PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005019613A1 24.11.2005
Titel Luftstromratenmessvorrichtung mit Messeinheit
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Kitahara, Noboru, Kariya, Aichi, JP;
Matsuura, Hideki, Kariya, Aichi, JP;
Goka, Yasushi, Kariya, Aichi, JP
Vertreter TBK-Patent, 80336 München
DE-Anmeldedatum 27.04.2005
DE-Aktenzeichen 102005019613
Offenlegungstag 24.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.11.2005
IPC-Hauptklasse G01F 1/684
Zusammenfassung Eine Messeinheit (4) ist aus einem Heizelement (4a) und einem Temperaturmesselement (4b) aufgebaut. Die Messeinheit (4) ist in einem Bereich angeordnet, in dem Messluft, welche durch den Umleitungseinlass (8) in den Einströmkanal (6a) strömt, sich im Wesentlichen im rechten Winkel biegt und in der Strömung verengt wird. Alternativ ist die Messeinheit (4) in einem Bereich unmittelbar nach einem Bereich angeordnet, in dem sich die durch den Umleitungseinlass (8) strömende Messluft im Wesentlichen im rechten Winkel biegt. Die Längsrichtung des Heizelements (4a) und das Temperaturmesselement (4b) werden jeweils so angeordnet, dass sie mit beiden Dickenrichtungs-Seitenflächen des Messkörpers (3) parallel sind. Dadurch kann, selbst wenn sich eine Strömungsrate der Messluft verändert, verhindert werden, dass sich ein Einfluss aufgrund der Veränderung auswirkt. Dadurch kann die maximale Strömungsrate innerhalb des Längsbereichs des Heizelements (4a) von einer niedrigen Strömungsrate bis zu einer hohen Strömungsrate gemessen werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Luftstromratenmessvorrichtung mit einem Luftkanal, in dem ein Umleitungskanal ausgebildet ist, und eine Messeinheit, die im Umleitungskanal zum Messen einer Luftstromrate angeordnet ist.

Eine Luftstromratenmessvorrichtung, die in JP-A-9-287985 offenbart ist, misst eine Ansaugmenge an Luft, die in einen Verbrennungsmotor strömt. Wie in 11A, B dargestellt, hat die Luftstromratenmessvorrichtung einen Umleitungskanal 100, durch den ein Teil der Ansaugluft strömt. Die Luftstromratenmessvorrichtung hat eine Messeinheit im Umleitungskanal 100.

Der Umleitungskanal 100 hat einen Einlass 110, der in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung der Ansaugluft öffnet. Daneben, wie durch einen Pfeil in 11B dargestellt, ist der Umleitungskanal 100 in einer Form, in der die vom Einlass 110 strömende Luft sich im wesentlichen in einem rechten Winkel dreht. Ein gebogener Abschnitt ist auf halbem Wege vom Umleitungskanal 100 vorgesehen. Der gebogene Abschnitt verändert die Strömungsrichtung der Luft. Ein Kanal auf der stromaufwärtigen Seite bezüglich des gebogenen Abschnitts ist durch eine Abtrennung 120 von einem Kanal auf der stromabwärtigen Seite bezüglich des gebogenen Abschnitts abgetrennt.

Die Messeinheit hat ein Heizelement 130, um eine Strömungsrate der Luft zu messen. Das Heizelement 130 ist im Kanal auf der stromaufwärtigen Seite relativ zum gebogenen Abschnitt des Umleitungskanals 100 angeordnet. Wie jedoch in

11A dargestellt, ist das Heizelement 130 in solch einer Richtung angeordnet, dass die Längsrichtung des Heizelements 130 senkrecht zu beiden Seitenflächen ist, welche den Umleitungskanal 100 ausbilden. Hierbei sind beide Seitenflächen senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft. Das Heizelement 130 ist so angeordnet, dass dessen Längsrichtung in der Horizontalrichtung der 11A ist. Bezug nehmend auf 11B ist das Heizelement 130 in einer Position angeordnet, die dezentriert ist, d.h. zur Seite der Abtrennung 120 hinsichtlich des Zentrums des Umleitungskanals 100 versetzt.

In der vorstehend beschriebenen Luftstromratenmessvorrichtung biegt vom Einlass 110 strömende Luft hinsichtlich der Strömungsrichtung in einem im wesentlichen rechten Winkel. Deshalb wird, wie in 12B dargestellt, während die Strömungsgeschwindigkeit der in den Umleitungskanal 110 strömenden Luft hoch wird, die maximale Strömungsgeschwindigkeit in einer Strömungsgeschwindigkeitsverteilung X, die durch die Volllinie im Kanal auf der stromaufwärtigen Seite des gebogenen Abschnitts dargestellt ist, zur Seite der Abtrennungswand 120 gedrängt. Das heißt, die Strömungsgeschwindigkeit von Luft wird stabilisiert, während sie relativ zum Zentrum des Kanals auf der stromaufwärtigen Seite bezüglich des gebogenen Abschnitts zur Seite der Abtrennung 120 gedrängt wird. Deshalb wird das Heizelement 130 in einer Position angeordnet, die zur Seite der Abtrennung 120 bezüglich des Zentrums pf des Kanals versetzt ist, so dass die Messgenauigkeit verbessert wird.

Der vorstehend beschriebene, herkömmliche Aufbau ist effektiv, wenn eine Ansaugmenge an Luft groß ist, d.h. eine Strömungsgeschwindigkeit von Luft hoch ist. Wie jedoch in 12A dargestellt, wird die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung X auf der stromaufwärtigen Seite des gebogenen Abschnitts in einem Zustand geringer Strömungsrate, in dem eine Ansaugemenge an Luft klein ist, um das Zentrum des Umleitungskanals 100 ausgebildet.

Wenn dementsprechend eine Strömungsrate niedrig ist, wird die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung X im Umleitungskanal 100 zu einer Parabelform. Wenn dementsprechend das Heizelement 130 in einer Position angeordnet ist, die zur Seite der Abtrennung 120 exzentrisch versetzt ist, wird eine Strömungsrate in einem Bereich gemessen, in dem die Strömungsgeschwindigkeit in der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung X niedrig ist. Infolgedessen wird die Messgenauigkeit verschlechtert, wenn eine Strömungsrate niedrig ist, und ein Dynamikbereich der Strömungsmessung wird klein.

In Anbetracht der vorstehenden Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luftstromratenmessvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, unberücksichtigt einer Strömungsrate an Luft, die Messgenauigkeit zu verbessern und die in der Lage ist, einen Dynamikbereich bei der Strömungsmessung zu vergrößern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Luftstromratenmessvorrichtung einen Umleitungskanal und ein Heizelement. Luft, welche in einen Luftkanal strömt, ist in der Lage, zum Teil durch den Umleitungskanal zu strömen. Das Heizelement ist im Umleitungskanal angeordnet. Das Heizelement misst eine Luftstromrate auf der Basis einer Wärmemenge, die an die Luft abgestrahlt wird. Der Umleitungskanal definiert einen Einlass, einen Einströmkanal, und einen Ausströmkanal. Der Einlass öffnet in einer Richtung, die einer Strömungsrichtung der durch den Luftkanal strömenden Luft entgegengesetzt ist, so dass durch den Einlass strömende Luft in eine vorbestimmte Strömungsrichtung abbiegt und in den Einströmkanal strömt. Der Ausströmkanal verbindet den Einströmkanal über einen gebogenen Abschnitt, in dem vom Einströmkanal strömende Luft weiter die Strömungsrichtung ändert. Das Heizelement ist im Einströmkanal angeordnet. Das Heizelement ist so angeordnet, dass eine Längsrichtung des Heizelements im Wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung einer durch den Luftkanal strömenden Luft ist.

Das Heizelement ist in einem Bereich angeordnet, in dem Luft, die vom Einlass strömt und in eine vorbestimmte Strömungsrichtung biegt, in der Strömung verengt wird. Das Heizelement ist in einem Bereich unmittelbar nach einem Bereich angeordnet, in dem vom Einlass strömende Luft in die vorbestimmte Strömungsrichtung biegt.

Die Luftstromratenmessvorrichtung hat des Weiteren einen Drosselabschnitt. Der Drosselabschnitt ist an einer Seitenfläche des Einströmkanals vorgesehen. Die Seitenfläche des Einströmkanals ist senkrecht zur Längsrichtung des Heizelements. Der Drosselabschnitt verringert kontinuierlich den Querschnitt des Einströmkanals von stromaufwärts des Bereichs, in dem das Heizelement angeordnet ist, hin zum Bereich, in dem das Heizelement angeordnet ist.

Der gebogene Abschnitt definiert eine Innenbahn auf einer Innenseite innerhalb des gebogenen Abschnitts, in der sich vom Einlass strömende Luft in der vorbestimmten Strömungsrichtung in den Einströmkanal biegt, während sie ihre Strömungsgeschwindigkeit verringert. Der gebogene Abschnitt definiert eine Außenbahn auf einer Außenseite innerhalb des gebogenen Abschnitts, in der sich vom Einlass strömende Luft in die vorbestimmten Strömungsrichtung in den Einströmkanal biegt, während sie ihre Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Der Drosselabschnitt hat eine Endseite. Die eine Endseite des Drosselabschnitts ist auf einer Verlängerung der Innenbahn angeordnet. Der Drosselabschnitt hat auch eine andere Endseite. Die andere Endseite des Drosselabschnitts ist an einer Verlängerung der Außenbahn angeordnet. Der Drosselabschnitt auf der Außenbahn hat eine geringere Höhe als der Drosselabschnitt auf der Innenbahn.

Der Drosselabschnitt ist in einer konischen Form, die ihre Höhe von der einen Endseite hin zur anderen Endseite verringert. Alternativ ist der Drosselabschnitt ist in einer R-Form, die ihre Höhe von der einen Endseite hin zur anderen Endseite verringert. Alternativ verringert der Drosselabschnitt stufenweise von der einen Endseite hin zur anderen Endseite seine Höhe.

Dadurch ist eine Luftstromratenmessvorrichtung unberücksichtigt einer Variation der Strömungsrate in der Lage, die Messgenauigkeit zu verbessern und einen Dynamikbereich bei der Strömungsmessung zu vergrößern.

Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher. In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt:

1A ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Luftstrommessgerät, wenn in der Querrichtung betrachtet, und 1B ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Luftstrommessgerät, wenn aus der Dickenrichtung betrachtet, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

2A ist eine Draufsicht, die ein Luftstrommessgerät, wenn von der Bodenseite betrachtet, und 2B ist eine vergrößerte Darstellung, die eine Anordnung der Messeinheit innerhalb des Einströmkanals, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;

3 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Luftstrommessgerät darstellt, das an ein Ansaugrohr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel montiert ist;

4A, 4B sind Querschnittsdarstellungen, die Strömungsgeschwindigkeitsverteilungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellen;

5 ist ein Graph, der eine Rate der Strömungsgeschwindigkeitsvariation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel relativ zu einem Standard eines herkömmlichen Luftstrommessgeräts darstellt;

6A ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Einströmkanal, in dem eine Messeinheit vorgesehen ist, und 6B ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Drosselabschnitt im Einströmkanal entlang der Linie A-A aus 6A, gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt;

7A ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Einströmkanal, in dem die Messeinheit vorgesehen ist, und 7B ist eine Draufsicht, die einen Messkörper, wenn von der Bodenseite betrachtet, gemäß dem Stand der Technik darstellt;

8A ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Einströmkanal, in dem die Messeinheit vorgesehen ist, und 8B ist eine Draufsicht, die einen Messkörper, wenn von der Bodenseite betrachtet, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;

9 ist eine Draufsicht, die den Messkörper gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt, wenn von der Bodenseite betrachtet;

10 ist eine Draufsicht, die den Messkörper gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt, wenn von der Bodenseite betrachtet;

11A ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Luftstrommessgerät bezüglich der Dickenrichtung darstellt, und 11B ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Luftstrommessgerät bezüglich der Querrichtung darstellt;

11A ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Luftstrommessgerät, wenn von der Querrichtung betrachtet, und 11B ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Luftstrommessgerät, wenn aus der Dickenrichtung betrachtet, gemäß dem Stand der Technik darstellt; und

12A, 12B sind Querschnittsdarstellungen, die Strömungsgeschwindigkeitsverteilungen gemäß dem Stand der Technik darstellen.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Wie in den 1A, 1B dargestellt, dient eine Luftstromratenmessvorrichtung als Luftstrommessgerät 1, welches eine Strömungsrate einer Ansaugluft eines Verbrennungsmotors misst. Wie in 3 dargestellt, ist das Luftstrommessgerät 1 an ein Ansaugrohr 2 montiert, das im Inneren einen Luftkanal ausbildet. Das Luftstrommessgerät 1 wird durch einen Messkörper 3, eine Messeinheit 4, ein Schaltkreismodul 5 und dergleichen gebildet.

Der Messkörper 3 wird über ein Montageloch 2a, das im Ansaugrohr 2 ausgebildet ist, ins Innere eines Ansaugrohrs 2 eingefügt. Der Messkörper 3, der durch das Montageloch 2a eingefügt wird, ist der durch das Ansaugrohr 2 strömenden Luft ausgesetzt.

Der Messkörper 3 ist in einer flachen Form ausgebildet, die ihre Dicke in der Dickenrichtung hat, die in 1A dargestellt ist. Die Dicke des Messkörpers 3, der in 1A dargestellt ist, ist kleiner als die Breite des Messkörpers 3 in der Querrichtung, die in 1B dargestellt ist. Die Querrichtung des Messkörpers 3 ist entlang der Richtung der durch das Ansaugrohr 2 strömenden Luft angeordnet (3). Hierbei wird durch das Ansaugrohr 2 strömende Luft als Hauptstrom bezeichnet und die Strömung im Hauptstrom wird als Hauptstrom-Strömung bezeichnet.

Bezug nehmend auf die 1A, 1B ist ein Umleitungskanal 6 innerhalb des Messkörpers 3 ausgebildet, durch den der Hauptstrom zum Teil als Messluft strömt. Bezug nehmend auf 1B ist der Umleitungskanal 6 mit einem U-Wendeabschnitt (gebogener Abschnitt) ausgebildet, der eine U-Form aufweist, d.h. in 1B eine umgekehrte U-Form mit einer Abtrennung 7, entlang der eine Messluft um 180° gedreht wird. Ein Einströmkanal 6a ist im Umleitungskanal 6 entlang der Radialrichtung des Ansaugrohrs 2 auf der stromaufwärtigen Seite des U-Wendeabschnitts ausgebildet. Ein Ausströmkanal 6b ist im Umleitungskanal 6 entlang der Radialrichtung des Ansaugrohrs 2 auf der stromabwärtigen Seite des U-Wendeabschnitts ausgebildet.

Daneben ist ein Umleitungseinlass 8, durch den die Messluft in den Umleitungskanal 6 strömt, in dem Messkörper 3 ausgebildet. Umleitungsauslässe 9, 10, durch welche die Messluft aus dem Umleitungskanal 6 strömt, sind im Messkörper 3 ausgebildet.

Bezug nehmend auf 1B öffnet der Umleitungseinlass 8 weit, so dass er sich von einer Vorderfläche des Messkörpers 3, die der Hauptstrom-Strömung zugewandt ist, zu einer Bodenfläche des Messkörpers 3 erstreckt. Dementsprechend dreht sich die Messluft, die vom Umleitungseinlass 8 einströmt, im wesentlichen im rechten Winkel hinsichtlich des Umleitungseinlasses 8, so dass die Messluft durch den Einströmkanal 6a strömt, wie durch den Pfeil in 1B gekennzeichnet.

Die Umleitungsauslässe 9, 10 haben einen Hauptauslass 9, der zu einem stromabwärtigen Ende des Umleitungskanals 6 öffnet, und einen Hilfsauslass 10, der zwischen dem U-Wendeabschnitt des Umleitungskanals 6 und dem Hauptauslass 9 angeordnet ist.

Die Messeinheit 4 hat ein Heizelement 4a, welches eine Luftstromrate misst, und ein Temperaturmesselement 4b zur Temperaturkompensation. Die entsprechenden Elemente 4a, 4b sind mit einem Substrat (nicht dargestellt) verbunden, welches über ein Anschlusselement 11 in einem Schaltkreismodul 5 aufgenommen ist.

Die Messeinheit 4 ist auf der stromaufwärtigen Seite des U-Wendeabschnitts im Umleitungskanal 6 angeordnet. Das heißt, die Messeinheit 4 ist innerhalb des Einströmkanals 6a angeordnet. Insbesondere ist die Messeinheit 4 in einem Bereich angeordnet, in dem sich die Messluft, welche vom Umleitungseinlass 8 in den Einströmkanal 6a strömt, in der Strömung verengt wird, wenn die Strömung der Messluft sich im Wesentlichen im rechten Winkel dreht. Alternativ kann die Messeinheit 4 in einem Bereich unmittelbar nachdem sich die Messluft im wesentlichen im rechten Winkel bezüglich des Umleitungseinlasses dreht, angeordnet sein.

Daneben ist das Heizelement 4a und das Temperaturmesselement 4b jeweils an beiden Längsenden mit dem Anschlusselement 11 elektrisch verbunden. Das Heizelement 4a und das Temperaturmesselement 4b sind in einer Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Hauptstrom-Strömung (3) ausgerichtet, die durch das Ansaugrohr 2 hindurchführt, wie in 1B dargestellt. Das heißt, die Längsrichtung des Heizelements 4a und das Temperaturmesselement 4b sind jeweils so angeordnet, dass sie parallel mit beiden Flächen des Messkörpers 3 in der Dickenrichtung sind.

Wie in den 2A, 2B dargestellt, sind das Heizelement 4a und das Temperaturmesselement 4b so angeordnet, dass die Zentren des Heizelements 4a und des Temperaturmesselements 4b bezüglich ihrer Längsrichtungen im Wesentlichen im Zentrum im Einströmkanal 4a angeordnet sind. Hierbei sind die Längsrichtungen des Heizelements 4a und des Temperaturmesselements 4b im Wesentlichen parallel mit der Horizontalrichtung in den 2A, 2B.

Das Schaltkreismodul 5 ist einstückig an einer Oberseite des Messkörpers 3 vorgesehen und ist außerhalb des Ansaugrohrs 2 angeordnet, wie in 3 dargestellt. Das Schaltkreismodul 5 steuert einen elektrischen Strom, der zum Heizelement 4a fließt derart, dass er einen Temperaturunterschied, der zwischen der Heiztemperatur des Heizelements 4a und der durch das Temperaturmesselement 4b erfassten Ansaugluft konstant hält. Daneben ist das Schaltkreismodul 5 mit einer ECU (elektronische Steuereinheit, nicht dargestellt) über einen Kabelbaum (nicht dargestellt) verbunden, so dass das Schaltkreismodul 5 ein Spannungssignal zur ECU ausgibt. Das Spannungssignal ist proportional zu einem elektrischen Strom, der durch das Heizelement 4a fließt. Die ECU misst eine Ansaugluftströmungsrate auf der Basis eines Spannungssignals, welches vom Schaltkreismodul 5 ausgegeben wird. Zusätzlich ist ein Anschlussstecker 12 (1A, 1B) zum Verbinden des Kabelbaums einstückig auf der Seite des Schaltkreismoduls 5 ausgebildet.

Beim Luftstrommessgerät 1 des vorstehenden Aufbaus strömt die Messluft durch den Umleitungseinlass 8 ein und dreht sich im wesentlichen im rechten Winkel, so dass die Messluft durch den Einströmkanal 6a strömt. Dementsprechend wird, während eine Strömungsrate der Messluft zunimmt, die maximale Strömungsgeschwindigkeit der Messluft abgedrängt, d.h. in einer Strömungsgeschwindigkeitsverteilung innerhalb des Einströmkanals 6a zur Seite der Abtrennung 7 versetzt. Im vorstehenden Aufbau ist das Heizelement 4a in Längsrichtung angeordnet, so dass es im Wesentlichen parallel zur Hauptstrom-Strömung ist. Deshalb, selbst wenn sich eine Strömungsrate der Messluft verändert, kann kaum ein Einfluss aufgrund der Veränderung der Strömungsrate der Messluft auf das Heizelement 4 bei der Messung der Strömungsrate ausgeübt werden. Das heißt, wie in 4B dargestellt, wenn eine Strömungsrate hoch ist, wird eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung X so erzeugt, dass deren maximale Strömungsrate zur Außenseite der Luftströmung, welche vom Umleitungseinlass 8 eintritt und sich im wesentlichen im rechten Winkel biegt, abgedrängt wird. Jedoch ist die Längsrichtung des Heizelements 4a im Wesentlichen parallel zur Hauptstrom-Strömung, so dass die maximale Strömungsrate innerhalb des Längsbereichs des Heizelements 4a gemessen werden kann.

Wenn im Gegensatz dazu eine Strömungsrate niedrig ist, wird die maximale Strömungsrate nicht zur Außenseite der Luftströmung gedrängt, d.h. zur Seite der Abtrennung 7. Wie in

4A dargestellt, wird die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung X, wenn eine Strömungsrate niedrig ist, etwa im Zentrum des Einströmkanals 6a ausgebildet. Dadurch kann die maximale Strömungsrate über die Länge des Heizelements 4a gemessen werden, ähnlich zum Fall, bei dem eine Strömungsrate hoch ist. Wie in den 11A, 11B dargestellt, hat das herkömmliche Strömungsmessgerät den Aufbau, in dem das Heizelement 130 in der Längsrichtung angeordnet ist, so dass es bezüglich beider Seitenwände, die den Umleitungskanal 100 bilden, senkrecht ist. Hierbei sind beide Seitenwände des Umleitungskanals 100 im Wesentlichen parallel zur Hauptstrom-Strömung angeordnet.

Hierbei ist 5 ein Messergebnis, welches ein Verhältnis zwischen einer Variationsrate V der Strömungsgeschwindigkeit, wenn eine Strömungsrate F der Luft sich im Luftströmungsmessgerät 1, das im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, verändert, verglichen mit der Strömungsrate der Luft im herkömmlichen Strömungsmessgerät als Standard. Das heißt, die Standardposition von 0(%) in der Vertikalachse, die in 5 dargestellt ist, ist äquivalent zu einer Strömungsgeschwindigkeit des herkömmlichen Strömungsmessgeräts. Die Variationsrate V der Strömungsgeschwindigkeit zeigt eine Rate zwischen einer Strömungsgeschwindigkeit des Luftstrommessgeräts 1, das im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, und einer Strömungsgeschwindigkeit des herkömmlichen Strömungsmessgeräts, wenn sich eine Strömungsrate F der Luft verändert. Wie in 5 dargestellt, während eine Strömungsrate abnimmt, wird eine Strömungsgeschwindigkeit des im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Luftstrommessgeräts 1, verglichen mit der Strömungsgeschwindigkeit des herkömmlichen Strömungsmessgeräts, groß. Das heißt, die Strömungsgeschwindigkeit im Luftstrommessgerät 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nimmt in einem Bereich, in dem eine Strömungsrate niedrig ist, verglichen mit der Strömungsgeschwindigkeit im herkömmlichen Strömungsmessgerät, zu. Deshalb wird eine Messgenauigkeit im Luftstrommessgerät 1 verglichen mit dem herkömmlichen Aufbau des Luftstrommessgeräts verbessert. Deshalb kann ein Dynamikbereich der Strömungsmessung vergrößert werden.

Zusätzlich ist im ersten Ausführungsbeispiel das Heizelement 4a im Bereich angeordnet, in dem die Messluft, welche über den Umleitungseinlass 8 in den Einströmkanal 6a strömt, sich im wesentlichen im rechten Winkel biegt und in dem die Messluft in der Strömung verengt wird. Alternativ ist das Heizelement 4a in einem Bereich unmittelbar nach einem Bereich angeordnet, in dem sich die Messluft, die durch den Umleitungseinlass 8 strömt, im Wesentlichen im rechten Winkel biegt. Dadurch kann eine Strömungsrate an Luft in einem Zustand gemessen werden, in dem Turbulenzen der Messluft begrenzt sind, so dass die Messgenauigkeit verbessert werden kann.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Wie in 6A, 6B dargestellt, zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel ein Beispiel, in dem der Drosselabschnitt 13 am Luftstrommessgerät 1, das im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, vorgesehen ist. Der Drosselabschnitt 13 ist an den Innenflächen des Luftstrommessgeräts 1 an beiden Seiten bezüglich einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Heizelements 4a und des Temperaturmesselements 4b vorgesehen. Das heißt, der Drosselabschnitt 13 ist an den Innenflächen des Luftstrommessgeräts 1 auf beiden Seiten bezüglich der Dickenrichtung des Messkörpers 3 vorgesehen. Die Dickenrichtung des Messkörpers 3 ist äquivalent zur Horizontalrichtung in 6B. Der Drosselabschnitt 13 verringert kontinuierlich den Kanal im Querschnitt von stromaufwärts des Bereichs, in dem die Messeinheit 4 angeordnet ist, hin zum Bereich, in dem die Messeinheit 4 angeordnet ist.

Die Messluft strömt vom Umleitungseinlass 8 und biegt sich im Wesentlichen im rechten Winkel. Anschließend wird die Messluft in der Strömungsrichtung durch den Drosselabschnitt 13 so ausgerichtet, dass die Strömung der Messluft stabilisiert wird. Das heißt, es werden Turbulenzen in der Messluft begrenzt. Dadurch kann die Messgenauigkeit verbessert werden.

Des weiteren kann die Luft, die nicht in der Längsrichtung der Messeinheit 4 strömt, in einer Strömungsrichtung ausgerichtet werden, so dass die Luftströmung stabilisiert werden kann. Somit kann die Messgenauigkeit verbessert werden.

Wie jedoch in 7B dargestellt ist, können folgende Probleme auftreten, wenn der Drosselabschnitt 13 in der Höhe über die Längsrichtung des Heizelements 4a konstant ist.

Das heißt, in dem Luftstrommessgerät, das im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, strömt die Messluft vom Umleitungseinlass 8 und biegt sich im Wesentlichen rechtwinklig, danach strömt die Messluft in den Einströmkanal 6a. Dementsprechend wird, wie in 7A dargestellt ist, während eine Strömungsrate der Messluft ansteigt, die maximale Strömungsgeschwindigkeit in der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung X zur Seite der Abtrennung 7 abgedrängt, ähnlich zum ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall kann, wenn das Heizelement 4a bezüglich der Längsrichtung des Heizelements 4a falsch ausgerichtet ist, eine Strömungsrate an der Position, an der die Strömungsgeschwindigkeit in der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung X maximal ist, nicht gemessen werden.

Der Drosselabschnitt 13 variiert in der Höhe entlang der Längsrichtung des Heizelements 4a, so dass eine Streuung der Leistungsfähigkeit des Luftstrommessgeräts 1 begrenzt werden kann, selbst wenn die Position, an der das Heizelement 4a montiert wird, variiert. Insbesondere kann die Streuung der Leistungsfähigkeit des Luftstrommessgeräts 1 begrenzt werden, selbst wenn die Position, an der das Heizelement 4 montiert wird, in der Längsrichtung relativ zur Position variiert, an der das Heizelement 4a mit dem Anschlusselement 11 verbunden ist. Die Messluft, die vom Umleitungseinlass 8 strömt und in den Einströmkanal 6a strömt, nachdem sie sich im Wesentlichen im rechten Winkel biegt, nimmt in der Strömungsgeschwindigkeit an der Innenseite der Biegung ab und erhöht sich in der Strömungsgeschwindigkeit an der Außenseite der Biegung. Hierbei wird die Innenseite der Biegung als Innenbahn bezeichnet und die Außenseite der Biegung als Außenbahn. Wie in 8B beispielhaft dargestellt, ist der Drosselabschnitt 13 eine konische Form, deren Höhe von einer Endseite des Drosselabschnitts 13, die auf der Verlängerung der Innenbahn angeordnet ist, hin zur anderen Endseite des Drosselabschnitts 13, die an der Verlängerung der Außenbahn angeordnet ist, variiert. Die eine Endseite des Drosselabschnitts 13 ist an der gegenüberliegenden Seite der Abtrennung 7. Die andere Endseite des Drosselabschnitts 13 ist an der Seite der Abtrennung 7.

Mit diesem Aufbau, der in 8A dargestellt ist, wird die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung X innerhalb des Einströmkanals 6a in einer Strahlenform ausgebildet und die Streuung der maximalen Strömungsgeschwindigkeit wird begrenzt. Dadurch kann eine Streuung der Leistungsfähigkeit des Luftstrommessgeräts 1 begrenzt werden, selbst wenn die Position, an die das Heizelement 4a montiert wird, variiert. Wie in 9 dargestellt, kann der Drosselabschnitt 13 in einer R-Form ausgebildet werden, d.h. in einer runden Form. Das heißt, der Drosselabschnitt 13 verringert beispielsweise kontinuierlich seine Höhe von der Seite gegenüberliegend zur Abtrennung 7 hin zur Seite der Abtrennung 7, während sich dessen Außenperipherie krümmt, sowie die konische Form, die in 8B dargestellt ist. Alternativ, wie in 10 dargestellt, kann der Drosselabschnitt 13 so ausgebildet sein, dass der Drosselabschnitt 13 seine Höhe stufenweise von der Seite gegenüberliegend zur Abtrennung 7 hin zur Seite der Abtrennung 7 verringert.

In den vorstehenden Beispielen, wie in den 7A bis 10 dargestellt, sind die Komponenten des Drosselabschnitts 13 an beiden Seiten bezüglich der Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Heizelements 4a und des Temperaturmesselements 4b vorgesehen. Jedoch kann der Drosselabschnitt 13 zumindest an einer Endseite im Umleitungskanal 6 vorgesehen sein.

Mit den vorstehenden Aufbauten der Luftstromratenmessvorrichtung (Luftstrommessgerät) 1 ist die Längsrichtung des Heizelements 4a in einer Richtung angeordnet, in der die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Einströmkanal 6a verteilt ist. Im Einströmkanal 6a sind ein Bereich, in dem die Strömungsgeschwindigkeit der Luft groß wird, und ein Bereich, in dem die Strömungsgeschwindigkeit der Luft niedrig wird, verteilt. Dadurch, selbst wenn sich die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit im Einströmkanal 6a aufgrund der Variation der Strömungsrate der Luft, die durch den Luftkanal (Ansaugrohr) 2 strömt, verändert, kann ein Einfluss, der durch die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit verursacht wird, darin begrenzt werden, sich auf die Messung der Strömungsrate auszuwirken. Das heißt, wenn eine Strömungsrate hoch ist, wird die maximale Strömungsgeschwindigkeit in einer Strömungsgeschwindigkeitsverteilung zur Außenseite der Luftströmung, die sich in einer vorbestimmten Richtung relativ zum Einlass (Umleitungseinlass) 8 biegt, gedrängt. Jedoch ist im vorstehenden Aufbau das Heizelement 4a in einer Richtung angeordnet, in der die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Einströmkanal 6a verteilt ist, d.h. das Heizelement 4a ist im Wesentlichen entlang der Strömungsrichtung der Hauptstrom-Strömung angeordnet. Dadurch kann der Luftstrom bei der maximalen Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Bereich in der Längsrichtung des Heizelements 4a gemessen werden.

Wenn eine Strömungsrate niedrig ist, wird der Luftstrom bei der maximalen Strömungsgeschwindigkeit nicht zur Außenseite des Luftstroms gedrängt und eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung wird etwa im Zentrum des Einströmkanals 6a ausgebildet. Dadurch kann ein Luftstrom an der maximalen Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Längsrichtung des Heizelements 4a, ähnlich zur Situation, bei der eine Strömungsrate hoch ist, gemessen werden.

Im vorstehenden Aufbau ist das Heizelement 4a in einem Bereich angeordnet, in dem die Luft in der Strömung verengt wird, nachdem sie vom Einlass 8 strömt und in eine vorbestimmte Richtung abbiegt.

Luft, welche durch den Einströmkanal 6a strömt, tritt vom Einlass 8 ein, und biegt in eine vorbestimmte Richtung. Die Luftströmung wird aufgrund einer in der Luftströmung erzeugten Trägheitskraft verengt. Anschließend wird eine Sekundärströmung erzeugt, und eine Abdrift aufgrund des Biegens verschwindet, so dass sich die Strömung ausdehnt. In dieser Situation wird eine Luftströmung in einem Bereich turbulent, in dem sich die Luftströmung ausdehnt. Dementsprechend, wenn das Heizelement 4a in dem Bereich angeordnet ist, in dem sich die Luftströmung ausdehnt, wird die Messgenauigkeit verschlechtert. Im Gegensatz dazu ist die Luftströmung ausgerichtet und stabilisiert, so dass sie im Bereich, in dem die Luftströmung verengt wird, geordnet ist. Dabei wird das Heizelement 4a in dem Bereich angeordnet, in dem die Luftströmung verengt wird, so dass die Messgenauigkeit verbessert werden kann.

In dem vorstehenden Aufbau ist das Heizelement 4a in der Region unmittelbar nach einem Bereich angeordnet, in dem sich die vom Einlass 8 strömende Luft in die Strömungsrichtung biegt, so dass sie in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet ist.

Die Trägheitskraft wird in der Luftströmung im Bereich unmittelbar nach dem Bereich erzeugt, in dem sich die Luftströmung in eine vorbestimmte Richtung dreht, so dass die Luftströmung verengt wird. Das Heizelement 4a ist im Bereich unmittelbar nach dem Bereich angeordnet, in dem sich die Luftströmung in die vorbestimmte Richtung dreht, so dass die Messgenauigkeit verbessert werden kann.

In dem vorstehenden Aufbau hat die Luftstromratenmessvorrichtung 1 einen Drosselabschnitt 13. Der Drosselabschnitt 13 ist an einer Seitenfläche des Einströmkanals 6a vorgesehen. Die Seitenfläche des Einströmkanals 6a ist im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Heizelements 4a. Das heißt, die Seitenfläche des Einströmkanals 6a ist im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Hauptstroms im Luftkanal 2. Der Drosselabschnitt 13 verringert kontinuierlich den Einströmkanal 6a im Querschnitt von stromaufwärts eines Bereichs, in dem das Heizelement 4a angeordnet ist, hin zum Bereich, in dem das Heizelement 4a angeordnet ist.

Mit diesem Aufbau wird der Luftstrom konditioniert, d.h. in seiner Richtung ausgerichtet, wenn vom Einlass 8 strömende Luft, die ihre Strömungsrichtung in die vorbestimmte Richtung ändert, durch den Drosselabschnitt 13 hindurchführt. Dadurch wird der Luftstrom stabilisiert, so dass die Messgenauigkeit verbessert werden kann.

Des weiteren kann Luft, welche nicht in Längsrichtung des Heizelements 4a strömt, in der Strömungsrichtung ausgerichtet werden, so dass die Luftströmung stabilisiert werden kann. Somit kann die Messgenauigkeit verbessert werden.

Im vorstehend beschriebenen Aufbau bildet der gebogene Abschnitt intern auf der Innenseite im gebogenen Abschnitt eine Innenbahn aus, in der sich die vom Einlass 8 eintretende Luft und dreht, so dass sie in einer vorbestimmten Richtung in den Einströmkanals 6a dreht, während sie ihre Strömungsgeschwindigkeit verringert. Daneben bildet der gebogene Abschnitt intern auf der Außenseite im gebogenen Abschnitt eine Außenbahn aus, in der sich die vom Einlass 8 eintretende Luftströmung so dreht, dass sie in der vorbestimmten Richtung in den Einströmkanal 6a ist, während sie ihre Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Der Drosselabschnitt 13 hat eine Endseite. Die eine Endseite des Drosselabschnitts 13 ist an einer Verlängerung der Innenbahn angeordnet. Der Drosselabschnitt 13 weist auch eine andere Endseite auf. Die andere Endseite des Drosselabschnitts 13 ist an einer Verlängerung der Außenbahn angeordnet. Die Höhe des Drosselabschnitts 13 ist an der Außenbahn niedriger als die Höhe des Drosselabschnitts 13 an der Innenbahn. Das heißt, der Querschnitt des Strömungskanals im Drosselkanal 13 ist auf der Seite der Außenbahn breiter als der Querschnitt des Strömungskanals im Drosselabschnitt 13 auf der Seite der Innenbahn, wie in den 8B, 9, 10 dargestellt.

Mit diesem Aufbau ist die Breite des Strömungskanals auf der anderen Endseite, d.h. auf der Seite der Außenbahn, größer als die Breite des Strömungskanals auf der einen Endseite, d.h. auf der Seite der Innenbahn im Drosselkanal 13. Dadurch ist die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung im Einströmkanal 6a einheitlich, so dass die Abweichung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung begrenzt werden kann. Infolgedessen kann die Luftstromratenmessvorrichtung 1 im Variieren ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt werden, selbst wenn eine Position, an welche das Heizelement 4a montiert wird, variiert.

In der Luftstromratenmessvorrichtung 1 ist der Drosselabschnitt 13 in einer konischen Form, die ihre Höhe von einer Endseite hin zur anderen Endseite verringert. Alternativ ist der Drosselabschnitt 13 in der R-Form, die ihre Höhe von der einen Endseite hin zur anderen Endseite verringert. Alternativ verringert der Drosselabschnitt 13 stufenweise seine Höhe von der einen Endseite hin zur anderen Endseite. Das heißt, der Drosselabschnitt 13 verringert seine Höhe bezüglich der Dickenrichtung des Messkörpers 3 von einer Endseite, d.h. auf der Seite der Innenbahn, hin zur anderen Endseite, d.h. auf der Seite der Außenbahn.

Dadurch kann die Luftstromratenmessvorrichtung 1 darin begrenzt werden, in der Leistungsfähigkeit zu variieren, selbst wenn eine Position, an welche das Heizelement 4a montiert wird, variiert.

Die Aufbauten der vorstehenden Ausführungsbeispiele können geeigneterweise kombiniert werden.

Verschiedene Modifikationen und Änderungen können an den vorstehenden Ausführungsbeispielen durchgeführt werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Eine Messeinheit (4) ist aus einem Heizelement (4a) und einem Temperaturmesselement (4b) aufgebaut. Die Messeinheit (4) ist in einem Bereich angeordnet, in dem Messluft, welche durch den Umleitungseinlass (8) in den Einströmkanal (6a) strömt, sich im Wesentlichen im rechten Winkel biegt und in der Strömung verengt wird. Alternativ ist die Messeinheit (4) in einem Bereich unmittelbar nach einem Bereich angeordnet, in dem sich die durch den Umleitungseinlass (8) strömende Messluft im Wesentlichen im rechten Winkel biegt. Die Längsrichtung des Heizelements (4a) und das Temperaturmesselement (4b) werden jeweils so angeordnet, dass sie mit beiden Dickenrichtungs-Seitenflächen des Messkörpers (3) parallel sind. Dadurch kann, selbst wenn sich eine Strömungsrate der Messluft verändert, verhindert werden, dass sich ein Einfluss aufgrund der Veränderung auswirkt. Dadurch kann die maximale Strömungsrate innerhalb des Längsbereichs des Heizelements (4a) von einer niedrigen Strömungsrate bis zu einer hohen Strömungsrate gemessen werden.


Anspruch[de]
  1. Luftstromratenmessvorrichtung (1), gekennzeichnet durch

    einen Umleitungskanal (6), durch den Luft, die in einem Luftkanal (2) strömt, in der Lage ist, teilweise hindurch zu strömen, und

    ein Heizelement (4a), das in dem Umleitungskanal (6) angeordnet ist, wobei das Heizelement (4a) eine Luftstromrate auf der Basis einer Wärmemenge misst, die an die Luft abgestrahlt wird, wobei

    der Umleitungskanal (6) einen Einlass (8), einen Einströmkanal (6a) und einen Ausströmkanal (6b) definiert,

    der Einlass (8) in eine Richtung öffnet, die einer Strömungsrichtung der durch den Luftkanal (2) strömenden Luft entgegengesetzt ist, so dass Luft, die durch den Einlass (8) strömt, sich so biegt, dass sie in einer vorbestimmten Strömungsrichtung ist und in den Einströmkanal (6a) strömt,

    der Ausströmkanal (6b) über einen gebogenen Abschnitt, in dem vom Einströmkanal (6a) strömende Luft weiter die Strömungsrichtung verändert, mit dem Einströmkanal (6a) verbunden ist,

    das Heizelement (4a) im Einströmkanal (6a) angeordnet ist, und

    das Heizelement (4a) so angeordnet ist, dass eine Längsrichtung des Heizelements (4a) im Wesentlichen parallel mit einer Strömungsrichtung der durch den Luftkanal (2) strömenden Luft ist.
  2. Luftstromratenmessvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Heizelement (4a) in einem Bereich angeordnet ist, in dem Luft, welche vom Einlass (8) strömt, und sich so biegt, dass sie in der vorbestimmten Strömungsrichtung ist, in der Strömung verengt wird.
  3. Luftstromratenmessvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Heizelement (4a) in einem Bereich unmittelbar nach einem Bereich angeordnet ist, in dem eine vom Einlass (8) strömende Luft in die vorbestimmte Strömungsrichtung biegt.
  4. Luftstromratenmessvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, des Weiteren gekennzeichnet durch:

    einen Drosselabschnitt (13), der an einer Seitenfläche des Einströmkanals (6a) vorgesehen ist, wobei die Seitenfläche des Einströmkanals (6a) senkrecht zur Längsrichtung des Heizelements (4a) ist,

    wobei ein Querschnitt des Drosselabschnitts (13) sich im Einströmkanal (6a) von stromaufwärts eines Bereichs, in dem das Heizelement (4a) angeordnet ist, hin zum Bereich, in dem das Heizelement (4a) angeordnet ist kontinuierlich verringert.
  5. Luftstromratenmessvorrichtung (1) gemäß Anspruch 4,

    wobei der gebogene Abschnitt auf einer Innenseite innerhalb des gebogenen Abschnitts eine Innenbahn definiert, in der Luft, die vom Einlass (8) strömt, sich in die vorbestimmte Strömungsrichtung in den Einströmkanal (6a) biegt, während sie ihre Strömungsgeschwindigkeit verringert,

    der gebogene Abschnitt auf einer Außenseite innerhalb des gebogenen Abschnitts eine Außenwand definiert, in der sich Luft, die vom Einlass (8) strömt, so biegt, dass sie in der vorbestimmten Strömungsrichtung ist in den Einströmkanal (6a), während sie ihre Strömungsgeschwindigkeit vergrößert,

    der Drosselabschnitt(13) eine Endseite hat, wobei die eine Endseite des Drosselabschnitts (13) an einer Verlängerung der Innenbahn angeordnet ist,

    der Drosselabschnitt (13) die andere Endseite aufweist, wobei die andere Endseite des Drosselabschnitts (13) an einer Verlängerung der Außenbahn angeordnet ist, und

    der Drosselabschnitt (13) an einer Außenbahn eine geringere Höhe aufweist als der Drosselabschnitt (13) an einer Innenbahn.
  6. Luftstromratenmessvorrichtung (1) gemäß Anspruch 5, wobei der Drosselabschnitt (13) in einer konischen Form ist, welche ihre Höhe von der einen Endseite hin zur anderen Endseite verringert.
  7. Luftstromratenmessvorrichtung (1) gemäß Anspruch 5, wobei der Drosselabschnitt (13) in einer R-Form ist, die ihre Höhe von der einen Endseite hin zur anderen Endseite verringert.
  8. Luftstromratenmessvorrichtung (1) gemäß Anspruch 5, wobei der Drosselabschnitt (13) seine Höhe stufenweise von der einen Endseite hin zur anderen Endseite verringert.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche


Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com