JPH09508213A - 流動媒体の量を測定するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流動媒体の量を測定するための公知の装置は流動媒体が周りを流れる温度関連動作性の測定エレメントを有し、該測定エレメントは測定通路内に設けられている。この測定通路内に発生する、流れの不安定な分離は乱流中において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を生ぜしめ、その結果精密な測定が困難になる。本発明による装置は測定通路（３３）の入口開口（３６）の範囲における測定エレメント（３３）の上流側に流動障害部（５０）を有し、該流動障害部がトリップエッジ（５１）として形成されており、その結果該トリップエッジ（５１）の範囲に時間的にかつ空間的に安定した分離区域（５４）が生ぜしめられ、これによって時間的及び空間的に不安定な分離区域の発生が妨げられ、その結果測定信号ノイズの減少がえられる。本発明は流動媒体の量の測定、特に内燃機関の吸込空気量の測定のために設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 流動媒体の量を測定するための装置 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、壁面からの流れの分離の 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分離のな 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分離が発生し、これらの流れの 分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−ＯＳ４２１９ ４５４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３ ８、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３ ６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３ ３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分離区域５４を生ぜしめる。流れのこ の分離区域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 る分離区域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分離区域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若しくは安定した分 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分離区域を発生 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分離区域が発生する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテファン レーエンベルガー ドイツ連邦共和国 Ｄ−71636 ルートヴ ィッヒスブルク フリードリッヒ−ナウマ ン−シュトラーセ ８ (72)発明者 ウーヴェ コンツェルマン ドイツ連邦共和国 Ｄ−71679 アスペル ク シュヴァルベンヴェーク 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 を制限する壁から流れ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 る測定通路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） の上流側における支持体部分に、測定通路（３３）内に所定の有効な流れ分離区 域（５４）を生ぜしめる流動障害部（５０）が設けられ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。 ２．流動障害部（５０）が測定通路（３３）の入口開口（３６）の範囲に設け られていることを特徴とする、請求項１記載の装置。 ３．流動障害部（５０）がトリップエッジ（５１）として形成されていること を特徴とする、請求項２記載の装置。 ４．測定通路（３３）を制限する壁（３３）の、トリップエッジ（５１）の上 流側に凹部（５２）が形成されていることを特徴とする、請求項３記載の装置。 ５．流動障害部（５０）がトリップワイヤとして形成されていることを特徴と する、請求項１記載の装置 。 ６．トリップワイヤが測定通路（３３）の入口開口（３６）の範囲に設けられ いることを特徴とする、請求項５記載の装置。