(57)【要約】本発明は管路内を流れの主方向で流動する媒体の少なくとも１つのパラメータを測定するための装置に関する。この装置は流れの主方向に対して所定の方向で管路へ進入する部分を有している。管路内を流れる媒体の部分流は前述の部分内に構成された管路構造体の入口領域に達する。この入口領域から少なくとも１つのパラメータを求める測定エレメントの設けられた測定管路が分岐し、測定管路とは別に少なくとも１つの排出開口を備えた排出ゾーンも設けられている。排出開口は流れの主方向に対してほぼ平行に延在する側壁から管路へ向かって開口している。前述の部分は有利には少なくとも１つのウィンドシールドを有する。このウィンドシールドは流れの主方向で見て少なくとも１つの排出開口の下流後方に配置され、側壁から突出している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れの主方向（１８）に対して所定の向きで管路（３）へ進入する部分（６）が設けられており、管路内を流れる媒体の部分流が前記部分内に構成された管路構造体の入口領域に達し、該入口領域（２７）から少なくとも１つのパラメータを求める測定エレメントの設けられた測定管路（４０）とこれとは別の少なくとも１つの排出開口（３３）を備えた排出ゾーン（２８）とが分岐しており、該排出開口は流れの主方向（１８）に対してほぼ平行に延在する部分の側壁（１６）から管路へ向かって開口している、
管路内を流れの主方向で流動する媒体、例えば内燃機関の吸気管の空気流の少なくとも１つのパラメータを測定するための装置において、
前記部分（６）は少なくとも１つのウィンドシールド（５０）を有しており、該ウィンドシールドは流れの主方向で見て少なくとも１つの排出開口（３３）の下流後方に配置され、側壁（１６）から突出している
ことを特徴とする媒体の少なくとも１つのパラメータを測定するための装置。
【請求項２】
前記ウィンドシールド（５０）は流れの主方向（１８）に対して垂直に、かつ前記部分の側壁（１６）に対して平行な広がり（Ｌ）を有しており、該広がりは排出開口（３３）の直径の数倍に相応し、有利には管路構造体を有する前記部分（６）のほぼ全長にわたって延在する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ウィンドシールド（５０）は流れの主方向に向かう平坦な面（５１）を有する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記面（５１）は排出開口（３３）の設けられた側壁（１６）に対して９０°以上１６０°未満の角度αをなしている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記ウィンドシールド（５０）の突出端部から排出開口（３３）の設けられた側壁（１６）までの距離（ｈ）は約０．５〜５ｍｍである、請求項１記載の装置。
【請求項６】
少なくとも１つのウィンドシールド（５０）に切欠（５３）が設けられている、請求項２記載の装置。
【請求項７】
前記切欠（５３）はウィンドシールド（５０）内に溝として形成されている、請求項６記載の装置。
【請求項８】
少なくとも１つのウィンドシールド（５０）は並んだ歯（５４）から成る櫛状構造体を有しており、１つの歯の幅は隣接する２つの歯の間隔よりも大きい、請求項２または６記載の装置。
【請求項９】
前記ウィンドシールド（５０）は流れの主方向（１８）で見て下流の側壁（１６）の端部に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は請求項１の上位概念記載の管路内を流動する媒体の少なくとも１つのパラメータを測定するための装置に関する。
【０００２】
この種の装置は例えば独国公開第１０１３５１４２号明細書から公知であり、例えば内燃機関の吸気管内に、管路を通して内燃機関へ供給される空気質量流量を測定するために挿入される。この公知の装置は入口領域を備えた管路構造体を有している。入口領域から測定エレメントを備えた測定管路が分岐している。さらに入口領域は少なくとも１つの排出開口を備えた排出ゾーンを有している。排出開口は管路内へ通じる装置部分の少なくとも一方の側壁で管路流路に開口している。排出ゾーンは管路構造体から液体粒子および／または固体粒子を排出するために役立つ。このことにより、液体粒子および／または固体粒子が測定エレメントを備えた測定管路内に進入して測定エレメントを汚損することが防止される。
【０００３】
公知の装置では、管路内に導入される装置部分の流れの主方向に面した前壁と側壁とにより形成されるエッジが流入縁を形成する。装置を管路の流れへ挿入すると流入縁において大きな剥離流領域が発生し、一方では大きな圧力損失が生じ、他方では流動の意図せざる脈動が生じる。その結果、圧力変動が排出開口を通して入口領域から分岐した測定管路に伝達されてしまう。測定管路内の圧力変動により、測定エレメントの出力信号にかなりの誤謬が生じる恐れがある。
【０００４】
本発明の利点
本発明の請求項１の特徴を有する管路内を流動する媒体の少なくとも１つのパラメータを測定するための装置は、従来技術に比べて、周知の装置の構造を維持したまま、高いローバスト性と埃および水分に対する不感性とを達成しており、しかも簡単かつ低コストに製造できるという利点を有する。また脈流が測定エレメントへ与える影響も低減される。有利にはこれにより、測定信号の品質および再現性が著しく改善される。ここで、流れの主方向で見て少なくとも１つの排出開口の下流後方に当該の側壁から突出するウィンドシールドが配置されることにより、有利には、側壁の流れが加速され、排出開口近傍で流れが強く側壁のほうへ近づくので、排出開口を通って測定エレメントへ作用する圧力変動が低減される。
【０００５】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている構成から得られる。
【０００６】
有利には、ウィンドシールドは流れの主方向に対して垂直にかつ側壁に対して平行に広がりを有しており、この広がりは排出開口の直径の数倍に相応し、特に有利には管路構造体の部分のほぼ全長にわたって延在する。
【０００７】
また有利には、ウィンドシールドは流れの主方向に向かう平坦な面を有する。この面は排出開口の設けられた側壁に対して９０°以上１６０°未満の角度αをなしている。ここでウィンドシールドの突出端部から排出開口の設けられた側壁までの距離は約０．５〜５ｍｍである。
【０００８】
特に有利な実施形態では、ウィンドシールドに溝として形成された切欠が設けられている。有利にはウィンドシールドは並んだ歯から成る櫛状構造体を有している。管路内でこうした装置を使用すると、溝によって長手方向に強い渦流が発生する。この渦流はよどみ領域の緩慢な媒体流とそれ以外の領域の高速な媒体流とのあいだの流れの交換に作用し、これによりよどみ領域が縮小されて流れが安定する。
【０００９】
図面
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。図１には本発明の管路装置の構造が示されている。図２にはウィンドシールドを備えた本発明の装置および管路内の流れの断面図が示されている。図３のａ〜ｃにはウィンドシールドのそれぞれの形態が示されている。図４には図２の装置の第１の実施例の拡大図が示されている。図５には図２の装置の第２の実施例の拡大図が示されている。図６には図５のウィンドシールドを備えた装置の側面図が示されている。
【００１０】
実施例の説明
図１には管路３が示されており、この管路３内を媒体が流れの主方向１８に沿って右方から左方へ流れる。流れの主方向はここでは媒体が管路の入口から出口へ向かう主軸線に沿って流れる大まかな方向として定義され、局所的な渦流や偏向流、流れの停止部分なども含む。管路は例えば内燃機関の吸気管である。媒体は例えば吸気管内を流れる空気である。
【００１１】
本発明の装置１は管路３に配置されているが、装置の一部である部分６がフィンガ状に管路３内に進入しており、管路内を所定の方向で流れる媒体にさらされている。管路３へ部分６を組み込むことにより、部分６が媒体の流れの主方向に対して所定の方向へ配向されることが保証される。媒体の少なくとも１つのパラメータを測定する装置１は、測定ケーシングとして形成された部分６の他に電気的な接続部を備えた保持部分（図示せず）を有しており、この保持部分には例えば評価電子装置が収容されている。装置１は例えば部分６によって、管路３の壁１５の差込み開口を貫いて導入されており、壁１５は管路３の流れの横断面を制限している。評価電子装置は管路３の流れの横断面の内部および／または外部に配置されている。
【００１２】
例えば装置１において測定エレメント保持体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の測定データは評価電子装置によって評価される。測定エレメント９を用いて例えばパラメータとして流れる媒体の容積流または質量流が測定される。測定される別のパラメータは媒体成分の圧力、温度、濃度または流速度であり、これらは適切なセンサエレメントを用いて測定される。
【００１３】
部分６は直方体形状の構造をもつケーシングを有しており、このケーシングは、取付け位置において媒体の流れの主方向１８に向けられた端壁１３、それとは反対側の背壁１４、第１の側壁、これに平行な第２の側壁、流れの主方向１８に対して平行に延びかつ管路内へ進入している端部の部分である第３の側壁を有している。さらに部分６はその内部に管路構造体を有しており、この管路構造体は入口領域２７とこの入口領域から分岐した測定管路４０とを有している。管路３に対する装置１の配置形式によって、流れの主方向１８で流れる媒体が所定の方向で部分６に衝突し、媒体の部分流がこの方向において端壁１３の開口２１を通って管路構造体の入口領域２７に達することが保証されている。開口２１は例えば流れの主方向１８に対して垂直に配向することができるが、流れの主方向１８に対して開口２１を別の角度で配向することも可能である。開口２１には偏向壁２６も設けられている。入口領域２７から媒体の一部が測定エレメント９を備えた測定管路に達し、別の一部は測定管路のための分岐箇所の後方に位置する排出ゾーン２８に流入する。この排出ゾーン２８は第１の側壁、第２の側壁および／または第３の側壁に配置された少なくとも１つの排出開口３３を介して管路３に接続されている。流れの主方向１８は、図１に示された実施例では、排出開口３３が配置されている平面に延びている。
【００１４】
入口領域２７に流入した媒体の第１の部分流はすべて測定管路へ流入し、部分６の第３の側壁の出口４９を通って出ていく。第２の部分流はすべて排出開口３３を通って管路３へ戻る。流れる媒体には例えばオイル粒子や水粒子のような液体粒子および／または固体粒子が含まれており、これらの粒子は測定エレメント９を汚染または損傷するおそれがある。排出開口３３およびその入口領域の管路の幾何学的構造により液体粒子および固体粒子は再び管路３内に戻って流れることができる。この排出ゾーンのさらなる作用については例えば独国公開１０１３５１４２号明細書に説明されている。
【００１５】
図２には部分６の概略的な断面図が示されている。流れの主方向１８および部分６の周囲での局所的な媒体流が見て取れる。媒体流の流れの線６０は部分６の近傍で曲がっている。図２の断面図からわかるように、部分６は流れの主方向１８で見て下流の少なくとも１つの排出開口３３の後方にウィンドシールド５０を有しており、これは排出開口３３の設けられた側壁１６から突出している。ウィンドシールドは部分６に配置されている。ちなみに図２は排出開口とウィンドシールドとを切断した断面図である。
【００１６】
図４には詳細な拡大図が示されている。ウィンドガイドプレートとして構成されたウィンドシールドは、この実施例では、第１の端部５２で部分６の下流側の背壁に固定されている。第２の端部５５は側壁１６から流れのなかへ突出している。ウィンドシールド５０の突出端部５６から排出開口３３の設けられた側壁１６までの距離ｈは約０．５〜５ｍｍである。この距離ｈはウィンドシールドの突出端部５６から側壁１６の延長線（図４の破線）上の点５７まで下ろした線の最小距離によって定められる。側壁１６から流れのなかへ突出する第２の端部５５は流れの主方向１８に向かう平坦な面５１を有する。面５１と排出開口３３の設けられた側壁１６とは９０°以上１６０°未満の鈍角αをなしている。
【００１７】
図２および図４からはウィンドシールド５０の広がりは見て取れないが、図６の第２の実施例にはこれが示されている。また図２および図４に示されている第１の実施例においても、ウィンドシールド５０は流れの主方向１８に対して垂直に、かつ側壁１６に対して平行に広がりＬを有する。この広がりの長さは排出開口３３の直径の数倍であり、有利にはこの方向で管路構造体の設けられた部分６のほぼ全長にわたって延在する。またウィンドシールド５０はこれより短くてもよい。
【００１８】
以下にウィンドシールドの機能を説明する。図２には、管路３内の媒体流が部分６の周囲を流れるときの流れの線が示されている。ここからわかるように、流れは部分６の端壁１３にぶつかり、この端壁１３および２つの側壁１６，１７によって形成されるエッジで剥離流領域を生じる。これは破線６１，６２で示されている。ウィンドシールド５０の設けられていない側壁１７では、破線６２で示される流れが流速に応じてきわめて強く側壁から剥離し、これに接触しなくなる。剥離流領域では流れは一定ではなく、脈流や圧力変動が生じる。これは図２では渦流６３によって表されている。さらに図２からわかるように、ウィンドシールド５０は他方の側壁１６で流れの特性を変化させる。破線６１からよどみ領域が修正され、小さくなっていることがわかる。側壁１６の下流端部のウィンドシールド５０により、流れは側壁１６近傍で加速され、排出開口３３の領域で再び側壁に接する。これにより剥離流領域での圧力変動が排出開口３３を通って部分６の内部の管路構造体まで影響することはなくなる。
【００１９】
ウィンドシールドに対して種々の実施例が可能である。図３のａには側壁１６に対して垂直に突出するウィンドシールド３０の実施例が示されている。図３のｂの実施例では、ウィンドシールドは側壁１６の隆起部として構成されており、有利には部分６と一体である。これは必ずしも側壁１６の下流端部に配置しなくてもよい。図３のｃには流れの主方向に対して湾曲した平坦ではない面を有するウィンドシールドの実施例が示されている。もちろん図示されたものと異なるウィンドシールドも可能である。重要なのは、ウィンドシールドが側壁の排出開口よりも下流で流れのなかへ突出するということである。特に２つの側壁１６，１７に排出開口を２つ設ける実施例ではここから突出するウィンドシールドも２つ設けると有利である。第３の側壁に排出開口が設けられる場合には、ウィンドシールドは排出開口の下流で部分６のこの第３の側壁から突出するように構成される。
【００２０】
図５，図６の特に有利な実施例では、図２のウィンドシールドのさらなる発展形態が示されている。図２のウィンドシールドにより、流れは部分６の後方でかなり強く偏向し、部分６の後方に大きなよどみ領域が生じる。ここでは脈流が生じ、圧力変動が支配的となる。よどみ領域とは流れの主方向で剥離線の後方にくる流れの領域であり、基本流に比べて流速が格段に遅く、渦流が発生している箇所であると理解されたい。
【００２１】
よどみ領域の圧力変動が排出開口３３へ伝播するのを阻止するために、有利には、図６に示されているような切欠５３を備えたウィンドシールドが設けられる。切欠５３はウィンドシールド５０に規則的または不規則的な間隔で溝として設けられる。図６のウィンドシールドは複数のＶ字状の溝を有しており、ウィンドシールド５０は並んだ歯５４から成る櫛状構造体として構成される。ここで歯の幅は溝５３によって形成される歯間隔よりも大きい。図５の拡大図に示されているように、溝５３により流れの主方向１８の軸に沿って強い縦方向の渦流７０が発生する。この縦方向の渦流はよどみ領域の緩慢な媒体流とそれ以外の領域の迅速な媒体流との流れの交換に作用し、有利にはよどみ領域を縮小し、流れを安定させる。こうして排出開口への圧力変動の伝播は確実に回避される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の管路装置の構造を示す図である。
【図２】ウィンドシールドを備えた本発明の装置および管路内の流れを示す断面図である。
【図３】ウィンドシールドの各形態を示す図である。
【図４】図２の装置の第１の実施例の拡大図である。
【図５】図２の装置の第２の実施例の拡大図である。
【図６】図５のウィンドシールドを備えた装置の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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