JPH10142020A - 流動する媒体の質量を測定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度依存式の測定装置を、脈動流の影響によ
る著しい測定誤差が生じないように構成する。 【解決手段】 装置１に、流れ接続部６０を備えた測定
流路３０を設け、流れ接続部６０が、入口６１から出口
６２へ延びるようにし、それによって、測定流路３０内
を流れる媒体の部分流が、流れ接続部６０により測定素
子２１の周囲を案内されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動する媒体、特
に内燃機関の吸気の質量を測定する装置であって、流動
する媒体が周囲を流過する測定素子を有し、この測定素
子が、装置内に入口から出口まで延びている測定流路内
に配置され、前記出口には、出口から流出した媒体が流
入する変向流路が、１つの段を介して接続されている形
式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】測定流路内に収容された温度依存式の測
定素子を有する装置が、すでに公知である（ドイツ連邦
共和国特許公開第４４０７２０９号明細書）。測定流路
は装置内を入口から出口まで延び、出口にはＳ字形を有
する変向流路が接続されている。この変向流路は、第１
部分流路と第２部分流路とから成っている。第１部分流
路は、直角のかどを有し、界面のところから第２部分流
路に移行している。流動する媒体は、測定流路の出口か
ら、まず、測定流路より横断面の大きい変向流路第１部
分流路へ流入する結果、流れの急激な移行部が、第１部
分流路への１つの段の形式で存在することになる。次い
で、流動する媒体は、かどを曲がって第１部分流路か
ら、横方向に続く第２部分流路内に流入し、出口から出
て、装置の周囲を流過する媒体と再び混合する。測定流
路は、斜めに構成された側壁を有しているため、測定素
子に向かって先細になっている。

【０００３】内燃機関の場合には、個々のシリンダの吸
気弁の開閉によって、流れの、著しい変動又は脈動が発
生する。この流れの脈動の強さは、個々のピストンの吸
気振動数又は内燃機関の回転数に依存する。また、この
流れの脈動は、吸気弁から吸気管を介して、測定流路内
の測定素子まで伝達され、更に他へも伝えられる。この
脈動は、測定素子が、脈動の強さに応じて、測定素子の
熱慣性と方向不感性とにより、測定流路内を平均的に支
配する流速及び流速から算出可能な内燃機関吸気質量か
ら著しく外れた測定成績を生じる原因となる。測定流路
と変向流路とは、それらの寸法が互いに調整されて、吸
気管内に脈動流が生じても、流量変動による測定素子の
誤表示が最小に抑えられるようにされている。それにも
かかわらず、変向流路内での流れ音響現象により、高い
脈動振動数及び著しい脈動振幅が生じた場合には、往々
にして吸気質量が誤表示される。この誤表示が発生する
のは、特に、段の下流、つまり測定流路から変向流路へ
の移行部の剥離縁部（Abrisskante)下流に、往々にして
強力な渦が発生し、これらの渦の旋回衝撃が、流入流の
脈動時には僅かしか変化しないためである。これによっ
て、渦縁部と測定素子下流とでは相対速度に大きな差が
生じる結果、境界面に著しい流れの剥離(Stroemungssch
erungen)が生じ、それが、変向流路及び測定流路内の音
響的な波（音波）の発生原因となる。この音響的な波
は、測定素子の測定信号を妨害して、往々にして不足表
示を生じさせる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
欠点を回避することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によれ
ば、特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載の本発明の
構成によって解決された。

【０００６】

【発明の効果】本発明による、流動する媒体の質量を測
定する装置は、これに対し、流れ接続部を備え、この流
れ接続部により、測定流路内を流れる媒体の一部が、測
定素子の周囲を変向流路内へ案内されることを特徴とし
ており、変動又は脈動する流れとはほとんど無関係に一
様に精密な測定成績を得ることができる利点を有してい
る。

【０００７】請求項２以下の各項に挙げた措置により、
請求項１に記載の装置の別の有利な構成及び改善が可能
である。

【０００８】特に有利には、変向流路の１つの界面（Ra
ndflaeche）を傾斜構成にし、これによって、測定成績
を更に改善でき、しかも測定流路と変向流路とから成る
全流路は改変する必要がないため、装置のコンパクトな
構成形式は維持することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、符号１で示した装置を部
分的に切断して示した側面図である。この装置は、流動
媒体の質量、特に内燃機関の吸気質量を測定するために
使用される。内燃機関は、混合気が圧縮される火花点火
機関か、又は空気が圧縮される圧縮点火機関かである。
装置１は、有利には、差込み軸線１０の方向に縦長に延
びる細長い棒状の直方体形状を有し、吸気管９の壁部８
に設けた開口内へ、例えば差込み可能に組付けておく。
装置１は、シールリング３によって壁部８内に密封さ
れ、例えばねじ継手（図示せず）を介して壁部８と固定
結合されている。斜線で示した壁部８は、例えば円筒形
に構成された吸気管９の一部であり、この吸気管９か
ら、内燃機関は、エアフィルタを介して周囲から空気を
吸入できる。吸気管９の壁部８は、流れ横断面を形成し
ている。この流れ横断面は、円筒形吸気管の場合には、
ほぼ円形の横断面を有し、この横断面の中心には軸方向
に壁部８と平行に、中心軸線１１が延びている。中心軸
線１１は、差込み軸線１０に対し直角に配向されてい
る。装置１は、以下で測定部１７と呼ばれる部分が、流
動する媒体中に突入している。その場合、測定部１７
を、吸気管９の例えばほぼ中心に配置し、出来るだけ壁
部８の境界の妨害作用(Randeinfluesse)を受けることな
しに、媒体が測定部１７に流入するようにする。流れ方
向は、図１及び図２に、対応する矢印２０で示してあ
り、図面では右から左へ向かっている。

【００１０】装置１は、測定部１７と、保持部１８と、
固定部１９とにより一体に構成され、例えば、射出成型
プラスチック製である。測定素子２１は、例えばいわゆ
るマイクロメカニカルな構成部材の形式に構成され、エ
ッチングによって形成された極めて薄い厚さの膜状セン
サ区域を有する担体２２と、同じくエッチングにより形
成された複数抵抗膜とを有している。これらの抵抗膜
は、少なくとも１つの温度依存式測定抵抗膜２３と、例
えば１つの加熱エレメント（Heizwiderstand）とを形成
している。測定素子は、したがって、少なくとも１つの
プレート状の、例えばセラミック製の担体２２と、少な
くとも１つの温度依存抵抗膜２３とから成っている。担
体２２は、例えば金属製のプレート状受容部２５の凹部
２４内に受容部上面と同一平面をなすように受容され、
例えば接着によって固定されている。受容部２５は、流
れ方向２０に対向する前縁を有し、この前縁は、有利に
は面取りしておく。測定素子２１の個々の抵抗膜２３
は、装置１の内部に延びる接続導体２６を介して、図１
に破線で示した電子式の評価回路２７と電気接続されて
いる。この評価回路は、例えばブリッジに似た抵抗測定
回路を有している。評価回路２７は、また例えば装置１
の保持部１８内、又は固定部１９内に収納しておく。評
価回路２７を、例えば保持部１８内に収納する場合に
は、評価回路を、吸気管９内を流動する媒体の冷却体を
介して冷却できる。評価回路２７から発せられる電気信
号は、固定部１９のところに設けられた差込み接続部２
８を介して、例えば評価用の別の電子制御装置へ送られ
る。温度依存式測定素子の機能及び構成の詳しい説明
は、当業者であれば従来技術から知ることが出来るの
で、割愛する。

【００１１】図２に、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面
図で示したように、装置１の測定部１７は、直方体形状
を有し、測定流路３０を備えている。測定流路３０は、
その中心に延びる測定流路軸線１２に沿って、例えば長
方形横断面を有する入口３５から、例えば同じく長方形
横断面を有する出口３６まで延びている。装置１は、吸
気管９内に、有利には測定流路軸線１２が中心軸線１１
と平行に位置するように組付けられている。しかし、ま
た装置１は、旋回させた組付け位置で組付けることも可
能である。図１に示したように、測定流路３０は、Ｓ字
形を有する変向流路３１へ移行している。測定流路３０
は、中心軸線１１から遠い上面３７と、中心軸線１１に
近い下面３８と、図２に示した２つの側面３９，４０と
によって仕切られている。上面３７と下面３８とは、中
心軸線１１と平行に延びている。プレート状測定素子２
１の受容部２５は、一方の側が、保持部１８内で上面３
７のところに保持されている結果、測定素子２１を有す
る受容部２５の、測定流路軸線１２とほぼ平行に延びる
両側面２９のところを、流動媒体が流過することにな
る。

【００１２】図２に示したように、測定流路３０の側面
３９，４０は、測定流路軸線１２と差込み軸線１０とに
よって形成される平面１４に対して斜めに延び、かつこ
の平面１４と鋭角をなしているため、測定流路３０は、
流れ方向２０で見て軸方向に先細になり、出口３６のと
ころで横断面側が最も小さくなって、変向流路３１の第
１部分流路３２へ移行している。測定素子２１は、その
場合、受容部２５内の、測定流路３０の最も狭い箇所の
上流、又は測定流路３０内の出口３６の上流に配置され
ている。流れ方向２０に測定流路３０を先細に構成する
ことによって、測定素子２１の区域に、出来るだけ妨害
のない均等な平行流れが支配することになる。測定流路
３０の入口３５の区域での流れの剥離(Stroemungsabloe
sung)を防止するため、測定流路３０の入口区域には、
図１に見られるように、丸めた界面４２が設けてある。

【００１３】第１部分流路３２と、これに続く第２部分
流路３３とから構成された変向流路３１は、有利には、
測定流路３０の入口３５の横断面にほぼ合致する長方形
の横断面を有している。このため、測定流路３０と変向
流路３１との間の出口３６のところでは、流れ横断面
が、段４３のところで急に拡大される。測定流路３０内
を流れる媒体は、出口３６の下流で、まず第１部分流路
３２に達し、出口３６に向かい合った第１部分流路界面
４５のところで変向され、第２部分流路３３内へ流入す
る。図１に矢印４６で示したように、次いで、流動媒体
は、出口開口４７から第２部分流路３３を出て、流れ方
向２０に対しほぼ横方向に、再び吸気管９内へ流入す
る。出口開口４７は、変向流路３１同様に、例えば長方
形の横断面を有し、測定流路軸線１２と平行に配向され
た、測定部１７の下方外面５０に設けられている。

【００１４】測定流路３０と変向流路３１との間の段４
３のところでの急激な流れ横断面の拡大によって、往々
にして、図２に破線で示した渦５５が発生する。これら
の渦５５の旋回衝撃は、脈動する流入流の場合、僅かし
か変化しない。このような渦５５の場合、渦の縁部のと
ころの媒体流と、測定素子２１の下流の媒体流との相対
速度には、大きな差が存在する。このため、境界面に著
しい流れの剥離(Stroemungsscherungen)が往々にして生
じ、変向流路３１の第１部分流路に音響的な波（音波）
が発生する原因となり、この音波が測定流路３０に逆作
用する。このような渦５５を防止するため、本発明で
は、流れ接続部６０を設け、この流れ接続部６０に、測
定素子２１の上流に位置する入口６１と、測定素子２１
の下流に位置する出口６２とを設けることによって、測
定流路３０内を流れる媒体の部分流が、流れ接続部６０
内を流れ、測定流路３０の周囲に導かれるようにした。
この流れ接続部６０は、例えば少なくとも１つの溝６
４，６５，６６，６７として構成できる。溝は、測定流
路３０の側面３９，４０に、例えばフライス削りで形成
するか、又は射出成型時に付形する。図１に示したよう
に、それぞれ２つの溝６４，６５又は６６，６７を、側
面３９又は４０に設けておく。そのさい、２つの溝６
４，６５は、有利には測定流路上面３７の近くに、また
２つの溝６６，６７は、有利には測定流路下面３８の近
くに延びるようにする。溝６４，６５，６６，６７は、
段４３まで達しており、溝により、測定流路３０内を流
れる媒体の部分流は、加速されることなく、変向流路３
１の第１部分流路３２に達することができる。それによ
って、図２に破線で示した渦５５が、段４３の下流に発
生することが防止され、その結果、変向流路３１の第１
部分流路３２内に音波が発生しなくなる。差込み軸線１
０の方向での溝６４，６５，６６，６７の少なくとも１
つの幅ｂRは、その場合、差込み軸線１０の方向での測
定流路３０の幅ｂの最高約３０％とする。

【００１５】溝６４，６５，６６，６７の確実な効果
は、変向流路３１の第１部分流路３２の界面４５を出口
３６方向へ傾斜するように構成することによって、強化
される。そのさい、有利には、測定流路軸線１２と界面
４５とのなす傾斜角度αを約４５°とする。しかし、ま
た約３０°〜６０°の傾斜角度を有する界面構成も可能
である。流れ方向２０へ向かって出口３６を変向流路壁
部上へ投影したその投影内に設けられた界面４５によっ
て、測定流路３０の出口３６から第１部分流路３２内へ
流入する媒体を、界面４５に沿って第２部分流路３３内
へ変向導入することが可能になる。界面４５は、その場
合、ほぼ、上面３７の延長上に始まり、ほぼ差込み軸線
１０の方向に、図１の中心軸線１１まで延びている。変
向流路３１内で界面４５を傾斜構成にすることによっ
て、測定流路３０の出口３６から、場合により依然とし
て生じる、例えば音波形式の流れ妨害を界面４５のとこ
ろで反射させることで、その効果が相殺される。

【００１６】本発明の変化形では、溝６４，６５，６
６，６７の代わりに、例えば孔７０の形式の流れ接続部
を備えることも可能である。この孔は、図２に示したよ
うに、例えば測定流路３０の側壁４０内に設けることが
できる。孔７０は、また有利には円形横断面を有し、測
定流路３０の入口３５のところに入口７１を備え、変向
流路３１の第１部分流路３２の段４３のところに出口７
２を備えている。例えば測定流路３０の側壁４０内に設
けた孔７０は、その場合、例えば、測定流路軸線１２に
対して傾斜して、側壁４０とほぼ平行に延びている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により構成された装置の部分側断面図で
ある。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１ 測定装置、 ３ シールリング、 ８ 吸気管壁
部、 ９ 吸気管、 １０ 差込み軸線、 １１ 中心
軸線、 １７ 測定部、 １８ 保持部、 １９固定
部、 ２０ 流れ方向矢印、 ２１ 測定素子、 ２２
担体、 ２３抵抗膜、 ２４ 凹部、 ２５ 受容
部、 ２７ 評価回路、 ２８ 差込み接続部、 ３０
測定流路、 ３１ 変向流路、 ３２ 変向流路第１
部分流路、３３ 第２部分流路、 ３５ 測定流路入
口、 ３６ 測定流路出口、 ３９，４０ 測定流路側
面、 ４２ 丸くされた界面、 ４５ 界面、 ４７
出口開口、 ５５ 渦、 ６０ 流れ接続部、 ６４〜
６７ 溝、 ７０ 孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディーター タンク ドイツ連邦共和国 エーバーディンゲン リーター シュトラーセ 11 (72)発明者 ウーヴェ コンツェルマン ドイツ連邦共和国 アスペルク シュヴァ ルベンヴェーク 14

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動する媒体、特に内燃機関の吸気の質
   量を測定する装置であって、流動する媒体が周囲を流過
   する測定素子を有し、この測定素子が、装置内に入口か
   ら出口まで延びている測定流路内に配置され、前記出口
   には、出口から流出した媒体が流入する変向流路が、１
   つの段を介して接続されている形式のものにおいて、 流れ接続部（６０）が設けられており、この流れ接続部
   （６０）により、測定流路（３０）内を流れる媒体の一
   部が、測定素子（２１）の周囲を変向流路（３１）内へ
   案内されることを特徴とする、流動する媒体の質量を測
   定する装置。
2. 【請求項２】 流れ接続部（６０）が、少なくとも１つ
   の溝（６４，６５，６６，６７）の形式に構成され、溝
   （６４，６５，６６，６７）が、測定流路（３０）の側
   面（３９，４０）内に設けてある、請求項１記載の装
   置。
3. 【請求項３】 少なくとも１つの溝（６４，６５，６
   ６，６７）が幅ｂRを有し、この幅ｂRが測定流路（３
   ０）の幅ｂの最高約３０％である、請求項２記載の装
   置。
4. 【請求項４】 測定流路（３０）の各側面（３９又は４
   ０）が、それぞれ２つの溝（６４，６５又は６６，６
   ７）を有している、請求項２記載の装置。
5. 【請求項５】 溝（６４，６５，６６，６７）が、測定
   流路（３０）の下面（３８）の近く及び／又は上面（３
   ７）の近くに延びている、請求項２記載の装置。
6. 【請求項６】 少なくとも１つの溝（６４，６５，６
   ６，６７）が、フライス削りの形式で側面（３９；４
   ０）に形成される、請求項２記載の装置。
7. 【請求項７】 流れ接続部（６０）が孔（７０）の形式
   に構成され、この孔（７０）が測定素子（２１）の上流
   に設けられた入口（７１）と、測定素子（２１）の下流
   に設けられた出口（７２）とを有している、請求項１記
   載の装置。
8. 【請求項８】 孔（７０）の入口（７１）が、測定流路
   （３０）の入口（３５）に始まり、出口（７１）が測定
   流路（３０）の出口（３６）に移行している、請求項７
   記載の装置。