KR20040031040A - 유동 요소를 구비하는 공기 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡입 채널에 삽입되며 그 주위에서 상기 흡입 공기라 흐르는 공기 유량계에 관한 것이다. 상기 흡입 공기 유량의 정확한 측정을 위해, 입구포트 및 출구포트 영역에서 일정한 유동 조건들이 요구된다. 이러한 목적을 위해, 적어도 2 개의 유동 요소들이 상기 입구포트 영역에 제공된다. 각각의 유동 요소는 상기 입구포트의 각 측부상에 제공되고 상기 삽입 영역의 측부에 유동 채널을 형성한다.

Description

유동 요소를 구비하는 공기 유량계{AIR MASS FLOW METER WITH FLOW ELEMENTS}

상기 공기 흐름은 상기 입구포트를 통하여 상기 공기 유량계로 들어가고, 측정 장치를 통과하며 상기 출구포트를 통하여 빠져나간다. 이 경우, 상기 공기 유량계의 삽입 영역에는 상기 공기 유량계를 통하여 보내지지 않은 유량이 흐르게 된다.

상기 내연기관의 흡입구 또는 충전관(charge tract) 내의 공기 유량계들이 공지된다. 이것들은 엔진 제어시스템을 위한 상기 흡입/충전 공기 유량을 측정하기 위한 목적을 제공하는데, 이것은 상기 유량 조건들이 상기 실린더 내에서 연소의 화학적 과정을 위해 중요하기 때문이다.

DE 195 47 915 호에는 삽입형 공기 유량 센서가 공지되는데, 이것의 측정 채널은 흐름 방향에 대하여 작은 각도 만큼 이것들의 주된 수용 방향으로 회전된다. 상기 측정 채널의 평행한 설치 위치와 비교해서, 회전된 설치는 설치 공차에 의해야기된 특성곡선의 변수들을 상당히 감소시킨다.

DE 196 23 334 A1 호에는 삽입형 공기 유량 센서가 공지되는데, 여기서는 상기 측정 채널이 유동 방향에 대하여 경사진 가장자리 면을 갖는 편향 영역에 제공되고, 상기 측정 채널에서 상기 유량의 파동(fluctuations)을 억제하도록 의도된다.

EP 0 908 704 A1 호에는 상기 공기의 흐름을 열적으로 측정하는 공기 유량 센서가 공지된다. 상기 공기 유량 센서는 흡입관 내에 이것의 삽입 영역에서 상기 내연기관에 배열된다. 상기 공기의 일부는 상기 삽입 영역으로 들어가고 이것이 다시 빠져나가기 전에 측정장치를 지나가게 된다. 상기 공지된 공기 유량 센서는 원형포트를 구비하는데, 이것은 벤투리 노즐 방식으로 작동된다. 상기 흡입된 공기 유량의 주된 공기 흐름에 대해 수직하게, 공기 흐름이 상승하는 공기 채널 및 하강하는 공기 채널을 통하여 상기 주된 공기 흐름의 일부로서 측정장치를 통과하게 된다.

EP 0 908 704 A1 호로부터 공지된 공기 유량 센서 및 다른 공기 유량 센서의 경우, 상기 삽입 영역 주위에서의 상기 공기 유량의 흐름에 있어서 어려움이 발생한다. 특히 상기 공기 유량 센서의 하류 영역에서 소용돌이를 일으킨다. 상기 소용돌이는 상기 입구포트 및 출구포트의 영역에서 시간에 걸쳐 일정치않은 흐름을 유발하고, 이에 따라 상기 삽입 영역을 통하여 보내지는 상기 공기의 흐름에서 파동이 발생한다. 상기 삽입 영역을 통한 공기의 흐름이 증가하거나 또는 상기 삽입 영역의 하류에서 소용돌이 구역으로 인하여 감소되는 경우, 상기 흡입된 공기 유량에대해 감지된 값들이 왜곡된다. 층류로부터 난류(turbulent)로의 흐름의 전이는 특히 문제가 되는 것으로 나타난다. 상기 전이 영역에서, 상기 흐름 및 압력은 일정치않고 상기 측정 결과는 왜곡될 수 있다. 또 다른 문제점이 카르멘 소용돌이(Karmen vortices)의 형성에 나타나는데, 이것은 교호적인 회전 방향을 가지고, 마찬가지로 시간에 걸쳐 일정치 않은 상기 출구포트의 하류에서 흐름 구역을 야기한다.

본 발명은 내연기관에 의해 흡입된 유량을 측정하는 공기 유량계에 관한 것으로, 삽입 영역을 구비하며, 흡입 공기의 흐름을 위한 입구포트와 상기 공기 흐름을 위한 출구포트를 구비한다.

도 1 은 베인 요소를 구비하는 공기 유량계의 측면도,

도 2 는 도 1 의 공기 유량계의 삽입 영역을 아래로부터 삽입 방향으로 본 모습을 도시한 도면,

도 3 은 상기 공기 유량계를 정면으로부터 흐름방향에서 본 모습의 개략도,

도 4 는 공기 유량계의 제 2 실시예를 정면으로부터 흐름 방향에서 본 모습을 도시한 도면이다.

본 발명은 간단한 수단에 의해 측정된 값들이 방해받는 것을 방지하는 공기 유량계를 제공하는 목적을 기초로 한다.

상기 목적은 청구범위 제 1 항의 특징을 갖는 공기 유량계에 의해 달성된다.

상기 공기 유량계는 삽입 영역을 구비하는데, 이것은 흡입된 공기 흐름을 위한 입구포트와 상기 공기 흐름을 위한 출구포트를 구비한다. 본 발명에 따르면, 적어도 2개의 유동 요소들이 상기 입구포트 영역 내에 제공되고, 각각의 경우 이것들 중 적어도 하나는 상기 입구포트의 각 측부에 제공된다. 따라서, 상기 삽입 영역의 입구포트에 대하여, 각각의 경우 적어도 하나의 유동 요소가 상기 입구포트의 측부에 흐름 방향으로 제공된다. 상기 유동 요소는, 상기 공기 영역 주위에서 측면으로 흐르는 상기 공기가 이것의 흐름 거동에 있어서 안정화 되도록 상기 흡입된 공기 흐름과 상호작용한다. 상기 흐름의 안정화는, 상기 흐름 요소의 하류에서 대체로 항상 동일한 흐름이 존재하여, 어떠한 측정 신호의 방해도 발생하지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 목적을 위해, 상기 유동 요소들은, 그것들이 미리결정된 공기를위한 외측 유동 채널을 형성하도록 배열된다. 상기 유동 채널은 상기 유동 요소와 삽입 영역에 의해 경계가 지어진다. 상기 유동 채널들은 상기 유동 조건들의 더욱 신속한 축적의 효과를 갖는다. 이것은 특히 진동파들의 경우에 특히 유리한데, 이것은 상기 흐름 방향의 변화 후에, 이것들은 상기 진동파들을 특히 신속하게 안정화시키기 때문이다. 상기 외측 흐름들은 가속되어 서로를 향해 공급되는 것이 바람직하다. 또한, 외측으로 배열된 유동 요소들은 층류로부터 난류로의 한정된 전이부가 대체로 평균 흐름 속도에 무관하게 존재하는 효과를 달성한다. 추가적인 효과로서 마찬가지로 어떤 영역에서 방향적인 독립성이 상기 흐름에 대해 달성된다. 상기 입구포트를 상이한 방향으로부터 흐름들에 부여하는 것은 상이한 측정 결과들을 가져오지 않는데, 이것은 상기 흐름이 상기 입구포트 영역에서 안정화되기 때문이다.

상기 흐름 요소들은 대체로 판형상의 베인 요소들(청구범위 제 2 항 참조)인 것이 바람직하다. 상기 베인 요소들은 편평한 측면부를 구비하며, 이것 주위로 상기 흡입된 공기가 주된 흐름 속으로 통과된다. 상기 베인 요소는 한편으로 상기 공기 흐름을 편향시킨다는 점에서, 지시 효과(directing effect)를 가진다. 다른 한편으로, 상기 흐름 요소는 또한, 상기 측면들을 흘러 지나가는 공기의 마찰로 인한 상기 공기 흐름을 균질화시킨다는 점에서, 안정화 효과를 직접적으로 구비한다.

상기 베인 요소들을 가지고 상기 공기 흐름의 특히 효과적인 배열을 달성하기 위해, 주된 흐름 방향의 반대쪽을 향하는 각 베인 요소의 가장자리는 상기 입구포트의 하류에 배열된다(청구범위 제 2 항 참조). 따라서, 상기 베인 요소는 공기의 흐름이 상기 입구포트로 들어가기 전에 이미 상기 공기 흐름에 지시효과를 발휘한다. 예를 들어, 상류를 향하는 상기 베인 요소들의 가장자리들은 라운딩처리될 수 있다.

상기 공기 유량계의 특히 바람직한 개량에 있어서, 정확하게 2 개의 베인 요소들이 상기 입구포트의 측부에 배열된다(청구범위 제 4 항 참조). 상기 베인 요소들은 이 경우, 특히 상기 삽입 영역이 주된 흐름 방향에 대해 대칭적으로 형성되는 경우에도, 상기 주된 흐름 방향에 대해 대칭적으로 형성되는 것이 바람직하다(청구범위 제 5 항 참조).

상기 베인 요소들은 상기 삽입 영역 상에 지지되는 것이 바람직한데(청구범위 제 6 항 참조), 이에 따라 이것들은 조립전에 이미 상기 삽입 영역과 관련되어 배열될 수 있다. 상기 베인 요소들의 설치는 그 다음 상기 공기 유량계의 설치와 함께 수행된다.

바람직하게는, 각 베인 요소는, 통과 채널이 상기 삽입 영역의 외벽 및 상기 베인 요소의 측면부에 의해 각각 결정되도록 상기 삽입 영역과 함께 배열된다(청구범위 제 7 항 참조). 이러한 유동 채널은 하류에서 테이퍼지는 것이 바람직하다(청구범위 제 8 항 참조). 상기 삽입 영역을 흘러 지나가는 상기 공기는 결과적으로 외측을 향하게 되고 각각의 경우 통과 채널을 통과하며, 상기 삽입 영역의 외벽 및 상기 베인 요소의 측면에 의해 형성된 이것의 내벽을 따라, 상기 공기가 흘러간다. 상기 유동 채널에서 단면의 테이퍼링은 상기 유동 속도를 증가시키는 효과를 달성한다. 상기 유동 채널은 상기 측면들에 인접한 그것들의 벽들에서 개방될 수 있고, 이에 따라, 예를 들면, 상기 유동 채널은 단지 3개의 측면에서만 폐쇄된다.

바람직하게는, 상기 베인 요소들은 그것들의 가장자리가 상기 흐름 방향으로부터 먼쪽을 향하는 삽입 영역을 넘어 연장되지 않는다. 바람직한 개량에 있어서, 상기 베인 요소들은 대체로 직사각형 형태를 가지며, 상기 직사각형의 종방향 측면은 상기 삽입 영역의 종방향으로 뻗어있다. 상기 삽입 영역에서, 상기 베인 요소들은 상기 입구포트의 위 또는 상기 입구포트의 높이에서 지지될 수 있거나 또는 더 아래에서 지지될 수 있다(청구범위 제 9 항 또는 제 10 항 참조).

이하, 본 발명에 따른 공기 유량계의 실시예가 도면들을 기초로 더욱 상세히 기술된다.

도 1 은 공기 유량계(10)의 개략적인 측면도를 도시한다. 상기 공기 유량계(10)는 흡입 채널에 이것의 영역(12)을 가지고 배열된다. 상기 흡입된 공기는 상기 흡입포트(14)를 통하여 상기 삽입 영역으로 들어간다. 이러한 영역에서, 들어간 상기 공기는 측정장치(도시되지 않음)를 통과하는데, 상기 측정장치는, 예를 들면, 항온 핫필름 풍력측정법(constant-temperature hot-film anemometry)에 의해 흘러 지나가는 공기의 양을 감지한다. 상기 공기 흐름은 포트(16)에서 다시 빠져나간다. 빠져나간 상기 공기 흐름은 상기 흡입된 공기의 주된 공기 흐름과 다시 합류한다. 상기 삽입 영역(12)을 통하여 흐르는 공기 흐름은 전체 흡입된 공기 유량 뿐만 아니라, 가장 결정적으로, 상기 입구포트(14)와 출구포트(16)의 영역에서 이것의 압력 및 유동 조건들에 의존한다.

베인 요소(18)는 주된 흐름 방향 A 에 대하여 외측에 배열된다. 도 1 에 도시된 베인 요소(18)는 대체로 신장된 직사각형상을 가지며 흐름 방향 A 에 반대쪽으로 상기 삽입 영역(12)을 넘어 돌출된다. 상기 베인 요소(18)는 상기 입구포트(14)와 상기 삽입 영역의 자유 단부 사이의 삽입 방향에서 끝난다. 흐름 방향 A 에서, 상기 베인 요소는 상기 삽입 영역을 가로질러 절반 정도보다 짧게 연장된다. 상기 베인 요소(18)는 각각의 경우 외측의 유동 채널(19)의 경계를 짓는다.

도 2 는 상기 삽입 영역(12) 내의 상기 출구포트(16) 및 입구포트(14)의 개략적인 저면도를 도시한다. 상기 베인 요소(18)이 판형 요소로서 상기 삽입 영역(12)의 측면부에 배열되고 흐름 방향 A 에 대하여 대칭적으로 배열되는 것이 명확하게 도시된다. 마찬가지로 상기 베인 요소(18)들은 평면적인 표면들을 갖지 않고 만곡부를 갖는 것으로 생각할 수 있다.

도 3 은 상기 공기 유량계의 개략적인 정면도를 도시한다. 상기 삽입 영역(12)은 상기 입구포트(14)를 향햐여 테이퍼진다. 상기 입구포트는 정사각형상을 갖는다. 상기 베인 요소들(18)은 상기 삽입 영역(12)에서 구획(20)으로 지지된다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 삽입 영역(12)을 직접적으로 통과하여 지나가는 상기 흐름은 상기 베인 요소들에 의해 상기 삽입 영역을 향하여 편향된다. 상기 베인 요소(18)의 내벽(22)과 상기 삽입 영역(12)의 외벽(24) 사이의 거리는 상기 흐름 방향 A 로 갈수록 감소된다. 이러한 방식으로, 상기 삽입 영역(12)을 흘러 지나가는 상기 흐름이 가속된다. 상기 가속화는 상기 삽입 영역의 하류에 위치하는 영역에서 정해진 흐름 조건들이 존재하도록, 특히 층류로부터 난류로의 전이를 위한 조건들이 존재하도록 하는 효과를 달성한다.

도 4 에는, 본 발명에 따른 공기 유량계의 제 2 실시예가 도시된다. 상기 공기 유량계(26)는 삽입 영역(28)을 구비하는데, 이것은 대체로 도 3 의 삽입 영역(12)에 상응한다. 상기 삽입 영역(28)의 자유 단부는 입구포트(30)를 구비한다. 상기 삽입 영역의 측부에는 2 개의 베인 요소들(32)이 배열되는데, 이것들은 상기 삽입 영역(28)을 흘러 지나가는 상기 공기를 위한 유동 채널(34)을 형성한다. 상기 베인 요소들(32)은 삽입 방향에 위치하는 상기 삽입 영역(28)의 단부상의 영역(36) 내에 지지된다. 도 4 에 도시된 실시예에 있어서, 상기 유동 요소들(32)은 정면도로서 만곡된 것으로 도시된다. 이것에 대한 대안으로서, 상기 베인 요소들(32)은 서로에 대해 각을 이루는 직선부를 또한 포함할 수 있다.

도시된 실시예에 있어서, 상기 삽입 영역(12)은 직사각 단면으로 도시되고; 유사하게, 상기 입구포트 및 출구포트가 대체로 정사각형으로 도시된다.

이들 형태들은 결코 필수불가결한 것은 아니고, 단지 예로서 채택된 것이다. 예를 들면, 상기 삽입 영역의 단면은 또한 이것의 하류 측면부에서 라운딩처리될 수도 있고, 그리고 상기 입구 및 출구포트에는 상기 삽입 영역에서 다른 위치에 다른 형태가 제공될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은 내연기관에 의해 흡입된 공기의 유량을 측정하는 공기 유량계로서 사용가능하다.

Claims (10)

1. 흡입 공기 흐름을 위한 입구포트(16)와 상기 공기 흐름을 위한 출구포트를 구비하며, 삽입 영역(12)를 구비하고, 내연기관에 의해 흡입된 공기 유량을 측정하는 공기 유량계(10)에 있어서,

   적어도 2 개의 유동 요소들(18)이 상기 입구포트(14)의 영역에 제공되고, 각각의 경우 상기 입구포트의 각 측부상에 제공되고 상기 삽입 영역(12)의 측부에 제공되는 그것들 중 적어도 하나는 각각 유동 채널(19,34)을 경계 짓는 것을 특징으로 하는 유동 요소를 구비하는 공기 유량계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유동 요소들 각각은 대체로 판형 베인 요소(18)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 유동 요소를 구비하는 공기 유량계.
3. 제 2 항에 있어서,

   각각의 베인 요소는 상기 입구포트(14)의 하류에 위치되는 흐름 방향(A)으로 향하는 그 가장자리에 위치하는 것을 특징으로 하는 유동 요소를 구비하는 공기 유량계.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   2 개의 베인 요소가 제공되는 것을 특징으로 하는 유동 요소를 구비하는 공기 유량계.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 베인 요소들은 주된 흐름 방향(A)에 대하여 대칭적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 유동 요소를 구비하는 공기 유량계.
6. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 베인 요소들은 상기 삽입 영역 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 유동 요소를 구비하는 공기 유량계.
7. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 베인 요소들은 상기 삽입 영역과 함께 통과채널을 각각 형성하고, 상기 통과채널은 상기 삽입 영역(12)의 외벽(24) 및 상기 베인 요소(18)의 편평한 측면(22)에 의해 경계가 지워지는 것을 특징으로 하는 유동 요소를 구비하는 공기 유량계.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 삽입 영역의 외벽(24)과 상기 베인 요소의 편평한 측면(12) 사이의 거리는 상기 통과 채널의 하류에서 감소되는 것을 특징으로 하는 유동 요소를 구비하는 공기 유량계.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 베인 요소들은 삽입 방향에서 상기 입구포트의 상부에 지지되는 것을 특징으로 하는 유동 요소를 구비하는 공기 유량계.
10. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 베인 요소들은 삽입 방향에서 상기 입구포트의 높이로 지지되거나 또는 그보다 더 낮은 높이로 지지되는 것을 특징으로 하는 유동 요소를 구비하는 공기 유량계.