JP2006501453A - 導管内を流れる媒体の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置 - Google Patents

Abstract

導管（３）内を主要流れ方向（１８）で流れる媒体、特に内燃機関の吸気質量の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置を提案する。この装置には、主要流れ方向（１８）に関して予め規定された向きで導管（３）に収納可能な構成部材（６）が設けられており、これにより、導管内を主要流れ方向（１８）で流れる媒体の部分流が、前記構成部材（６）内に設けられた少なくとも１つの測定通路（４０）を、該測定通路の流入部（４１）から測定通路の流出部（４９）に向かう第１の方向（ａ）で通流するようになっており、少なくとも１つのパラメータを規定するための、測定通路（４０）内に配置された少なくとも１つの測定エレメント（９）が設けられている。測定通路（４０）が、流入部（４１）と流出部（４９）との間に少なくとも１つの通路区分（４５）を有しており、該通路区分内に渦流を発生させる手段（４６，５５）が当該通路区分内に配置されており、これにより、液滴及び固体粒子は測定エレメントに到達する前に、有利には通路の内壁に堆積する。

Description

背景技術
本発明は、独立請求項１の特徴部に記載の形式の、導管内を流れる媒体の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６２３３３４号明細書から公知の、導管内を流れる媒体の質量を規定するための装置は導管に収納された構成部材を有しており、この構成部材内には、測定エレメントを備えた測定通路が配置されている。このような装置は、例えば内燃機関の吸気マニホールド内のエアマスセンサとして使用される。吸気マニホールドには、媒体によって搬送される飛沫及びダストが侵入する恐れがある。更に、内燃機関の停止時に、クランクシャフト通気導管を通ってオイル蒸発ガスが吸気マニホールドに流入する可能性がある。媒体によって搬送される液体粒子又は固体粒子は、公知の装置では測定通路に侵入して測定エレメントを汚染する恐れがある。その結果変更されるセンサ特性線は、測定結果の実際値からの不都合な偏差を生ぜしめる。

発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載の構成を有する、導管内を流れる媒体の少なくとも１つのパラメータを規定するための本発明による装置は、液滴又は固体粒子による測定エレメントの汚染の危険が著しく減少されており且つ特性線のドリフトが確実に防止されるという利点を有している。測定通路の１通路区分内に設けられた手段によって、この通路区分内に渦流が発生される。これらの渦流内では、液滴及び固体粒子は整流されて通路の長手方向で運動するのではなく、ほぼスクリュー状又は螺旋状に運動する。これにより、有利には液体及び固体粒子と媒体との異なる密度、並びにその結果得られる異なる遠心力に基づいて、測定通路に侵入した液体及び固体粒子が測定エレメントに到達する前に、測定通路内に堆積可能であるということが達成される。

本発明の有利な構成及び改良は、従属請求項に記載された構成によって可能になる。

内燃機関の運転時に、空気が吸気マニホールドの管路内を主要流れ方向で流れ、この場合、この空気の部分流が当該装置の測定通路に流入して、この測定通路を流入部から流出部に向かう予め規定された第１の方向で通流することは公知である。例えば内燃機関の停止時に、本来の主要流れ方向とは逆方向で媒体が管路内を一時的に逆流すると、車両のクランクケーシング通気導管を通って吸気マニホールドの管路に侵入し且つ逆流によって主要流れ方向とは逆方向に搬送される油滴及び類似の汚染物質が、測定通路の流出部を通って測定通路に侵入する恐れがある。従って特に有利には、本発明による装置の構成では、渦流を発生させる手段の設けられた通路区分が、前記の第１の方向で見て測定エレメントと測定通路の流出部との間に配置されており、これにより、当該通路区分において逆流内に渦流を発生させて、逆流が測定エレメントに到達する前に、油滴を沈殿させることができる。

前記手段は、段部、縁部、突出部又は類似のジオメトリを有していてよい通路区分の内壁の構造によって簡単に形成することができ、この構造において、測定通路内を流れる媒体の渦流が形成される。通路区分の内壁が少なくとも１つの段部及び有利には複数の相前後して配置された段部を有していると、特に有利である。更に、通路区分の向かい合った内壁に少なくとも１つの段部が形成されていることによって、渦流が強められる。

有利な構成では、測定通路は、内側横断面が第１の方向で連続的にテーパしている第１の区分を有している。この第１の区分には、間接的又は直接に、第１の方向で内側横断面が段状に拡大する別の区分が続いている。内側横断面が第１の方向で連続的にテーパしている区分は、有利には第１の方向で、測定通路を前進方向で流入部から流出部に向かって通流する媒体の部分流のための加速傾斜路として働く。第２の区分は、有利には媒体が測定通路内を逆流した場合に働き、この場合、有利には複数の段部において順次渦流が発生し且つ液滴及び固体粒子が当該通路区分の内壁に沈殿する。

有利には、この通路区分に設けられた段部は、測定通路内の媒体の流れ方向に対して少なくとも部分的に斜めに且つ／又は少なくとも部分的に横方向で延びる縁部を有している。これにより、この縁部を介して流れる媒体流は、流れ方向に対して斜めに且つ／又は横方向で延びる仮想軸線を中心として回転するスクリュー状又は螺旋状の渦流を生ぜしめるということが達成される。

少なくとも１つの段部が、測定通路内の媒体の流れ方向に対してほぼ横方向で延びる縁部を有しており、更に、段部がこの段部の縁部に向かって開いた切欠きを有しており、この切欠きの縁部が、測定通路内の媒体の流れ方向に対して少なくとも部分的に斜めに又は平行に延びていることによって、ほぼ流れ方向に沿って延びる仮想軸線を中心として回転する、スクリュー状又は螺旋状の渦流が形成されるということが達成される。これらのスクリュー状又は螺旋状の渦流は、測定通路の通路区分の内壁において油滴及び汚染物質を分離するために特に有利である。

ほぼ流れ方向に沿って延在する渦流を発生させるためには、通路区分の内壁に、縁部がほぼ測定通路内の流れ方向に沿って延在する構造を設けることも可能である。これらの構造は、有利には測定通路内の流れ方向に沿って延在する、内側に向かって突出した複数の長手方向リブによって形成されてよく、これらの長手方向リブは、有利には当該通路区分内に、内壁の内周全体にわたって配分されて配置されている。

実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には導管３の一部が断面して示されており、この導管３内では媒体が主要流れ方向１８で流れている。導管は、例えば内燃機関の吸気管であってよい。媒体は、例えば吸気管内を流れる、内燃機関の主要流れ方向１８で供給される空気である。本発明による装置１は導管３に、装置部分６が導管３に突入して、そこを流れる予め規定された向きを有する媒体に晒されているように配置されている。更に、媒体の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置１は、導管に挿入された部分６の他に、電気的な接続部を備えた支持体部分（詳しくは図示せず）を有しており、この支持体部分には、例えば電子評価装置が収納されている。装置１は、例えば部分６を以て、導管３の流れ横断面を制限する導管３の壁１５の差込み開口１６を通って挿入されてよい。電子評価装置は、導管３の流れ横断面の内位及び／又は外位に配置されてよい。

例えば、装置１では測定エレメント支持体１０に設けられた測定エレメント９が使用され、この測定エレメント９は、電子評価装置と電気的に接続されている。測定エレメント９によって、例えばパラメータとして流れ媒体の体積流量又は質量流量が規定される。例えば媒体成分の圧力、温度、濃度又は流速等の測定可能な別のパラメータは、適当なセンサエレメントによって規定可能である。

装置１は、例えば長手方向軸線１２を軸方向に有しており、この長手方向軸線１２は、例えば装置１の導管３への組込み方向で延びており且つ例えば中心軸線であってもよい。以下で主要流れ方向１８と呼ぶ流れ媒体の方向は図１において対応する矢印１８によって示されており、そこでは右から左に向かって延びている。導管３に部分６を組み込む際には、該部分６が媒体の主要流れ方向１８に関して予め規定された向きを有しているということが保証されている。

部分６は、組込み位置において媒体の主要流れ方向１８に面した端面壁１３と、この端面壁１３とは反対の側の背面壁１４と、第１の側壁と、第２の側壁と、例えば主要流れ方向に対して平行に延びる第３の壁１９とを備えた直方体形の構造を有するケーシングを有している。更に、部分６は内部に配置された通路構造を有しており、この通路構造は、流入域２７と、この流入域２７から分岐する測定通路４０とを有している。導管３に対して相対的な装置１のこの配置形式に基づいて、主要流れ方向１８で流れる媒体が、予め規定された方向で部分６に当たって、この方向で媒体の部分流が、端面側１３の開口２１を通って流入域２７に流入するということが保証されている。開口２１は、例えば主要流れ方向１８に対して垂直方向に向けられていてよいが、主要流れ方向１８に対する開口２１の別の向きも考えられる。媒体は、流入域２７から流入部４１を通って部分的に、測定エレメント９の設けられた、流入域から分岐する測定通路４０に流入する。更に、媒体は部分的に測定通路の流入部の後部に位置する分離ゾーン２８へ流入する。この分離ゾーン２８は、第１の側壁及び／又は第２の側壁及び／又は壁１９内に配置された少なくとも１つの分離開口３３を介して、導管３と接続されている。流れ媒体内には、例えば測定エレメント９を汚染又は損傷する恐れのある油分粒子又は水分粒子等の、液体粒子及び／又は固体粒子が存在している。これらの液体粒子及び固体粒子は、分離開口３３を通って再び導管３へ流れ戻ることができる。主要流れ方向１８は、図１に示した実施例の場合は分離開口３３も配置されている１平面内に延在している。但し、分離開口３３の配置された平面は、主要流れ方向１８に対して０度とは異なる角度で配置されていてもよい。

部分６の端面側１３の開口２１は、軸方向１２で見て上縁部３６を有しており、この上縁部３６は軸方向１２で見て測定エレメント９に最も近い。上側の仮想平面３９は上縁部３６を通って、図１の図平面に対して垂直方向で且つ主要流れ方向１８に対して平行に延在している。分離開口３３は、軸方向１２で見て前記の上側の平面３９の下位に配置されている。流入域２７には、開口２１の範囲内で傾斜された又は湾曲された複数の面２２と隔壁５１とが設けられており、この隔壁５１は、流入域に流入する媒体が上側の平面３９から離反して変向されるように構成されている。

液体粒子及び／又は固体粒子は、ガス状の流れ媒体よりも大きく且つ高い密度を有しているので、軸方向１２で見て上側の平面３９から離反運動する。分離開口３３は上側の平面３９の下位に配置されているので、液体粒子及び固体粒子は分離ゾーン２８に集まり、分離開口３３を流過する空気によって導管３へ吸い込まれる。

流入域２７から出発して測定通路４０の第１の区分が、まず最初に流入部４１からほぼ差込み開口１６に向かって延びている。流入部４１を通って第１の方向ａで測定通路４０に流入する部分流は、測定エレメント９に向かって流れる。前記の第１の区分には別の区分４４が続いており、この別の区分４４において部分流が変向されて、測定エレメント９を流過する。およそ図１に示した測定エレメントの手前のライン４２から測定エレメント９の背後のライン４３まで、流れ方向ａで見て別の区分４４の横断面はテーパしている。このことは、互いに面した２つの加速傾斜路によって達成される。図１は、第１の傾斜路に対して垂直方向で見たところである。横断面のテーパによって、若しくは測定通路４０の側面を全面的に又は部分的に狭めた形の加速傾斜路によって、媒体は迅速に第１の方向ａで測定通路を通って搬送され、これにより、後から来る空気が流入域２７から吸い込まれる。媒体は区分４４から引き続き流れて、ほぼ軸方向１２で差込み開口１６から離反して延びている、測定通路の１通路区分４５内へ変向される。この区分から、媒体は例えば主要流れ方向１８とは逆方向に延びる別の区分４８へ変向されて、例えば主要流れ方向１８に対して垂直方向で又は主要流れ方向１８に対して０度とは異なる角度で配置された測定通路４０の流出部４９を通って導管３に流入する。つまりこの場合、測定通路４０は例えばほぼＣ字形に形成されている。

例えば内燃機関の停止時に、媒体が導管３内を本来の主要流れ方向１８とは逆方向で流れると、車両のクランクケース通気導管を通ってインテークマニホールドの管路に流入し且つ主要流れ方向１８の逆方向で搬送される油滴及び類似の汚染物質が、測定通路４０の流出部４９を介して測定通路４０に侵入する恐れがある。この媒体流は図１に示したように、第１の方向ａとは逆方向の第２の方向ｂ（逆流）で測定通路に流入する。更に図１において認識されるように、逆流流れ方向ｂで見て流出部４９の下流側で且つ測定エレメント９の手前の通路区分４５には、逆流の場合にこの通路区分内に渦流を生ぜしめて、油滴が測定エレメントに到達する前に油滴を沈殿させるための手段４６が配置されている。これらの手段は、原則として様々な形式で形成されていてよい。例えば、渦形成を惹起する隔壁、ウェブ又は類似の手段を当該通路区分に組み込むことが考えられる。図示の有利な実施例では、前記手段は当該通路区分の内壁の構造によって形成される。通路区分４５は、第１の方向ａで見てその内側横断面が段状に拡大されており、この場合、少なくとも１つの段部が設けられており、これらの段部４６は、測定通路４０内の媒体の流れ方向ｂに対して少なくとも部分的に傾斜して且つ／又は少なくとも部分的に横方向で延びる縁部５７を有している。図１では、前記段部はこの図１で見えている通路区分４５の内壁及びこの内壁に対向位置する、横断面図では見えない通路区分４５の別の内壁に形成されている。

図２には拡大図が示されている。少なくとも１つの段部４６は、測定通路４０内の媒体の流れ方向に対してほぼ横方向のｘ方向で延びる縁部５７を有している。更に認識されるように、段部４６は付加的に前記縁部５７に向かって開いた切欠き４７を有しており、この切欠き４７の縁部４７ａは、測定通路４０内の媒体の流れ方向（方向ｂ）に対して少なくとも部分的に斜めに又は平行に延在している。方向ｂで逆流した場合、媒体流は段部４６に向かって流れる。この場合、方向ｂに対して横方向で延在する縁部５７において、スクリュー状又は螺旋状の渦流が発生し、これらの渦流の軸線はＸ方向で延びている。付加的に、縁部４７ａにスクリュー状又は螺旋状の渦流が発生し、これらの渦流の軸線は方向ｂで延びている。段部に形成される渦流は、軸方向及び半径方向の伸張がミリメートル範囲内のマクロ渦である。当該渦流によって、液滴及び汚染粒子が測定エレメント９に到達する前に、通路区分４５の内壁に堆積するということが達成される。はっきりさせるために述べておくと、本出願の文脈における「流れ方向ａ」は測定通路の流入部から流出部に向かう流れ方向、並びに「流れ方向ｂ」は測定通路の流出部から流入部に向かう流れ方向であると理解され、形成された渦における循環流の方向ではない。

図３には変化実施例が示されている。この場合、切欠き４７の縁部４７ａは逆流の流れ方向ｂに対して斜めに延在しているので、切欠き４７には軸線が流れ方向ｂに対して斜めに延びる渦流も形成される。

図４には別の実施例が示されている。この場合、逆流の流れ方向ｂに対して斜めに延びる縁部５７を備えた段部４６が形成されているので、角度αで流れ方向ｂに対して斜めに延びる軸線を有する渦流が形成される。

図１から図４に示した実施例では、媒体が方向ｂで逆流した場合に渦流を生ぜしめるために、段部４６は流れ方向ａで見て測定エレメントの下流側に配置されている。但し、測定通路の流入部から流出部に向けられた流れ方向ａの媒体流内にも渦流を発生させるためには、段部又は別の構造体を流入部４１と測定エレメントとの間に設けることも可能であり、これによって、流入部を介して測定通路に流入した水分及び固体粒子は測定エレメントの手前で内壁に堆積する。

図５には更に別の実施例が示されている。この実施例では、構造体の設けられた通路区分４５が、流出部４９のより近くに配置されている。通路区分４５の内壁４５ａには、縁部が流れ方向ｂにほぼ沿って測定通路４０内に延在している構造体が設けられている。これらの構造体は、特に有利な形式では流れ方向に沿って測定通路内に延在する、内側に向かって突出した長手方向リブ５５によって形成され、これらの長手方向リブ５５は、有利には当該通路区分内で内壁の内周面全体にわたって配分されて配置されている。逆流の場合は、リブ５５によって通路区分４５内に流れ方向ｂに沿った渦流が形成される。油滴及び空気の異なる密度、並びにこれらの密度から結果的に得られる大きさの異なる遠心力に基づいて、空気内の油は測定通路の内壁の表面で分離される。

本発明による装置の測定通路が設けられた部分の第１実施例を、導管に挿入された位置で横断して示した図である。 渦流を生ぜしめる通路区分の内壁の構造に関する１実施例を示した図である。 渦流を生ぜしめる通路区分の内壁の構造に関する１実施例を示した図である。 渦流を生ぜしめる通路区分の内壁の構造に関する１実施例を示した図である。 本発明による装置の測定通路が設けられた部分の別の実施例を、導管に挿入された位置で横断して示した図である。

Claims (11)

1. 導管（３）内を主要流れ方向（１８）で流れる媒体、特に内燃機関の吸気質量の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置であって、主要流れ方向（１８）に関して予め規定された向きで導管（３）に収納可能な構成部材（６）が設けられており、これにより、導管内を主要流れ方向（１８）で流れる媒体の部分流が、前記構成部材（６）内に設けられた少なくとも１つの測定通路（４０）を、該測定通路の流入部（４１）から測定通路の流出部（４９）に向かう第１の方向（ａ）で通流するようになっており、少なくとも１つのパラメータを規定するための、測定通路（４０）内に配置された少なくとも１つの測定エレメント（９）が設けられている形式のものにおいて、
   測定通路（４０）が、流入部（４１）と流出部（４９）との間に少なくとも１つの通路区分（４５）を有しており、該通路区分内に渦流を発生させる手段（４６，５５）が当該通路区分内に配置されていることを特徴とする、導管内を流れる媒体の少なくとも１つのパラメータを規定するための装置。
2. 前記手段（４６，５５）の設けられた通路区分（４５）が、第１の方向（ａ）で見て測定エレメント（９）と測定通路（４０）の流出部（４１）との間に配置されており、媒体が、特に測定通路の流出部（４９）から流入部（４１）に向かう、第１の方向（ａ）とは逆方向の第２の方向（ｂ）で逆流した場合に、前記手段（４６，５５）が当該通路区分（４５）内に渦流を生ぜしめる、請求項１記載の装置。
3. 前記手段（４６，５５）が、通路区分（４５）の内壁（４５ａ）の構造によって形成される、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記内壁（４５ａ）が、渦流を形成するのに適した段部、縁部、突出部又は類似のジオメトリを有している、請求項３記載の装置。
5. 通路区分（４５）の内壁（４５ａ）が、少なくとも１つの段部（４６）及び有利には相前後して配置された複数の段部（４６）を有している、請求項３又は４記載の装置。
6. 通路区分（４５）の向かい合った内壁に少なくとも１つの段部（４６）が形成されている、請求項５記載の装置。
7. 測定通路（４０）が、内側横断面が第１の方向（ａ）で連続してテーパしている第１の区分（４４）を有しており、この第１の区分（４４）に間接的又は直接に、第１の方向（ａ）で内側横断面が段状に拡大している別の区分（４５）が続いている、請求項５記載の装置。
8. 少なくとも１つの段部（４６）が、測定通路（４０）内の媒体の流れ方向に対して少なくとも部分的に斜めに且つ／又は少なくとも部分的に横方向で延びる縁部（５７）を有している、請求項３から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 少なくとも１つの段部（４６）が、測定通路（４０）内の媒体の流れ方向に対してほぼ横方向に延びる縁部（５７）を有しており、前記段部（４６）が、該段部の縁部（５７）に向かって開いた切欠き（４７）を有しており、該切欠きの縁部（４７ａ）が、測定通路（４０）内の媒体の流れ方向に対して少なくとも部分的に斜めに又は平行に延びている、請求項３から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 通路区分（４５）の内壁（４５ａ）に、縁部が測定通路（４０）内の流れ方向にほぼ沿って延びる構造が設けられている、請求項３又は４記載の装置。
11. 前記構造が、測定通路（４０）内の流れ方向に沿って延在する、内側に向かって突出した長手方向リブ（５５）によって形成され、これらの長手方向リブが、有利には前記通路区分（４５）内で内壁（４５ａ）の内周面全体にわたって配分されて配置されている、請求項１０記載の装置。

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