント１０の上流側で例えば既存の粒子流出開口６７を介して通路２０から流出するように変向する。部分的に隆起部６０には液体壁膜６１が形成され、この液体壁膜６１は隆起部の円頂部で大きな滴として流入通路１３内の流れによって剥離され、例えば隆起部６０のほぼ反対側の縁面３５に存在する流入通路１３の湾曲部６３へ一緒に剥離される。湾曲部６３は例えばほぼ隆起部６０の外形に適合されている。湾曲部６３でもやはり液体壁膜６１が形成され、この液体壁膜６１は媒体流が下流側に向かって縁面３５に沿って先へ運ぶ。少なくとも測定エレメント１０と同一軸方向長さになる前又は同一軸方向長さの湾曲部６３の下流側には例えば粒子流出開口６７が位置しており、この粒子流出開口６７を介して粒子、特に液体粒子５０が流入通路１３から再び流出することができる。このようにして測定エレメント１０は粒子負荷から保護される。この場合、粒子流出開口６７は壁３５の平らな領域と壁３５の湾曲域との間に配置されている。粒子は、部分的には前記部材５５又は隆起部６０による変向直後にも流入通路１３から流出する。媒体流とは逆方向に向けられた隆起部６０の流込み面は、主要流れ方向３と相俟って角度区分βを形成する。湾曲部６３は主要流れ方向３と相俟って角度区分αを形成する。これらの角度区分は０〜９０°の範囲内に位置している、つまり隆起部６０若しくは湾曲部６３は主要流れ方向３で見て傾斜して形成されている。

図４には図２に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図が示されている。この実施例は粒子流出開口６７の位置以外は図３と同じである。湾曲部６３は、中心軸線４と長手方向軸線８とによって形成され且つ測定エレメント１０が位置している平面に対して最大間隔を有する鞍点７１を備えている。前記流出開口６７は、前記鞍点７１と測定エレメント１０の下流側の端部との間のあらゆる位置に配置されていてよい。この場合、粒子流出開口６７は壁３５の湾曲域内に配置されている。測定エレメント１０の軸方向高さとほぼ同じ高さで、流入通路１３内には例えば少なくとも１つのテーパ部材７３が配置されており、このテーパ部材７３は流れ媒体の加速を生ぜしめ且つ測定エレメント１０の測定特性を安定させる。

図５には更に別の実施例に関する、図２に示したＶ−Ｖ線に沿った断面図が示されている。この場合、流入通路１３の壁３５は移行域７９を除いて、中心軸線４と長手方向軸線８とによって形成された平面に対して平行に延びている。流入通路１３は前部域７５を有しており、この前部域７５は所定の間隔ｄだけ、中心軸線４と長手方向軸線８とに対して垂直方向で、流入通路１３の後部域７７に比べて隆起部６０が測定エレメント１０をより一層遮蔽するようにずらされている。前部域７５と後部域７７との間には移行域７９が位置しており、この移行域７９では少なくとも１つの粒子流出開口６７が、隆起部６０の側とは反対側の縁面３５に形成されている。

図６ａ，ｂには本発明の更に別の実施例が示されている。通路２０には例えば粒子変向用の２つの部材５５が配置されている。これらの部材５５がより多く存在していてもよい。当該部材５５は、例えばそれぞれ隆起部６０によって形成される。これらの隆起部６０は、例えばそれぞれ通路２０の向かい合った縁面３５に流れ方向３で相前後して配置されている。例えば各隆起部６０毎に、壁５には少なくとも１つの粒子流出開口６７が設けられており、これらの粒子流出開口６７を介して、異物粒子、特に液体粒子５０が管路２に流入可能である。

図６ｂには図６ａの変化形が示されている。この場合、前記部材５５はそれぞれ通路２０内でほぼ同じ軸方向高さで配置されている。これに対応して、２つの粒子流出開口６７は向かい合って配置されている。

図７には本発明の更に別の実施例が示されている。通路２０は第１の部分８０と第２の部分８２とから形成され、この場合、第２の部分８２は測定ケーシング６によって形成されていてよい。第１の部分８０は例えば金属又はプラスチック製のスリーブ８４によって形成され、このスリーブ８４は測定ケーシング６に例えば被せ嵌められるか又は接着される。スリーブ８４は上流側に位置する始端部に、例えば粒子変向用部材５５としての変向グリッド８８を有している。この変向グリッド８８は例えば液体粒子５０等の異物粒子を変向させ、これにより、これらの異物粒子はスリーブ８４の一方の壁に向かって変向されて粒子流出開口６７を介して通路２０から流出されるか、又は測定エレメント１０の傍らを通過するように変向される。スリーブ８４により２つの通路２０，２０´が形成される。通路２０´は一点鎖線によって通路２０に対して仕切られており且つ例えば測定ケーシング６の外壁８６と通路２０´の壁３５との間に延びている。変向グリッド８８自体は、明らかに本願の開示内容の一部であるドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９４２５０２号明細書に基づき既に公知である。

図８には本発明の更に別の実施例が示されている。図２に示した実施例と異なり、流出通路１９の出口開口１２には例えば脈動通路９２が続いている。この脈動通路９２は、管路２に脈動が生じている間の測定エレメント１０の測定特性を改善する。流れ媒体は、脈動通路９２から例えば主要流れ方向３の方向で流出する。脈動通路９２の下流側の端部域には例えばオイル凝縮グリッド９４が配置されており、このオイル凝縮グリッド９４は戻し流が発生した場合にオイルが通路２０に流入する恐れがあるということを防止する。このことは、グリッド開口を形成する壁の相応に大きなグリッド内面にオイルが沈着することによって生ぜしめられる。

１つ又は複数のオイル凝縮グリッド９４は、あらゆる別の流入開口１１又は流出開口１２，６７に配置されていてもよい。

流れ媒体の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置を組み込まれた状態で示した図である。 本発明による装置の測定ケーシングに設けられた流入通路、偏向通路及び流出通路を示した図である。 本発明の第１実施例を、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した図である。 本発明の第２実施例を、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿って断面した図である。 本発明の第３実施例を、図２のＶ−Ｖ線に沿って断面した図である。 図６ａ及び図６ｂは、それぞれ本発明の第４実施例及び第５実施例を図２のＶＩ−ＶＩ線に沿って断面した図である。 本発明の第６実施例を図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って断面した図である。 本発明の別の実施例を示した図である。

１ 装置、 ２ 管路、 ３ 主要流れ方向、 ４ 中心軸線、 ５ 壁、６ 測定ケーシング、 ７ 支持体部分、 ８ 長手方向軸線、 ９ センサ支持体、 １０ 測定エレメント、 １１ 流入開口、 １２ 流出開口、 １３ 流入通路、 １５ 変向通路、 １７ 測定通路、 １８ 開口、 １９ 流出通路、 ２０， ２０´通路、 ２１ 外面、 ２２ 流出通路中心線、 ２３ 流入通路中心線、 ２４ 流れ障害、 ２５，２６ 流れ方向、３５，４０ 縁面、 ３９ 前部域、 ４１ 側壁、 ４２ 底部、 ５０ 液体粒子、 ５５ 粒子変向用部材、 ６０ 隆起部、 ６１ 液体壁膜、 ６３ 湾曲部、６７ 粒子流出開口、 ６９ ヘッド、 ７１ 鞍点、 ７３ テーパ部材、 ７５ 前部域、 ７７ 後部域、 ７９ 移行域、 ８０ 第１の部分、 ８２ 第２の部分、 ８４ スリーブ、 ８８ 変向グリッド、 ９２ 脈動通路、 ９４ オイル凝縮グリッド

Claims (12)

1. 管路（２）内で主要流れ方向（３）に沿って流れる、ガス・粒子混合物、特に内燃機関のための吸気から成る媒体の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置（１）であって、管路（２）内に差込み可能に導入された測定ケーシング（６）が設けられており、更に、該測定ケーシング（６）内に配置された少なくとも１つの通路（２０）と、前記通路（２０）内に位置し且つ流れ媒体が周囲を流れる少なくとも１つの測定エレメント（１０）とが設けられており、
   測定エレメント（１０）の上流側の測定ケーシング（６）の内部において、通路（２０）内に、媒体中に存在する粒子及び液体を変向させるための少なくとも１つの部材（５５）が配置されている形式のものにおいて、
   該少なくとも１つの部材（５５）が、通路（２０）の一方の壁から他方の壁に向かって隆起する少なくとも１つの隆起部（６０）又は媒体中に存在する粒子及び液体を通路（２０）の一方の壁に向かって変向させるように形成された少なくとも１つの変向グリッド（８８）によって形成されており、これにより、測定エレメント（１０）が設けられた通路（２０）に主要流れ方向（３）で流入する流れ媒体中の粒子及び液体が前記部材（５５）にぶつかって、測定エレメント（１０）の傍らを通過運動するように、粒子及び液体の運動方向が変向されることを特徴とする、流れ媒体の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置。
   
2. 隆起部（６０）が主要流れ方向（３）と相俟って９０°〜０°の角度区分（β）を形成している、請求項１記載の装置。
   
3. 少なくとも１つの部材（５５）と測定エレメント（１０）との間に、粒子及び液体の少なくとも１つの流出開口（６７）が設けられている、請求項１又は２記載の装置。
   
4. 通路（２０）が壁（３５）を有しており、該壁（３５）が、前記隆起部（６０）のほぼ軸方向長さで該隆起部に対向位置する外向きの湾曲部（６３）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
   
5. 前記隆起部（６０）に対応して湾曲部（６３）が形成されている、請求項４記載の装置。
   
6. 流れ媒体が主要流れ方向（３）を有しており、通路（２０）の前部域（７５）が後部域（７７）に比べて、前記主要流れ方向（３）に対して平行にずらされている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
   
7. 通路（２０）が少なくとも１つの流出開口（１２，６７）を有しており、この少なくとも１つの流出開口（１２，６７）が少なくとも１つのオイル凝縮グリッド（９４）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。
   
8. 通路（２０）の壁（３５）が少なくとも２つの部分（８０，８２）から成っており、通路（２０）の第１の部分（８０）が測定ケーシング（６）に配置されたスリーブ（８４）によって形成されている、請求項１記載の装置。
   
9. スリーブ（８４）内に少なくとも１つの変向グリッド（８８）が配置されている、請求項８記載の装置。
   
10. 通路（２０）が流入通路（１３）、変向通路（１５）及び流出通路（１９）に分割されており、更に前記通路（２０）が流入開口（１１）を有しており、該流入開口に前記流入通路（１３）が接続しており、該流入通路に前記変向通路（１５）が接続しており、該変向通路に媒体が前記流入通路（１３）から流入してから変向されて、前記流出通路（１９）を通って測定ケーシング（６）の外面（２１）で管路（２）に開口している少なくとも１つの流出開口（１２）に向かって流れるようになっている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
    
11. 流出開口（１２）に少なくとも１つの脈動通路（９２）が接続している、請求項１０記載の装置。
    
12. 脈動通路（９２）が少なくとも１つのオイル凝縮グリッド（９４）を有している、請求項１１記載の装置。

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