KR100254718B1 - 유동매체의 질량을 측정하기 위한 측정 장치 - Google Patents

Abstract

유동매체의 질량 특히, 내연기관의 흡기공기의 질량을 측정하기 위한 공지의 측정장치는 측정 엘리먼트를 구비한 측정통로가 흡기관내를 흐르는 유동매체에 대해서 평행하게 향해지도록 흡기관에 부착된다. 회피할 수 없는 설치오차에 의거해 특성선의 분산이 생길 우려가 있다.

본 발명에 의하면, 유동매체의 질량 특히 내연기관의 흡기공기의 질량을 측정하기 위한 측정장치(1)로서, 이 측정장치(1)가 흡기관로(4)에 고정되어 있어 측정통로(20)를 갖춘 측정부분(15)에서 흡기관로(4)로 돌입하고 있고, 측정통로(20)내에 수납된 질량을 측정하기 위한 측정 엘리먼트(28)를 갖고 있는 측정장치(1)에 있어서, 측정통로(20)를 구비한 측정부분(15)이 흡기관로(4)내를 흐르는 유동매체에 대해서 소정의 각도(α)만큼 회전되도록 해당 측정장치(1)가 흡기관로(4)에 부착되도록 하였다.

본 발명에 의한 측정장치는 유동매체의 질량 특히 내연기관의 흡기공기의 질량을 측정하기 위해 사용된다.

Description

유동매체의 질량을 측정하기 위한 측정장치

내연기관의 흡기공기의 질량을 측정하기 위한 측정장치는 이미 공지되어있다(독일 특허출원 공개 제 4407209호 명세서). 이 공지의 측정장치는 측정통로 내에 설치되는 측정 엘리먼트를 갖추고 있다. 이 측정 엘리먼트는 예를 들자면 세라믹 기판의 형태로 형성되어 있거나 또는 마이크로메카니컬 구성소자(마이크로머신 구성소자)로서 형성되어 있다. 이 공지의 측정장치는 종방향 및 반경방향에서 플러그-인 축선의 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직방체형의 형상을 하고 있으며 흡기 관로의 벽에 설치된 개구에 도입되어 있다. 흡기관로의 벽은 소정의 흐름 횡단면을 갖고 있고 이 흐름 횡단면을 흡기관로가 원통형상으로 형성되어 있는 경우에는 거의 원형의 횡단면을 하고 있다. 흡기관로는 예를 들자면 내연기관의 흡기관을 형성하고 있고 이 흡기관을 통과해서 내연기관은 주변 대기에서 공기를 흡입할 수가 있다. 공지의 측정장치는 흡기관로의 벽의 개구에 반경방향으로 위치 고정되어 있고 이 경우 측정장치의 측정부분에 설치된 측정통로는 흡기관로 내부를 흐르는 유동매체에 대해서 평행하게 위치 결정되어 있다. 측정장치의 측정부분은 반경방향으로 유리하게는 흡기관로의 흐름 횡단면의 거의 중앙까지 돌입하고 있다. 이 측정장치를 흡기관로에 유지하여 또한, 반경방향으로 위치고정하기 위해서는, 예를 들자면 흡기관로의 외부에 위치하는 측정장치의 케이싱 부분에 개구가 설치되어 있고 이 개구에 이 측정장치를 흡기관로에 결합하기 위한 나사를 끼워 줄 수가 있다.

그러나, 이와 같은 측정장치를 대량생산하는 경우 혹은 흡기관에 설치시키는 경우에는, 설치 오차가 불가피해진다. 이 설치 오차에 의거해 측정장치의 측정부분의 측정통로는 흡기관로 내를 흐르는 유동매체에 대해서 반드시 정확하고 평행하게 위치 결정을 할 수 없게 되고 오히려 유동매체의 흐름에 대해서 조금의 편차를 갖게 된다. 그러나 측정통로의 규정의 평행한 내장위치로부터의 편차는 측정부분 혹은 측정통로에 있어서 불안정한 흐름 특성을 초래할 우려가 있다. 이와 같은 불안정한 흐름 특성은, 예를 들자면 층류에서 난류로의 급격한 흐름변화에 의해 특징지어져 있으므로, 설치오차를 가진 측정장치의 특성선에는 정도의 차이가 있을지언정 큰 분산이 발생한다.

본 발명은 유동매체의 질량을 측정하기 위한 측정장치에 관한 것이다.

제1도는 본 발명의 일 실시예를 간략화한 도면이다.

유동매체의 질량을 측정하기 위한 본 발명에 의한 측정장치는 선행 기술에 비해 다음과 같은 이점을 가진다. 즉 설치오차 때문에 생기는 특성선의 분산이 현저히 감소되고 있으므로 측정장치의 대량생산시 혹은 설치오차를 갖는 조립시에도 분산을 갖지 않는 거의 불변의 특성선을 얻을 수가 있다.

본 명세서에 기재된 설비에 의해 측정장치의 또다른 장점 및 유리한 개량이 가능해진다.

도면에는 유도매체의 질량 특히, 내연기관의 흡기공기 질량을 측정하기 위해 작용하는 측정장치(1)가 부분 단면도로 도시되어 있다. 이와 같은 측정장치의 전체구조는 예를 들자면 독일 특허출원 공개 제 4407209호 명세서에 개시되어 있다. 측정장치(1)는 종방향 및 반경방향에서 플러그-인 축선(10)의 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직방체형의 형상을 갖고 있으면 유리하다. 플러그-인 축선(10)은 도면에서 점으로 표시되어 있고, 도면 평면에 대해서 직각으로 도면 평면 내에 돌입하도록 연장되어 있다. 상기 측정장치(1)는 공지의 형식으로, 흡기관로(4)의 벽(2)에서 잘라내어진 개구로 도입되어서 예를 들자면 나사결합에 의해 흡기관로(4)에 고정되어 있다. 흡기관로(4)는 예를 들자면 혼합기-압축형의 불꽃점화식 내연기관의 흡기관이다. 이 흡기관을 통해서 내연기관은 주변 대기에서 공기를 흡입할 수 있다. 흡기관로(4)는 흐름의 횡단면을 형성하며 이 흐름 횡단면은 흡기관로(4)가 원통 형상으로 형성되어 있는 경우에는 거의 원형의 횡단면이다. 거의 원형의 횡단면의 중심에는 축방향에서 화살표(17)로 표시한 유동매체의 흐름방향에 있어서 흡기관로(4)의 내벽(3)에 대해서 평행하게 흡기관로(4)의 축선(11)이 연장되어 있다. 측정장치(1)는 반경방향의 연장길이를 갖추고 있으므로 측정장치(1)의 도면에서 사선으로 표시한 방형의 횡단면을 갖춘 직방체형의 측정부분(15)은 예를 들자면 흡기관로(4)의 흐름 횡단면의 중앙에 돌입하고 있다.

측정장치(1)의 측정부분(15)에는 축방향으로 연장되는 측정통로(20)와 반경 방향에서 측정통로(20)로 계속되는 예를 들자면 S자형의 형상을 갖춘 변향통로(21)가 설치되어 있다. 흡기관로(4) 내를 흐르는 유동매체는 예를 들자면 장방향의 횡단면을 갖춘 유입개구(22)를 거쳐서 측정통로(20)에 유입하여 다시 측정통로(20)에서 변향통로(21)에 유입해서 이에 따라 예를 들자면 반경방향의 유출개구(23)(파선으로 표시함)를 통과해서 유출한다. 측정통로(20)는 2개의 측면(24,25)을 갖추고 있고 양쪽면(24,25)은 축방향에서 변향통로(21)로 향해서 측정통로(20)의 중심으로 연장되는 측정통로 축선(12)의 방향을 따라 서로 근접하도록 형성되어 있다. 측정통로(20)의 측정통로 축선(12)과 흡기관로(4)의 축선(11)은 플러그-인 축선(10)에 대해서 직각으로 향하게 되어 있다. 측정통로(20)에는 측정통로 축선(12)에 의해 예를 들자면 한 가운데에서 같은 크기의 두 부분으로 분할된 측정 엘리먼트(28)가 수납되어 있다. 이 측정 엘리먼트(28)는 예를 들자면 플레이트형상의 세라믹 기판의 형태로 형성되어 있고 측정 엘리먼트(28)의 측면(29)은 측정통로 축선(12)에 대해서 평행하게 향해져 있고 이에 따라 측정 엘리먼트(28)는 측정통로(20)내를 흐르는 유동매체에 의해 주위를 감싸도록 흐른다. 또한 예를 들자면 독일 특허출원 공개 제 4338891호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이 측정 엘리먼트(28)를 유전 다이어프램을 구비한 마이크로 매커닉 구성소자(마이크로 머신 구성소자)로서 형성하는 것도 가능하다. 측정통로(20)가 경사지게 형성되어 있으므로 측정 엘리먼트(28)의 범위에는 원활하고 균일한 평행흐름이 생겨진다. 이 평행흐름은 측정 통로축선(12)을 따라 유동하고 도면에는 대응하는 화살표(18)로 표시되어 있다.

본 발명에 의하면 측정통로(20)의 측정통로 축선(12)이 흡기관로(4)의 축선(11)에 대해서 평행하게 위치결정이 되어 있는 것은 아니고 축선(11)에 대해서 혹은 흡기관로(4)내를 흐르는 유동매체에 대해서 소정의 각도 α만큼 회전되어서 설치되어 있다. 측정부분(15) 혹은 측정통로(20)의 회전 설치된 위치에 따라 유입개구(22)의 하류쪽에서는 도면에 실선으로 도시된 바와 같이 측정부분(15)의 주위에 한쪽으로 흐름 박리영역(30)이 생긴다. 이 흐름 박리영역(30)에 의거해 측정통로(20)의 유입개구(22)의 상류쪽에는 특히 층류에서 난류로의 급격한 흐름 변화에 의해 특정지어지지 않는 안정된 흐름상태가 생겨진다. 흐름 박리영역(30)은 유입개구(22)를 기점으로 하여 측정부분(15)의 흡기관로(4)내에서 하류쪽으로 향해서 연장되는 한편의 외면(31)을 따라 이 외면(31)과 흐름의 재접촉이 생기는 일없이 연장되어 있다. 흐름 박리영역(30)은 주로 측정부분(15)의 흡기관로(4)의 벽(2)을 향하는 방향으로의 흐름(17)을 회피하는 방향으로 회전된 쪽에 한정되어 있다. 즉 외면(31)은 측정부분(15)의 도면에서 보아서 우측전방의 모서리의 유동의 그늘(lee)에 위치하고 있다. 측정부분(15)의 반대쪽 즉 흐름(17)과 마주치는 방향으로 회전된 쪽 혹은 측정부분(15)의 흐름(17)을 향하는 외면(32)에서는 이와 같은 흐름 박리영역은 생겨지지 아니하거나 또는 극히 작은 흐름 박리영역 밖에 생겨지지 아니한다. 양 외면(31,32)은 측정통로 축선(12)에 대해서 평행하게 연장되어 있다. 이 경우 측정부분(15)을 위에서 설명한 바와 같이 회전시키는 경우에, 흡기관로(4) 내부를 흐르는 유동매체(17)에 대해서 각도 α를 갖춘 측정통로(20)의 반경방향의 회전위치가 약 2° 내지 10°유리하게는 약 4°로 설정되면 측정통로(20)의 반경방향의 내장위치에 있어서 유입개구(22)의 상류 쪽에 안정된 흐름상태가 유효하게 형성되는 것이 판명되었다. 도면에 도시한 바와 같이 각도 α는 측정통로 축선(12)과 흡기관로(4)의 축선(11)에 의해 형성되어 있다. 흡기관로(4)내를 축방향으로 흐르는 매체는 측정통로(20)내에서 측정통로(20)의 측정통로 축선(12)에 대해서 거의 평행하게 흐르므로 측정통로(20)내의 흐름은 흡기관로(4)내를 흐르는 매체에 대해서 역시 각도 α를 이루고 있다. 측정 엘리먼트(28)는 측정부분(15)을 회전시킨 경우라고 측정통로(20)내에 있어서 그 상대적인 위치를 변화시키지 않는다. 즉, 측정 엘리먼트(28)는 흡기관로(4)의 축선(11)에 대해서 측정통로 축선(12)과 같은 경사를 취하게 된다.

약 2° 내지 10°의 소정의 각도범위 α로 생기는 측정통로(20)의 상류쪽에 있어서 안정된 유동특성에 의거해, 설치오차가 생겨서 각도 α가 변화되거나 혹은 측정통로(20)의 반경방향의 회전위치가 변화한 경우에도, 측정통로(20)를 축선(11)에 대해서 평행하게 위치 결정한 경우와는 달리, 측정통로(20)내의 흐름에는 거의 영향을 주지 아니하고 나아가서는 측정 엘리먼트(28)에 의해 송출되는 전기적인 신호에도 거의 영향을 주기 않는다. 따라서 측정장치(1)의 대량생산시 혹은 오차를 수반한 설치시에 있어서도 설치오차를 갖는 측정장치(1)의 특성선의 분산을 감수하지 않아도 된다. 또는 극히 약간의 분산을 감수하면 된다. 도면에는, 측정장치(1)를 역시계 회전방향으로 회전시킨 조립위치가 표시되어 있다. 그러나 당연히 측정장치(1)를 시계 회전방향으로 회전된 조립위치로 내장시킬 수도 있다. 또한, 도면에 도시한 바와 같이, 측정장치(1)를 회전되도록 내장시키기 위한 회전축선으로서 예를 들자면 플러그-인 축선(10)이 규정되어 있지만, 다른 회전축선 예를 들자면 플러그-인 축선(10)에 대해서 벗어난 회전축선을 설치할 수도 있다.

Claims (3)

1. 유동매체의 질량, 특히 내연기관의 흡기공기의 질량을 측정하기 위한 측정장치로서, 흡기관로에 고정되어 있고; 플러그-인 축선(10)을 따라 연장되는 측정부분(15)이 상기 흡기관로로 돌입되어 있고; 유동매체의 유동 방향과 마주하는 유입개구(22)를 구비하는 측정통로(20)를 구비하며; 상기 측정통로내에 수납되고, 공기의 질량을 측정하기 위해 상기 측정부분의 축선(12)을 따라 연장되는 측정 엘리먼트를 구비하며; 상기 측정 엘리먼트가 배치되는 측정통로(20)를 구비하는 측정부분(15)이, 흡기관로(4)의 축선과 측정부분(15)의 축선이 이루는 각이 약 2° 내지 10°의 소정 각도(α)로 회전되어 흡기관로(4) 내를 흐르는 유동매체에 대한 상기 유동매체의 상대적 방향과 마주보도록, 상기 흡기관로 내에 장착되고; 상기 측정통로(20)의 하류에서 측정부분(15) 내에 변향통로(21)가 형성되고, 상기 변향통로(21)는 변향통로와 연속되는 유출개구(23)를 가지며, 상기 유출 개구(23)는 측정통로의 유입개구를 통과하지 않는 평면내에서 플러그-인 축선(10) 방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 유동매체의 질량을 측정하기 위한 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 각도(α)가 약 4°인 것을 특징으로 하는 유동매체의 질량을 측정하기 위한 측정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 측정통로(20) 및 상기 변향통로(21) 및 상기 유출개구(23)는 S자형의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동매체의 질량을 측정하기 위한 측정장치.

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