KR19990036335A - 유동 매질량 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도에 좌우되는 측정 장치를 사용하여 맥동하는 유동 매질의 양을 측정하기 위한 장치에 관련된 것이다. 상기 장치(1)는 유입부(35)에서 출력구(36)로 연장되어 있는 하나의 측정 채널(30)을 구비하며, 이 배출부에는 전환 채널(31)의 제 1 부재(32)가 연결되어 있고, 이 제 1부재 안으로 매질이 출구(36)에서 흘러나와 상기 전환 채널(31)의 제 2 부재(33)에 배치된 측면(45)에 의해 방향전환한다. 상기 전환 채널(31)의 제 1 부재(32)의 측면(45)은 측정 채널(30)에서의 유동 방향(29)에 대해 경사지도록 구성된다. 본 발명은, 특히 내연기관으로의 흡입 공기량을 측정하기 위한 장치이다.

Description

유동 매질량 측정장치

이미 측정 채널내에 내장된 온도에 좌우되는 측정부재를 구비한 장치가 공지되어 있다(DE-OS 44 07 209). 상기한 측정 채널은 장치내에서 유입부쪽에서 S-형 전환 채널이 연결된 배출부쪽으로 신장되어 있다. 상기 전환 채널은 제 1 부재 및 제 2 부재를 결합시킨다. 상기 제 1 부재는 정4각 모서리를 갖고 있고 측면이 제 2 부재 안으로 단계적으로 유입된다. 상기 유동 매질은 측정 채널의 배출부에서 바로 유체단면이 측정 채널보다 더 큰 전환 채널의 상기 제 1 부재안으로 유입된다. 이로써 갑작스로운 상기 제 1 부재로의 계단식 유체천이가 이루어진다. 이어서 상기 매질은 제 1 부재에서 모서리를 돌아 제 1부재의 측면을 따라 수직으로 연결된 상기 전환 채널 제 2 부재안으로 유입되어 상기 장치를 돌아 흐르는 매질과 혼합되도록 배출부에서 분리된다.

내연기관에 있어서 상기 개별 실린더들의 유입밸브를 개방/폐쇄함으로써 유동에 있어서 천이 및 맥동이 일어난다. 그 강도는 각 피스톤의 흡입주파수에 따라 즉 내연기관의 회전수에 따라 달라진다. 상기 유동의 맥동은 유입밸브에서부터 흡입파이프를 거쳐 측정 채널내부의 측정부재에까지 그리고 그뒤로 계속 이어진다. 상기 맥동은 맥동의 강도에 따라 측정부재의 열전도성과 방향감지성에 의해 측정결과를 제공하는 역할을 하는데 이 측정결과는 측정 채널의 중앙부에서 발생하는 유동속도에 따라 그리고 그 속도로 인해 산출가능한 내연기관의 흡입공기질량에 따라 달라질 수도 있다. 상기 측정 채널 및 전환 채널의 규모는 흡입파이프안에 들어있는 맥동시킬 유동에 있어서 유동천이 때문에 발생하는 측정부재의 표시에러가 최소가 되도록 정한다. 그러나 맥동주파수 내지 특정한 맥동진폭이 높을 경우에 전환 채널안에서의 유동음향적인 과정으로 인해 흡입공기량에 있어 표시에러를 낳게 될 수도 있다. 이러한 표시에러는 맥동시킬 흐름에서 측정부재의 흐름쪽으로 측정 채널의 출구와 전환 채널의 제 1부재측 모서리 사이의 단계부에서 유도 래밍(압력파장)이 발생할 수 있는데, 이 유도래밍은 상기 전환 채널의 측면에서 모서리에 반사되어 반작용효과에 의해 상기 측정부재의 측정신호를 방해한다.

본 발명은 청구범위 1항의 특징에 따라 유동 매질의 양을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성된 장치의 측면을 도시한 부분 단면도.

도 2는 도 1의 II-II선을 따라 취한 단면도.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 구성된 장치의 단면도.

그에 반하여, 청구항 1항에 특징지워진 요지들을 포함한 본 발명에 따른 유동 매질량 측정장치는 천이하는 또는 맥동하는 흐름에 따라서 거의 동일한 정밀한 측정결과를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 특히 특징적인 점은 전환 채널 제 1부재의 측면들간의 측정 채널 배출부쪽으로의 간격을 변화시킴으로써 측정 채널 및 전환 채널로 이루어진 전체 채널의 규모에 손상이 가지 않도록 하여 상기 장치의 간단한 구성을 유지할 수 있다는 점이다.

종속항에서 구현된 요지들을 통해 청구항 1항에 제시된 상기 장치의 바람직한 재구성 및 개선이 가능하다.

특히 유익한 점은 전환 채널내에 있는 외부흐름을 위한 흡입파이프 내부의 흐름결합이 개구부 형태로 되어 있어서 사실상 기존에 있던 전환 채널내의 압력파장의 잔류간섭을 이용해 완전히 차단시킴으로써 더욱 개선된 측정결과를 얻는다. 나아가 상기 장치는 측정 채널내에 발생한 난류(亂流)에 의해 발생가능한 측정신호 노이즈를 현격하게 감소시킨다.

본 발명의 실시예들은 도면에서 간략하게 도시되어 있고 아래의 설명에서 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 참조번호 1 로 표시된 장치 측면의 부분적인 단면도이다. 상기 장치는 유동 매질의 양, 특히 내연기관의 흡입공기량을 측정하는데 사용되는 장치이다. 상기 장치(1)에는 바람직하게는 종축(10) 방향으로 방사상으로 뻗은 4각형 구조이며 벽(5)에서 오목하게 들어간 흡입파이프(7)의 개구부(6)안으로, 예를 들어 플러그와 같이 꼽을 수 있게 유입되는 슬림부가 있다. 상기 장치(1)는 압축링(3)을 이용해서 벽(5)내에 밀폐되거나, 예를 들어 도면에는 자세히 도시되지 않은 나사결합을 통해 상기 벽과 연결된다. 도면에 해칭된 벽(5)은 예를 들어 실린더형으로 구성된 흡입파이프(7) 부분인데, 이 파이프를 통해 상기 내연기관이 자세히 도시되지 않은 공기필터를 거쳐 공기를 주위로부터 흡입할 수 있게 된다. 상기 흡입파이프(7)의 벽(5)은 흐름단면을 제한한다. 이 흐름단면은 실린더형 흡입파이프(7)일 경우에는 거의 원형으로 둥근 단면을 갖는데, 그 가운데에는 축방향으로 상기 벽(5)에 평행하게 중앙축(11)이 신장되어 있는데, 이 중앙축은 상기 길이축(10)에 수직으로 향하고 있다. 상기 장치(1)는 아래에서 측정부(17)로 표시된 부분이 흐르는 매질안으로 튀어나와 있다. 이때 상기 측정부(17)는 예를 들어 상기 흡입파이프(7)의 중간을 거치도록 신장되어 있고 일면에서부터 돌출면에 놓여있는 중앙축(11)을 통해 대칭으로 분할된다. 이로써 측정부(17)내에 장착되는 온도에따라 달라지는 측정부재(20)가 벽(5) 경계상의 방해요인들에 영향받지 않고 유입될 수 있다. 도 1 내지 도 3에 따른 실시예들에서 상기 매질은 우측에서 좌측으로 흐른다. 이 때의 유동 방향은 화살표(29)에 상응한다.

상기 장치(1)는 일측이 측정부(17), 캐리어부(18) 및 고정부(19)로 이루어져 있고, 예를 들어 플라스 분사 주조기술에 따라 플라스틱으로 제조된다. 상기 측정부재(20)는 예를 들어 기판형태로 구성되어 있으며 배경기술에서와 마찬가지로 DE-OS 36 38 138에 제시된 것과 같은 하나 또는 다수개의 온도에 따른 저항(28)을 포함하고 있다. 이 저항들은 저항층의 형태로 이른바 열층저항(hot film resistor)으로서 캐리어 보디(22)역할을 하는 기판형 세라믹 기판위에 증착된다. 또한 도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼 예를 들어 DE-OS 43 38 891에 제시된 기술처럼 상기 측정부재(20)를 이른바 마이크로기계 구성블록 형태로 구성할 수 있다. 상기 측정부재는 이 때 외부식각을 통해 형성되는 가장 얇은 두께를 지닌 멤브레인 형태의 센서영역을 지닌 캐리어 보디(22)를 포함하며 다수개의 마찬가지로 외부식각을 통해 형성되는 저항층, 즉 적어도 하나의 온도에따라 좌우되는 측정저항(28)과 예를 들어 하나의 열저항을 이루는 저항층들을 포함하고 있다. 상기 측정부재(20)는 또한 적어도 하나의 기판형태의 예를 들어 세라믹으로 이루어진 캐리어 보디(22)와 적어도 하나의 열에 좌우되는 저항(28)으로 구성되어 있다. 상기 캐리어 보디(22)는 일례로 금속으로 이루어진 수납부(23)의 저장부(34)안으로 다발형태로 내장되는데 예를 들어 접착과 같은 방법으로 고정된다. 상기 수납부(23)는 상기 흐름(29)쪽으로 연장된 바람직하게는 경사지게 구성된 전방측모서리를 갖는다. 상기 측정부재(20)의 개별 저항층(28)들은 상기 장치(1)의 내부에 진행하는 연결파이프(25)에 의해 도 1에 실선 표시된 전자 평가회로(25)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 평가회로는 예를 들어 브리지와 같은 저항측정회로를 포함한다. 상기 평가회로(25)는 예를 들어 상기 장치의 캐리어부재(18) 또는 고정부재(19)내에 장착된다. 상기 평가회로(25)가 예를 들어 캐리어부(18)내에 장착되게 되면, 이 평가회로는 냉각보디와 같은 부재를 이용하여 상기 흡입파이프(7)내에서 흐르는 매질을 냉각시킬 수 있게 된다. 상기 고정부(19)에 있는 플러그 결합부(26)를 사용하여 상기 평가회로(25)에서 인가된 전기 신호들은 예를 들어 또 하나의 평가용 전자 제어기기로 인가된다. 온도에 따라 좌우되는 측정부재의 기능 및 구조를 구현하는데 대한 설명은 당업자에게 있어서 종래기술을 통하여 알 수 있는 사항이므로 여기서는 생략하기로 하겠다.

도 1의 II-II선을 따라 절개한 단면도인 도 2에 도시된 바와 마찬가지로, 상기 장치(1)의 측정부(17)는 4각형구조를 지니며 측정 채널(30)을 갖는다. 상기 측정부는 측정 채널(30)의 가운데부분에 연장된 측정 채널축(12)을 따라서 예를 들자면 직각형태의 단면을 지닌 유입부(35)로부터 예를 들어 마찬가지로 직각형의 단면을 지닌 배출부(36)에까지 신장되어 있다. 상기 장치(1)는 흡입파이프(7)내에서 바람직하게는 상기 측정 채널축(12)이 중앙축(11)에 평행하도록 내장되어 있다. 그러나 도 2에서 실선표시된 측정 채널축(12')에 도시된 바와 같이 상기 장치(1)를 회전된 고정위치로 내장하는 것 역시 가능하다. 이로써 상기 측정 채널축(12')은 중앙축(11)과 몇도의 각도만 둘러싸일 뿐이다. 도 1에 도시된 바와 같이 상기 측정 채널(30)은 S-형태를 가진 전환 채널(31)안으로 천이되어 들어간다. 상기 측정 채널(30)은 중앙축(11)으로부터 떨어진 면(37) 및 중앙축(11)에 인접한 하부면(38)과 아울러 두 개의 도 2에 도시된 측면(39,40)에 의해 경계지워진다. 도 1에 따른 실시예에 있어서 상기 측정 채널축(12)이 있는 측정 채널(30)은 중앙축(11)에 편심되어 설치되어 있다. 그러나 도 3에서 본 발명에 따른 상기 장치(1)의 제 2 실시예에 도시된 것처럼 상기 측정 채널축(12)을 포함하는 상기 측정 채널(30)을 흡입파이프(7)의 중앙축(11) 영역에 편심하여 또는 그 중앙축 영역내에 설치할 수 있다. 상기 기판형 측정부재(20)를 위한 수납부(23)는 측정부재(20)를 포함한 수납부(23)가 상기 측정 채널축(12)에 거의 평행하게 연장된 양 측면(21)에 매질이 순환하여 흐르도록 일측의 표면(17)측 캐리어부(18)내에 고정되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 측정 채널(30)의 양측면(39,40)는 상기 측정 채널축(12)과 길이축(10)중의 하나에 경사지도록 신장된 면(14)으로 연장되어 있고, 상기 측정 채널(30)이 출구(36) 수평단면을 최소로 하여 상기 순환링크채널(31)의 제 1 부재(32)로 통할 수 있도록 유동 방향으로 볼 때 축상으로 뾰족해짐으로써 상기 신장된 면과 더불어 예각을 이룬다. 이 때 상기 측정부재(20)는 측정 채널(30)의 가장 좁은 지점으로 거슬러 올라가서 또 측정 채널(30)내 배출부(36)로 거슬러 올라가서 상기 수납부(23)내에 장착되어 있다. 상기 측정 채널(30)의 흐르는 방향(29)으로 갈수록 뾰족해지는 구성은 측정부재(20) 영역내에서 가능한 한 방해받지않고 마찬가지로 평행한 흐름이 이루어질 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기 측정 채널(30)의 유입부 영역 내에서 흐름이 끊기는 것을 방지할 수 있도록, 상기 측정 채널(30)의 유입영역은 도 1에 도시된 끝없는 측면(42)를 갖고 있다.

본 발명에 따르면 배출부(36)의 돌출부에서 유동 방향(29)으로 맞은편 우회링크채널(31) 위에 놓인 상기 전환 채널(31)의 제 1 부재(32)의 측면(45)은 유동 방향(29)으로 연장되어 있지 않고 오히려 상기 측정 채널축(12) 및 측면(45)에 의해 이루어진 경사각(α), 바람직하게는 약 45°를 이루도록 기울게 구성되어 있다. 또한 측면(45)이 약 30-60°사이인 경사각(α)을 이루도록 구성하는 것도 가능하다. 도 1에 도시된 바와 같이 상기 측면(45)의 아래쪽으로 내려가서 상기 제 1 부재(32)에서 이 부재에 수직으로 또는 상기 길이축(10)에 수직으로 전환 채널(31)의 제 2 부재(33)가 연결되어 있다. 상기 경사진 측면(45)은 상기 측정 채널(30)의 배출부(36)에서 상기 제 1 부재(32)로 유입된 매질이 측면(45)을 따라 제 2 부재(33)로 전환한다. 상기 측면(45)의 길이축(10) 방향 폭(br)은 상기 측정 채널(30)의 길이축 방향 폭(b)보다 작다. 그러나 상기 측면(45)의 폭(br)을 측정 채널(30) 폭(b)에 맞추어 구성하는 것도 가능하다. 그러나 상기 측면(45)의 폭(br)은 최소한 상기 측정 채널(30) 폭(b)의 2/3는 되어야 한다. 도 2에 도시되어 있듯이 상기 측면(45)은 폭(br)에 수직을 이루는 깊이(tr)을 갖고 있는데, 이 깊이(tr)는 특히 유입부(35)측의 폭(b)에 수직을 이루는 측정 채널(30) 깊이(t)에 상응하는 것이다. 그러나 상기 측면(45)의 깊이(tr)가 상기 측정 채널(30) 유입부(35)의 깊이(t)보다 작도록 구성하는 것 역시 가능하다. 이 측면(45)에 이어서 상기 제 1 부재(32)의 벽이 축방향(10)으로 연장되어 있다.

제 1 부재(32) 및 제 2 부재(33)가 합해진 전환 채널(31)은 직각 단면을 갖는다. 이 직각단면은 상기 측정 채널(30)의 유입부(35)의 단면에 상응하는 것이다. 이로써 측정 채널(30)과 전환 채널(31) 사이의 배출부(36)에서의 흐름단면은 어떤 한 단계(43)에서 갑자기 커진다. 상기 측정 채널(30)내에 흐르는 매질은 배출부(36)의 흐름 아래쪽으로 흘러 우선은 제 2 부재(32)안으로 흘러서 상기 측면(45)에서 전환하여 이 측면에서 제 2 부재(33)안으로 계속 흐른다. 도 1 및 3에 표시된 화살표(46)로 도시한 바와 같이 상기 매질은 그 다음에 제 2 부재(33) 및 배출개구부(47)를 거쳐 사실상 유동 방향(29)에 수직을 이루어 다시 흡입파이프(7)안으로 유입된다. 상기 배출개구부(47)는 상기 전환 채널(31)에서와 마찬가지로, 예를 들어 그 수평단면형태가 직각형태를 이루고 있으며 측정 채널축(12)에 평행을 이루는 측정부(17)의 하부 외측면(50)을 구비한다. 도 1 및 3에 도시된 바와 같이 상기 직각형 배출개구부(47)의 우측에서 상기 하부 외측면(50)에 수직을 이루도록 흐름(29)에 대향하는 상기 측정부(17) 측면(42)이 연결되어 있는데, 이 측면은 상기 측정부(30) 유입부(35)를 흐름쪽으로 거슬러 올라가서 측정 채널(30)의 하면(38)쪽으로 상기 유입부(35)에까지 연장되어 있다.

상기 전환 채널(31)의 측면(45)의 경사진 구성은 측정 채널(30)의 배출부(36)에서 나오는 흐름내에서 발생하는, 예를 들자면 소용돌이나 또는 압력파와 같은 형태의 간섭이 상기 측면(45)에 반사되도록 하는 역할을 한다. 이 때 상기 소용돌이 내지는 압력파의 형성지점에 따라서 상기 길이축(10) 방향으로 연장된 단계(43) 내지는 배출부(36) 폭만큼 상기 측면(45)에 대하여 다른 간격이 형성된다. 이로써 상기 폭을 따라 형성된 개별 소용돌이 내지는 압력파들은 일시적으로 옵셋되어 상기 측면(45)에 반사된다. 그 결과로 소용돌이가 자신의 방향으로 전환되어 상기 측정부재(20)에 대한 간섭작용이 전체적으로 감쇄된다. 이 때 흐름이 맥동할 시에 특별히 발생하는 측정부재(20)의 오류횟수를 현격하게 줄이거나 아예 방지할 수 있게 된다.

도 3의 본 발명의 제 2 실시예에서는 모든 동일한 또는 동일한 작용을 하는 유닛들에 대해서는 도 1 및 도 2와 같은 도면부호로 표시하였다. 도 3에서 상기 측면(45)의 아래쪽으로 개구부(55)가 전환 채널(31)내에 도시되어 있는데, 예를 들어 보링과 같은 형태를 지니는 상기 개구부는 전환 채널(31)내의 유동 매질을 흡입파이프(7)의 외부쪽으로 연결시키는 역할을 한다. 상기 개구부(55)는 측정부(17)의 측벽(27)중의 한 벽으로 이루어진 동위상 영역이 전환 채널(31)의 제 1 부재(32)에서 제 2 부재 안으로 연장되어 있는, 예를 들자면 원형의 둥근 보링으로 구성되어 있다. 도 3에서 실선으로 도시된 바와 같이 상기 개구부(55)는 상기 측정부(17)의 하부 외측면(15)에서 진행하여 제 2 부재(33)로 연장되어 있다. 상기 개구부(55)는 몇 밀리미터, 예를 들어 2mm의 개구직경을 갖고 있다. 물론 여러개의 개구부(55)가 있을 수도 있다. 적어도 하나의 개구부(55)를 통해서 전환 채널(31)로 이루어진 공진공간은 상기 흐름의 아래쪽에서 측정 채널(30)의 배출부(36)에서 방출된 압력파들에 있어 압력조정을 통해 측면(45)에 반사되는 압력파들이 약화되는데 영향을 미친다. 이 때 적어도 하나의 개구부(55)의 단면 크기를 통해 상기 공진공간의 고유주파수를 상기 측정부재(20)에서 나오는 측정결과를 좀 더 향상시킬 수 있는 방식에 따라 상기 방출된 압력파 주파수에 맞춘다.

그 밖에도 상기 적어도 하나의 개구부는 전환 채널(31)내의 흐름의 압력을 흡입파이프(7)내의 흐름쪽으로 조정함으로써 약화되었지만 여전히 존재하는 전환 채널(31)의 압력파들을 흡입파이프(7)안으로 들여와 상기 측정부재(20)에서 나오는 측정결과에 악영향을 미치지 않고 상쇄시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 매질이 장치내의 유입부쪽으로부터 배출부로 흘러나와 제 1 부재로 흘러들어가고 상기 제 1 부재의 측면을 돌아 전환 채널의 제 2 부재안으로 전환해 들어가도록 구성된 전환 채널과 제 1 부재에 연결된 배출부까지 연장되어 있는 하나의 측정 채널내에 장착되어 있는 유동 매질을 전환시키고 온도에 좌우되는 측정부재를 포함하는 유동 매질, 특히 내연기관으로부터의 흡입공기의 양을 측정하기 위한 유동 매질량 측정장치에 있어서,

   상기 전환 채널(31)의 제 1 부재(32)의 측면(45)은 출구 돌출부(36)내에서 유동 방향으로 상기 제 1 부재(32)의 맞은편 벽면에 있고, 측정 채널(30)에서의 유동 방향(29)에 대해 기울어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 매질량 측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 측면(45)은 깊이(tr)와 깊이에 수직으로 연장된 폭(br)을 갖는데, 이 폭은 상기 측정 채널(30)의 유입부(35)의 폭(b)에 대응하는 것을 특징으로 하는 유동 매질량 측정장치.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 측면(45)과 유동 방향(29)이 측정 채널(30)내에서 이루는 경사각(α)은 30 내지 60°인 것을 특징으로 하는 유동 매질량 측정장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 경사각(α)은 45°인 것을 특징으로 하는 유동 매질량 측정장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 측면(45)의 폭(br)은 상기 측정 채널(30)의 폭(b)의 2/3 이상인 것을 특징으로 하는 유동 매질량 측정장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 측면(45)은 폭(br)과 이 폭에 수직으로 연장된 깊이(tr)를 가지며, 상기 측면(45)의 깊이(tr)는 상기 측정 채널(30)의 유입부(35)측 깊이(t)에 대응하는 것을 특징으로 하는 유동 매질량 측정장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 전환 채널(31)의 제 1 부재(32)에는 제 2 부재(33)가 유동 방향(29)으로 연결되고, 상기 제 1 부재(32) 또는 제 2 부재(33)내에는 하나 이상의 개구부(55)가 형성되는데, 이 개구부는 상기 장치(1)를 전환하여 흐르는 매질로 연결되는 개구부인 것을 특징으로 하는 유동 매질량 측정장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 하나 이상의 개구부(55)는 측벽(27) 및 상기 장치(1)내의 측정 채널(30)이 형성된 측정부(17)의 하부 외측면(50)으로 통하는 것을 특징으로 하는 유동 매질량 측정장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 측정 채널(30)은 직각형태의 단면을 갖는데, 이 채널은 유입부(35)에서 배출부(36)쪽으로 갈수록 뾰족해지는 것을 특징으로 하는 유동 매질량 측정장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 전환 채널(31)은 직각형태의 단면을 갖는데, 제 1 부재(32)의 흐름단면은 상기 측정 채널(30)의 배출부(36)의 흐름 하류쪽이 갑자기 확대되는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 매질량 측정장치.