KR20020000634A - 유동 매체의 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위한 장치 - Google Patents

유동 매체의 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위한 장치 Download PDF

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KR20020000634A
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뮐러볼프강
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 매체 흐름 속에 있는 하나 이상의 측정 부재로 관 내로 흐르는 매체, 특히 내연기관 흡입 공기의 하나 이상의 파라미터, 특히 체적 흐름을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.
선행 기술에 따르면, 관 내로 방사방향으로 연장된 관 횡단면 축소부가 휘파람 잡음으로 감지될 수 있는 음향적 장애를 일으킨다.
관(14)의 횡단면을 균일하게 감소시키기 않는 본 발명에 따른 축소부(35, 40, 70)는 음향적으로 휘파람 잡음으로 감지될 수 있는 링형 소용돌이를 일으키지 않는다.

Description

유동 매체의 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위한 장치{Device for measuring at least one parameter of a flowing medium}
DE 196 52 753 A1호에는 측정 부재의 상류측에 그리드를 가진 흐름 조정기를 포함하는 유동 매체의 질량을 측정하기 위한 측정 부재를 구비한 장치가 공지되어 있다.
DE 197 38 337 A1호 또는 US-PS 5,892,146호에는 가열선 공기량 측정기가 공지되어 있다. 상기 측정기는 측정 부재의 상류측에 블라인드를 가지며, 상기 블라인드는 관의 벽과 일체로 형성된다. 이것은 관의 축소부를 야기시키고, 흐름을 파괴하지 않으면서, 블라인드 하류측에서 그리고 블라인드 직경의 내부에서 맥동 흐름시 전진 질량 흐름의 속도를 증가시킨다.
전술한 간행물의 장치에서 링형 축소부는 유동 비율이 일정할 때 관 내에서 휘파람 잡음으로 감지될 수 있는 음향적 장애를 일으킬 수 있다.
이러한 장애는 상기 축소부의 에지 후방 하류측에서 발생하며 관의 유동 방향으로 퍼지는 링형 소용돌이에 의해 유발된다.
DE 198 156 58 A1호에는 관 내에 흐르는 매체의 질량을 측정하기 위한 측정 부재를 구비한 장치가 공지되어 있다. 여기서는 관 내에 하나의 흐름 관이 배치되고 상기 측정 부재가 상기 흐름 관 내에 배치된다. 상기 휘파람 잡음은 흐름 관의 정면에 있는 홈에 의해 감소된다.
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른, 관 내로 흐르는 매체의 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 하나 이상의 본 발명에 따른 방지 부재가 배치된 흐름 조정기 및 그리드를 가진 본 발명에 따른 장치.
도 2a, 2b는 도 1에 일점 쇄선으로 표시된 부분의 확대도.
도 3a 내지 3d는 방지 부재의 다수의 실시예.
도 4는 파이프 바디를 가진 본 발명에 따른 장치.
청구항 제 1 항의 특징을 가진 본 발명에 따른 장치는 간단한 방식으로 음향적 장애를 피할 수 있다는 장점을 갖는데, 그 이유는 장애 방지 부재에 의해 링형 소용돌이의 형성이 감소되기 때문이다.
청구의 범위 종속항에 제시된 조치에 의해 청구항 제 1 항에 제시된 장치의 바람직한 개선이 이루어질 수 있다.
하나 이상의 방지 부재가 흐름 조정기의 지지체 관과 또는 제 2 지지체 관 내에 통합되는 것이 바람직한데, 그 이유가 그로 인해 제조가 간소화되기 때문이다.
흐름 조정기 또는 지지체 관이 없으면, 하나 이상의 방지 부재가 관의 벽 내에 통합되는 것이 간단한 제조를 위해 바람직하다.
방지 부재의 바람직한 배치는 그것이 관의 둘레 방향으로 균일하게 분포되고 동일한 형상을 갖는 것인데, 그 이유는 그로 인해 유속의 프로파일이 왜곡되지 않기 때문이다.
간단한 제조를 위해, 하나 이상의 방지 부재가 돌출부로서 관 내에 형성되는 것이 바람직하다.
방지 부재의 바람직한 디자인은 관의 중심선에 대해 방사방향 간격이 상이한 여러 섹션을 가진 블라인드에 의해 주어진다.
방지 부재가 주 유동 방향과 반대로 라운딩되는 것이 바람직한데, 그 이유는 그로 인해 유속의 프로파일이 왜곡되지 않기 때문이다.
유체 또는 고체 입자의 공급에 의해 야기되는, 측정 부재의 측정 특성 곡선 편차를 피하기 위해, 관 내에 파이프 바디를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
보호 그리드가 관 내에 또는 파이프 바디 내에 통합되는 것도 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1에는 관(14)내로 흐르는 매체, 특히 내연기관 흡입 공기의 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위한 장치(1)의 부분 단면도가 도시된다. 유동 매체의 파라미터는 예컨대 적합한 센서에 의해 측정되는, 질량 검출을 위한 체적 유량, 온도, 압력 또는 유속이다. 물론, 다른 파라미터의 측정을 위해서도 장치(1)가 사용될 수 있다.
유동 매체로는 공기, 가스 혼합물 또는 유체가 있다. 내연 기관으로는 예컨대 외부 점화식 혼합물 압축 내연기관 또는 자체 점화식 공기 압축 내연 기관이 있다. 장치(1)는 하나 이상의 측정부(4)를 갖는다. 상기 측정부(4)는 예컨대 장치(1)의 측정 연결부(7)내에 삽입되고, 그 안에 측정 부재(25)를 갖는다. 상기 측정 부재(25)는 예컨대 DE 42 28 484 A1호에 공지된 바와 같은 온도 센서, DE 34 35 794 A1호에 사용되는 바와 같은 압력 센서 또는 상응하는 파라미터를 검출하는 공기량 센서일 수 있다. 여러 센서의 예로서, 여기서는 공기 체적 유량 센서가 선택된다.
측정부(4)는 예컨대 삽입 축선(10)의 방향으로 길게 뻗은 바아형 사각형 형상을 가지며, 측정 연결부(7)의 벽(13)내에 형성된 개구내로 삽입될 수 있다. 벽(13)은 내벽(15)을 가지며, 관(14)의 흐름 횡단면을 제한한다. 관(14)은 예컨대 원형 횡단면을 가지며, 그 중심에서 중심 축선(21)이 유동 매체의 방향(18)으로, 즉 벽(13)에 대해 평행하게 연장된다. 상기 중심 축선(21)은 삽입 축선(10)에 대해 수직으로 배치된다. 유동 매체의 방향은 도 1에서 화살표(18)로 표시되고 좌측으로부터 우측으로 향한다.
측정 부재(25)는 측정부(4)와 함께 유동 매체 내에 삽입된다. 장치(1)의 측정부(4)내에는 측정 채널(27)이 형성된다. 상기 측정 채널(27)내에는 측정 연결부(7)내에 흐르는 매체를 측정하기 위한 측정 부재(25)가 배치된다. 측정 부재(25)를 가진 상기 방식의 측정부(4)의 구성은 예컨대 DE-OS 제 44 07 209호에 충분히 공지되어 있으며, 그 공개 내용은 본 출원서의 구성 부분이 될 수 있다.
측정 부재(25)의 상류에 그리드(32) 및 슬리브형 흐름 조정기(30)가 제공된다. 상기 조정기는 예컨대 지지체 관(33)에 고정된다. 지지체 관(33)은 관(14) 보다 작은 내경을 가지므로 횡단면 축소부(35)를 형성한다.
흐름 조정기(30)는 예컨대 플라스틱으로 이루어지고 예컨대 사출 성형에 의해 제조되며 유동 방향으로 연장된 다수의 직사각형 개구(34)를 갖는다.
그리드(32)를 가진 이러한 방식의 흐름 조정기(30)의 구성은 예컨대 DE 196 52 753 A1호에 공지되어 있으며, 그 공개 내용은 본 출원서의 구성 부분이 될 수 있다. 흐름 조정기(30)의 지지체 관에는 하나 이상의 음향 방지 부재(40)가 통합되어 배치된다.
장치(1)의 최종 조립을 위해, 흐름 조정기(30) 및 그리드(32)로 형성된 조립 유닛은, 흐름 조정기(30)의 링형 벽(50)이 개구(47)의 횡단면을 축소시키는 측정 연결부(7)의 스토퍼(52)에 접할 때까지, 측정 연결부(7)의 상류측 단부에 제공된, 예컨대 원형 개구(47) 내로 삽입된다.
개구(47)내에 흐름 조정기(30)를 영구 고정시키기 위해, 상기 조정기가 지지체 관(33)에 예컨대 외부면(55)으로부터 약간 방사방향 외부로 돌출한 바브(barb)형 후크 부재(57)를 갖는다. 상기 후크 부재는 측정 연결부(7)의 개구(47)의 내벽에 제공된 홈(60)내에 맞물릴 수 있다.
도 2a는 도 1의 일점쇄선 부분의 확대도이다. 맞물림 후크(63)는 스프링 탄성을 가지며 방사방향 내부로 연장된 맞물림 헤드(65)를 갖는다. 그리드(32)의 조립 상태에서, 맞물림 헤드(65)는 그리드(32)의 에지를 둘러싸며 측정부(4)를 향한그리드(32)의 평면(68)에 놓이므로, 그리드(32)가 맞물림 헤드(65)에 의해, 내부면(70)으로 형성된 흐름 조정기(30)의 쇼울더(74)에 고정된다.
제 2 지지체 관(72)은 지지체 관(33) 뒤의 하류측에 배치된다. 제 2 지지체 관(72)은 중심선(21)에 대해 내부면(70)과 동일한 간격을 갖는다. 제 2 지지체 관(72)의 하류측 단부에 하나 이상의 음향 방지 부재(40)가 일체형으로 배치된다. 상기 방지 부재는 관(14)내에서 방사방향으로 연장된다. 제 2 지지체 관(72)은 지지체 관(33)에 의해 스토퍼(52)에 가압된다. 그러나, 상기 지지체 관은 지지체 관(33)과 같이 관(14)에 고정될 수 있다. 음향 방지 부재(40)는 기계적으로 관(14)내의 흐름에 작용함으로써, 링형 소용돌이를 방지할 수 있다. 상기 소용돌이는 상기 축소부의 에지 후방에서 하류측에 생기며 휘파람 잡음으로 감지될 수 있다.
주 유동 방향(18)을 따른 방지 부재(40)의 횡단면에서, 방지 부재(40)는 예컨대 상류측에 라운딩된 형상(41) 및 하류측에 절단 에지(42)를 갖는다. 하나 이상의 방지 부재(40)는 관(14)을 2% 내지 30% 감소시킨다.
도 2b는 제 2 지지체 관(72)이 지지체 관(33)과 어떻게 일체로 구현되는지를 도시한다. 지지체 관(33)은 하류측에서 볼 때 그리드(32)의 후방에서 연장 암(77)으로 내벽(15)을 따라 연장된다. 상기 연장 암(77)의 단부(78)에는 음향 방지 부재(40)가 배치된다. 상기 방지 부재(40)는 관(14)내에서 방사방향으로 연장된다. 그리드(32)의 조립은, 지지체 관(33)이 연장 암(77)의 영역에서 방사방향 외부로 구부려진 다음, 그리드(32)가 삽입되도록 이루어진다.
도 3a 내지 3d에는 방지 부재(40)의 여러 실시예가 도시된다. 전술한 도면에서와 동일한 또는 동일한 작용을 하는 부품은 동일한 도면 부호를 갖는다.
도 3a는 중심선(21)에 대해 방사방향 돌출부(79)로 형성된 방지 부재(40)를 도시한다. 상기 방지 부재(40)는 주 유동 방향(18)에 대해 횡으로 직사각형 횡단면을 갖는다. 돌출부(79)는 예컨대 동일한 크기이며 파선으로 도시된 관(14)의 둘레선(80)을 따라 균일하게 분포된다.
도 3b의 방사방향 돌출부(79)는 주 유동 방향(18)에 대해 횡으로 아치형 횡단면을 갖는다.
도 3c에는 방사방향 돌출부(79)가 상이한 구조를 가질 수 있다는 것이 도시된다. 이것은 예컨대 사다리꼴 또는 아치형 방사방향 횡단면을 갖는다. 돌출부(79)는 균일하게 분포되고 대칭으로 배치된다.
도 3d는 블라인드(82)로서 형성되고 그 방사방향 경계선(81)이 일정치 않은 내경을 가지며 예컨대 파형으로 형성되는 방지 부재(40)를 도시한다. 여기서, 방지 부재(40)는 측정 연결부(7)과 일체로 형성된다.
도 4는 매체가 흐르는 관(14)내의 장치(1)를 도시한다. 전술한 도면에서와 동일한 또는 동일한 작용을 하는 부품은 동일한 도면 부호를 갖는다. 관(14)에 대해 방사방향 간격을 두고 형성되며 매체가 흐르는 파이프 바디(85)가 관(14)내에 제공된다. 파이프 바디(85)는 유체 또는 고체 입자가 측정 부재(25)에 공급되는 것을 감소시키기 위한 부재(84)로서 사용된다.
방지 부재(40)는 주 유동 방향(18)으로 배치되므로, 그 절단 에지(42)가 축방향으로 볼 때 파이프 바디(85)의 관 삽입구와 동일한 높이로 또는 그 보다 낮게 놓이도록 배치된다.
방지 부재(40)는 측정 연결부(7)와 일체로 결합된다. 그러나, 방지 부재(40)는 부가로 또는 파이프 바디(85)상에만 배치될 수 있다. 또한 파이프 바디(85)내에 방지 부재(40)가 배치될 수 있다.
하나 이상의 방지 부재(40, 79, 82)가 파이프 바디(85)와 일체로 결합된다. 파이프 바디(85)는 흐름 채널(87)을 가지며, 그 상류측 단부 영역에는 유체 또는 고체 입자가 측정 부재(25)에 공급되는 것을 감소시키기 위한 부재(84)로서 보호 그리드(90)가 놓인다.
상기 보호 그리드(90)는 와이어 메시 또는 플레이트형 그리드로 형성될 수 있다. 물론, 다른 형상도 가능하다. 보호 그리드(90)에 대한 재료로는 와이어 메시 및 플레이트 보호 그리드(90)에 대해 플라스틱, 금속, 세라믹 또는 유리가 사용될 수 있다. 플라스틱으로 이루어진 플레이트형 보호 그리드(90)는 예컨대 완전히 사출 성형에 의해 제조될 수 있거나 또는 재료 절삭 방법에 의해 그리드 개구(90)를 플레이트형 기본 바디 내에 형성함으로써 제조될 수 있다. 금속으로 이루어진 플레이트형 보호 그리드(90)는 예컨대 시이트의 펀칭, 침식, 드릴링 등에 의해 제조될 수 있다.
흐름 채널(87)내에서는 보호 그리드(90)로부터 약간 떨어져 하류측에 유동 방향(98)이 주어진다. 상기 유동 방향(98)은 주 유동 방향(98)에 대해 대략 평행하다. 관(14)은 파이프 바디(85)의 중심선이기도 한 중심선(21)을 갖는다. 파이프 바디(85)내에는 측정부(4)가 연장된다. 예컨대 플러그 텅의 형태인 전기 접속부를 수용하는 측정부(4)의 플러그 단부가 관(14)의 외부에 남는다. 측정부(4)내에는 공지된 방식으로 측정 부재(25)가 제공된다. 측정 부재(25)는 흐름 채널(87)을 통해 흐르는 공기와 접촉되고, 내연 기관에 의해 흡입된 공기량이 상기 측정 부재(25)에 의해 측정된다. 측정 부재(25)는 공지된 방식으로 예컨대 하나 이상의 온도에 따른 저항의 형태로 형성될 수 있다. 특히, 예컨대 DE 43 38 891 A1 또는 US-PS 5,452,610호에 나타나는 바와 같이, 측정 부재(25)가 마이크로 메커닉 부품으로 형성될 수 있다. 상기 마이크로 메커닉 부품은 유전 박막을 가지며, 상기 박막 상에 저항 소자가 형성된다. 측정 부재(25)가 측정 바디 없이 관(14) 또는 파이프 바디(85) 내로 삽입되는 것도 가능하다. 관(14)내에 파이프 바디(85)를 고정시키기 위해 사용되는 적어도 2개의 브레이스(101)가 파이프 바디(85)에 배치된다.
브레이스(101)는 파이프 바디(85)의 고정 외에, 관(14)과 파이프 바디(85) 사이의 공기 흐름에서 압력 강하를 증가시키므로, 흐름 채널(87)을 통해 흐르는 공기량이 증가되고, 다른 한편으로는 브레이스(101)가 흡입 공기 흐름을 바람직한 방식으로 조정한다.
파이프 바디(85)는 브레이스(101) 없이도 관(14)내에 배치될 수 있고, 예컨대 파이프 바디(85)가 측정부(4)에 고정된다.
보호 그리드(90)는 서로 수직으로 형성된 스트립(105)으로 예컨대 삽입 축선(10)에 대해 수직으로 그리고 삽입 축선(10)에 대해 수평으로 형성된다. 중심선(21)에 대해 수평인 스트립(105)은 삽입 축선(10)에 대해 대략 30°의 각으로 놓인다. 따라서, 주 유동 방향(18)은 보호 그리드(90)의 후방 하류측에서 변한다. 보호 그리드(90)는 주 유동 방향(18)에 대해 경사질 수 있다. 보호 그리드(90)에는 오염 입자 및 유체 방울이 침전되고 관(14) 또는 파이프 바디(85)의 내벽(107)으로 안내됨으로써 측정부(4)의 유입구(110) 또는 측정 부재(25)를 통해 이동된다.

Claims (16)

  1. 관(14)내에서 주 유동 방향(18)으로 흐르는 매체, 특히, 내연기관의 흡입 공기의 하나 이상의 파라미터, 특히, 질량 흐름을 측정하기 위한 장치(1)로서, 관(14)내에서 매체의 흐름 속에 측정 부재(25)가 배치되고, 관(14)내에 음향적 장애를 일으키는 하나 이상의 축소부(35)가 있는 장치에 있어서,
    상기 축소부(35)가 기계적 음향적 방지 부재(40)로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 유체 또는 고체 입자가 측정 부재(3)에 공급되는 것을 감소시키기 위해 사용되는 하나 이상의 부재(84)가 상기 관(14)내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 유체 또는 고체 입자가 측정 부재(25)에 공급되는 것을 감소시키기 위한 부재(84)로서, 매체가 흐르는 흐름 채널(87)을 가진 파이프 바디(85)가 관(14)내에 제공되고, 상기 측정 부재(25)가 파이프 바디(85)내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 유체 또는 고체 입자가 상기 측정 부재(25)에 공급되는 것을 감소시키기 위한 부재(84)로서, 보호 그리드(90)가 관(14)내에또는 파이프 바디(85)내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 방지 부재(40)가 관(14)의 방사방향 둘레선(80)을 따라 방사방향 돌출부(79)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 하나 이상의 방사방향 돌출부(79)가 주 유동 방향(18)에 대해 횡방향으로 직사각형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 하나 이상의 방사방향 돌출부(79)가 주 유동 방향(18)에 대해 횡방향으로 사다리꼴 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 방사방향 돌출부(79)가 주 유동 방향(18)에 대해 횡방향으로 타원형 또는 원형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사방향 돌출부(79)가 관(14)의 방사방향 둘레선(80)을 따라 서로 간격을 두고 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사방향 돌출부(79)가 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관(14)이 중심선(21)을 가지며, 음향 방지 수단(40)으로서 블라인드(82)가 상기 관(14)내에 배치되고, 상기 블라인드는 제 1 방사방향 경계선(81)을 가지며, 중심선(21)에 대한 상기 블라인드의 방사방향 간격이 방사방향으로 상이한 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 블라인드(82)의 방사방향 경계선(81)이 파형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 방지 부재(40)가 주 유동 방향(18)과는 반대로 라운딩되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관(14)내에 흐름 조정기(30)가 배치되고, 상기 조정기는 상기 관(14)내로 삽입될 수 있는 지지체 관(33)내에 통합되며, 하나 이상의 방지 부재(40)가 흐름 조정기(30)의 지지체 관(33)에 일체로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 방지 부재(40)가 관(14)내로 삽입될 수 있는 제 2 지지체 관(72)에 일체로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 방지 부재(40)가 관(14)의 벽(13)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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