KR100861148B1 - 유동 가스-액상 혼합물에서 적어도 하나의 매개 변수를결정하기 위한 장치, 응축 트랩으로서 유동 정류기의이용, 그리고 액체를 응축하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

흐르고 있는 가스-액상 혼합물에서 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 종래의 기술에 따른 장치는, 주 유동 방향에 대한 반대의 방향의 유동에 대해 아무런 보호도 해주지 못하는 단점을 갖는다. 본 발명에 따른 장치는 측정 요소(25)의 상류쪽에, 측정 요소(25)를 역류하는 유동으로부터 보호 하는 응축 트랩(36)을 갖는다. 본 장치는 특히, 내연 기관의 흡입 공기의 매개 변수를 결정하는 데 이용된다.

Description

유동 가스-액상 혼합물에서 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 장치, 응축 트랩으로서 유동 정류기의 이용, 그리고 액체를 응축하기 위한 방법{DEVICE FOR DETERMINING AT LEAST ONE PARAMETER OF A FLOWING GAS-LIQUID MIXTURE OR USING A FLOW RECTIFIER AS A CONDENSATION TRAP OR METHOD FOR CONDENSING LIQUID}

본 발명은 청구항 제1항 또는 제11항 또는 제12항의 전제부에 따라, 흐르고 있는 가스-액상 혼합물에서 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 장치, 또는 응축 트랩으로서 유동 정류기의 이용, 또는 액체를 응축하기 위한 방법에 관한 것이다.

유럽 특허 제0 458 998 A1호에는 내연 기관의 흡입 공기 체적을 결정하기 위한 장치가 공지되어 있으며, 이 때 흡입 공기가 주 유동 방향으로 측정 요소를 에워싸고 흐른다. 이 때 측정 요소의 상류쪽에는 복수의 개구를 포함하는 정류기가 제공된다. 그리드(grid)가 측정 요소의 하류쪽에 제공되며, 그리드에 의해 측정 요소는 기계적 작용, 예를 들어 손에 의한 직접적인 접촉으로부터 보호되어야 한다. 그리드의 격자 폭은 특히 크게 만들어져 있다. 상기 장치의 동작 동안 공기의 주 유동의 방향 반대 쪽으로 예를 들어 오일 방울 또는 오일 증기가 함께 흘러가 측정 요소가 오염되고, 이는 측정 특성을 확실히 악화시킨다. 액체가 역류하는 이유는 예를 들어 주기적 유동, 또는 정지 단계에서 터보 충전기의 후속 동작 때문이다. 특히 격자 폭이 큰 보호 그리드의 내면은 액체를 위한 응축면으로서 충분하지 않다.

독일 특허 제196 47 081 A1호에는 흐르고 있는 매체의 체적을 결정하기 위한 장치가 제공되어 있으며, 그리드는 적어도 부분적으로 상이한 관류 횡단면을 갖는 유동 개구를 포함하고 있다. 그러나 이 그리드는 측정 요소의 상류쪽에 배열되어 있다.

도1은 흐르고 있는 가스-액체 혼합물에서 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 장치의 제1 실시예이다.

도2, 도3 및 도4는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예들이다.

청구항 제1항 또는 제11항 또는 제12항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 장치 또는 응축 트랩으로서 정류기의 본 발명에 따른 이용 또는 액체를 응축하기 위한 방법이 가지는 장점은 측정 요소가 오염으로부터 간단한 방법으로 보호된다는 것이다.

종속항인 제2항 내지 제10항의 조치들을 통해 제1항에 언급한 장치의 유리한 발전 및 개선이 가능하다.

확대된 내면을 가지는 요소가 응축 트랩으로서 측정 요소의 하류쪽에 배열되는 것은 유익한데, 이는 간단한 기계적인 방법으로 응축 트랩이 얻어지기 때문이다.

특히 유리한 점은 경제적이고 간단한 변경을 통해 응축 트랩으로도 이용되는 정류기를, 응축 트랩으로써 이용한다는 것이다.

상기 응축 트랩의 장치의 유리한 실시예는 도관 본체에 응축 트랩을 일체시키는 것이며, 이로써, 완성 비용과 조립 부품 수가 감소된다.

또한, 양호한 유동 조건을 보장하는 정류기를 측정 요소 상류쪽에서 이용하는 것은 유리하다.

액체와 고체 입자에 대해 측정 요소를 특히 양호하게 보호하기에 유리한 점은 보호 그리드를 적어도 부분적으로 측정 요소 상류쪽에 위치하는 정류기 안에 통합한다는 것이다.

보호 반파이프(half-pipe)는 액체와 고체 입자로부터 도관 본체의 입구를 차폐하므로, 측정 요소가 유리하게 보호된다.

본 발명의 실시예들이 도면에 간략하게 도시되어 있으며 후속하는 상세한 설명에서 상술된다.

도1에는 도관으로 유입되는 가스-액상 혼합물에서, 특히 내연 기관의 흡입 공기 체적에서 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한, 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예가 본 발명의 중요한 요소들의 범주 내에서 한정되어 있는 부분 단면도로서 도시되어 있다. 이 때 도관의 도면 부호는 1이며, 이 도관은 내연 기관의 흡기관의 직접적인 영역을 형성하거나 또는 내연 기관의 흡기관에 연결될 수 있는 독립 부재이기도 하다. 어느 경우에든 상기 도관(1)은 도면에 도시되지 않은 공기 필터의 하류에, 즉 청정 챔버에 위치한다. 이 공기 필터는 차량의 내연 기관의 흡입 공기를 여과하는데 이용되어 오물 입자나 액체가 흡기관 안으로 침투하는 것을 가능한 한 완전히 방지해야 한다. 예를 들어 크랭크 케이스 벤트 라인(71)이 상기 도관(1)에 연결되어 있다. 오일은 크랭크 케이스에 들어있는 오일의 팽창 때문에 가스 형태로 또는 미세한 오일 방울 형태로 연속적으로 크랭크 케이스 벤트 라인을 통해 내연 기관의 크랭크 케이스로부터 상기 도관 안으로 유입된다. 이 때 바람직하지 못하게 측정 요소(25)가 오일 입자로 오염되는 위험이 존재하게 된다. 유동상으로 상류에 위치하는 측정 요소(25)는 내연 기관이 동작하는 동안에는 단지 약간 더러워지며, 이는 흡입 공기의 유동 속도가 커서 오일이 역류할 수 없기 때문이다. 내연 기관이 동작하지 않게 되면, 흡입 유동이 없어져 크랭크 케이스의 가스-오일 혼합물이 팽창하여 사방으로, 즉 측정 요소(25)의 방향으로도 퍼질 수 있어 측정 요소를 오염시킬 수 있다.

유동 채널(4)을 에워싸고 있는 내벽(3)을 가지는 도관벽(2)이 상기 도관(1)에 있으며, 이 때 내연 기관의 흡입 공기는 화살표로 표시된 유동 방향(5)으로 상기 유동 채널을 따라 흘러간다. 상기 도관(1)에 도관 본체(8)가 배열되어 유동 방향(5)으로 향해 있고 예를 들어 도관(1)의 중심선(7)에 대해 동심으로 배열되어 있다. 상기 도관 본체(8)에 있는 벽(9)의 채널 내벽(10)은 도관 본체(8)의 관류 채널(11)을 제한하며, 유동 방향(5)으로 흡입되는 공기의 일부가 상기 도관 본체를 지나간다. 도관(1)의 내벽(3)과 도관 본체(8)의 벽(9) 사이에 유동 방향에 대해 수직 방향으로 향해 있으며, 이 때 판 형태의 평평한 형상을 가지는 2개 이상의 스트럿(12, strut)을 통해 도관 본체(8)가 고정되어 있다. 상기 스트럿(12)은 도관 본체(8)를 고정하는 외에도 도관(1)과 도관 본체(8)에 공기가 흐를 때 압력 강하를 향상시키므로, 관류 채널(11)을 통해 흐르는 공기량이 많아지고 다른 한편으로 스트럿(12)은 원하는 바대로 흡기 유동을 정류시킨다.

내연 기관에 의해 흡입되는 공기 체적은 도면에 도시되지는 않았지만 내연 기관의 흡기관 안에 도관 본체(8)의 하류쪽에 배열된 스로틀 밸브를 통해 자의적으로 변경될 수 있다. 흐르고 있는 가스-액상 혼합물에서 측정하려는 매개 변수는 흐르고 있는 가스-액상 혼합물의 시간 단위당 흐르는 체적(유동 체적)이며 예를 들면 내연 기관의 흡입 공기 체적이다. 상기 내연 기관의 흡입 공기 체적을 검출하기 위해 측정 본체(15)가 제공되어 있으며, 이것은 본질적으로 긴 직육면체 형상을 하며 종축(16)을 따라서 뻗어있다. 상기 종축(16)은 도관 중심선(7)에 대해 수직 방향으로 향해 있으므로 유동 방향(5)에 대해서도 수직 방향으로 향해 있다. 상기 측정 본체(15)는 도관벽(2)에 있는 고정 개구(17)와 도관 본체(8)의 벽(9)에 있는 끼움 개구(18)를 통해 부분적으로 끼워져 있으며 이의 측정 단부(19)는 관류 채널(11) 내로 튀어나와 있다. 이 때 예를 들어 설부 형상 플러그의 형태인 전기 커넥션을 수납하는 측정 본체(15)의 플러그 단부(22)는 도관(1) 바깥에 있다. 상기 도관 본체(8)의 끼움 개구(18)는 제1 벽 영역(23)에 형성되어 있으며 그 반대편에 종축(16) 방향으로 도관 본체의 제2 벽 영역(24)이 위치한다. 측정 본체(15)의 측정 단부(19)에 종래와 같이 적어도 하나의 측정 요소(25)가 제공되어 관류 채널(11)을 관류하는 공기와 접촉하여 내연 기관에 의해 흡입되는 공기양이 상기 측정 요소를 통해 결정된다. 상기 측정 요소(25)는 종래와 같이 열 결합된, 온도 의존적인 저항으로 형성될 수도 있다. 독일 특허 제43 38 891 A1호에 도시된 것처럼, 저항 요소가 형성되어 있는 유전 필름을 가지는 미세 기계 역학적(micromechanic) 부재로 상기 측정 요소(25)를 형성할 수도 있다.

흐르고 있는 가스-액상 혼합물에서 측정하고자 하는 다른 매개 변수는 예를 들어 이의 온도와 압력 등이다. 측정 요소(25)는 이를 위해 독일 특허 제42 37 224 A1호, 제43 17 312 A1호, 제197 11 939 A1호 또는 제197 31 420 A1호에 도시된 것처럼 형성될 수도 있다.

상기 측정 요소(25)에 바람직하지 않게 오염 입자나 액체가 제공되는 것을 억제하기 위해, 적어도 부분적으로는 측정 요소(25)의 상류쪽에 예를 들어 도관 본체(8)의 관류 채널(11) 내에 제1 보호 요소(28), 예를 들어 보호 스크린(29)이 배열되어 있다. 이 보호 스크린(29)은 예를 들어 합성수지로 형성되어 예를 들어 도관 본체(8)에 또는 도관(1)에 일체될 수 있다. 이는 상기 보호 스크린(29)과 도관 본체(8)를 사출 공정으로 제조함으로써 이루어진다. 이 보호 스크린의 또 다른 실시예도 가능하다.

상술한 바와 같이, 흡입 유동이 없는 경우, 주유동 방향(5)으로부터 유동 방향 반대 쪽으로 액체와 입자가 상기 측정 요소(25)에 도달하게 된다. 이는 적어도 하나의 응축 트랩(36)을 배열함으로써 방지된다. 상기 응축 트랩(36)은 유동 채널(4)의 일부재가 되어 액티브하게 냉각되므로, 액체가 응축된다. 응축 트랩(36)으로서 스크린처럼, 확대된 내면을 이용하며 액체의 응축을 양호하게 하는 요소(35)도 이용될 수 있다.

도관 본체(8)의 관류 채널(11)을 관통해 유동 방향(5)에 대해 수직 방향으로 지나가며 상기 측정 요소(25)에서 그리고 그 둘레에서 가능한 한 균일한 공기 유동을 보장하는데 이용되는 종래와 같은 유형의 정류기(38)가 도관 본체(8) 안에 있는 측정 요소(25)의 하류쪽에 배열되어 있다. 응축 트랩(36)으로서 이용하기 위해, 상기 정류기(38)는 종래 기술에 비해 유동 방향으로 예를 들어 약 2센티미터 정도 더 길거나 또는 복수의 정류기 채널(40)을 갖도록 구성된다. 상기 정류기(38)는 내면(42)을 가지는 복수의 정류기 채널(40)로 이루어진다. 이 내면(42)을 통해 한 편으로는, 예를 들어 오일 증기 또는 오일 습기에 대해 종래에 이용된 내벽 채널(10)보다 훨씬 더 큰 응축면이 이용된다. 다른 한 편으로는, 응축면이 도관 본체(8)의 유동 횡단면 전체에 걸쳐 분포되어 있으므로, 오일이 정류기(38)를 거의 통과할 수 없으므로 측정 요소(25)를 훨씬 더 적게 오염시킨다.

도2에는 본 발명에 따른 장치(50)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이하의 도면 설명에서 동일 부재 또는 동일 작용의 부재에 대해 도1과 동일한 도면 부호가 이용된다. 상기 정류기(38)는 도관 본체(8)를 넘어 확장되어 있으며 예를 들어 도관(2)의 내벽(3)까지 뻗어 있다. 이 예에서 중심선(7)에 대해 수직 방향으로 향해 있으며 끼움축(16)에 대해 평행한 평면에서 관류 횡단면이 상이한 정류기 채널(40)을 가지는 정류기(38)가 이용된다. 도관 본체(8)의 영역에서는 종래 기술에 비해 확대된 응축면이 이용되도록 정류기 채널(40)이 설계되어 있다. 상기 도관 본체(8) 둘레 영역에서, 개구(41)를 포함하는 정류기 채널(40)의 폭은 유동이 현저하게 영향받지 않을 정도의 크기를 갖는다. 예를 들면, 정류기(38)는 정류기 채널(40)들을 포함하며, 관류 채널(11)의 구역 내부에 존재하는 정류기 채널(40)들의 단면은 관류 채널(11)의 외부 구역에 존재하는 정류기 채널(40)들의 단면보다 더 작다. 그와 동시에 도관 본체(8)와 도관 벽(2)을 포함하는 정류기(38)가 통합되어 있으므로, 정류기(38)가 스트럿(12)의 기능을 맡는다.

도3에는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 상기 보호 그리드(29)는 측정 요소(25)와 도관 본체(8)의 상류쪽에 유동 채널(4)의 횡단면 전체에 걸쳐 있다. 도관 본체(8)의 관류 채널(11)의 입구(61) 높이에, 즉 보호 그리드(29)의 하류 쪽에 적어도 하나의 제2 정류기(55)가 배열되어 있다. 이 예에서는 제2 정류기(55) 하나만이 있다. 측정 요소(25)에 액체나 고체 입자가 제공되는 것을 감소하는데 이용되는 제2 보호 요소(58)가 상기 제2 정류기(55)에 통합되어 있으므로, 이는 입구(61)의 횡단면 전체를 커버하며 입구(61)에 직접 인접해 있다. 제2 보호 요소(58)는 예를 들어 다시 보호 그리드일 수 있다. 보호 반파이프(65)가 상류쪽에서 직접 입구(61)에 연결되어 있으며 축방향으로 보호 그리드(29)까지 뻗어있다. 이 때, 상기 보호 반파이프(65)는 보호 그리드(29)로부터 입구(61)로 흘러가는 액체 및 고체 입자가 상기 보호 반파이프(65)의 외면부에 부딪치도록 위치되므로, 상기 액체 및 고체 입자는 도관 본체(8)에 유입되어 측정 요소(25)에 도달하지 않게 된다.

도4에는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도3과 반대로 도4의 보호 그리드(29)는 부분적으로 제2 보호 요소(58)가 일체되어 있는 또 다른 제2 정류기(55)로서 형성되어 있다. 제2 보호 요소(58)는 주 유동 방향(5)으로 볼 때 도관 본체(8)의 입구(61)에 정렬되어 이를 커버한다.

도3과 도4에 따른 장치들은 액체와 고체 입자에 대한 향상된 여과율을 보장하며, 측정 요소(25), 예를 들어 자동차의 내연 기관의 공기 체적계의 더 오랜 수명을 보장한다. 이 장치들의 측정 본체(15), 도관 본체(8), 도관(1), 보호 반파이프(65) 또는 정류기(38, 55) 및 또 다른 부재들이 예를 들어 합성수지나 금속으로 이루어질 수 있다.

Claims (12)

1. 내연 기관의 흡입 공기 도관에서 유동하는 가스 입자와 적어도 하나의 액체를 포함하는 가스-액상 혼합물의 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 장치이며,

   상기 도관에서 연장하며 관류 채널을 구비하는 도관 본체와,

   관류 채널에 위치되고 가스-액상 혼합물이 감싸고 흐르는 측정 요소와,

   적어도 하나의 액체를 포획하고 측정 요소 하류쪽에 배열되는 응축 트랩을 포함하며,

   응축 트랩은 정류기를 포함하며,

   정류기는 상기 도관의 전체 단면을 점유하며, 정류기는 정류기 채널들을 포함하며, 관류 채널의 구역 내부에 존재하는 정류기 채널들의 단면은 관류 채널의 외부 구역에 존재하는 정류기 채널들의 단면보다 더 작은, 가스-액상 혼합물의 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 보호 요소가 상기 도관에서 측정 요소의 상류쪽에 위치되어, 측정 요소에 액체 입자 및 고체 입자 중 적어도 하나가 공급되는 것을 감소시키며, 상기 적어도 하나의 보호 요소는 상기 도관 및 도관 본체 중 적어도 하나에 위치된 보호 그리드를 포함하는, 가스-액상 혼합물의 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 장치.
3. 내연 기관의 흡입 공기 도관에서 유동하는 가스 입자와 적어도 하나의 액체를 포함하는 가스-액상 혼합물의 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 장치이며,

   상기 도관에서 연장하며 관류 채널을 구비하는 도관 본체와,

   관류 채널에 위치되고 가스-액상 혼합물이 감싸고 흐르는 측정 요소와,

   적어도 하나의 액체를 포획하고 측정 요소 하류쪽에 배열되며 제1 정류기를 포함하는 응축 트랩과,

   상기 도관에서 측정 요소 상류쪽에 위치된 제2 정류기를 포함하며,

   상기 제2 정류기는 관류 채널의 구역 내부에서 측정 요소에 액체 입자 및 고체 입자 중 적어도 하나가 공급되는 것을 감소시키는 적어도 하나의 제2 보호 요소를 포함하며, 상기 제2 보호 요소는 보호 그리드인, 가스-액상 혼합물의 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 장치.
4. 내연 기관의 흡입 공기 도관에서 유동하는 가스 입자와 적어도 하나의 액체를 포함하는 가스-액상 혼합물의 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 장치이며,

   상기 도관에서 연장하며 관류 채널을 구비하는 도관 본체와,

   관류 채널에 위치되고 가스-액상 혼합물이 감싸고 흐르는 측정 요소와,

   적어도 하나의 액체를 포획하고 측정 요소 하류쪽에 배열되는 응축 트랩과,

   측정 요소 및 도관 본체 상류쪽에서 연장되는 보호 그리드를 포함하며,

   상기 도관 본체는 주 유동 방향으로 입구를 포함하며, 상기 입구의 상류쪽에 적어도 하나의 보호 반파이프(half-pipe)가 제공되며, 상기 보호 반파이프는 외면부를 구비하며, 상기 보호 반파이프는 상류쪽에서 직접 상기 입구에 연결되어 축방향으로 보호 그리드까지 뻗어있으며,

   상기 보호 반파이프는 보호 그리드로부터 입구로 흘러가는 액체 및 고체 입자가 상기 보호 반파이프의 외면부에 부딪치도록 위치되는, 가스-액상 혼합물의 적어도 하나의 매개 변수를 결정하기 위한 장치.
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