УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2002 года по МПК G01F1/69 G01F1/684 

Изобретение относится к устройству для измерения расхода потока текучей среды, прежде всего для измерения расхода воздуха, впускаемого двигателем внутреннего сгорания, в сборе с впускным трубопроводом, на котором закреплено и внутрь которого входит его имеющая измерительный канал измерительная часть с проходящими параллельно оси измерительного канала внешними поверхностями и с расположенным в измерительном канале элементом для измерения расхода воздуха.

Уже известно из DE-OS 44 07 209 устройство для измерения расхода потока всасываемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, имеющее для этого измерительный элемент, размещенный в измерительном канале. Измерительный элемент выполнен, например, в виде керамической пластины или микромеханического блока. Устройство имеет обтекаемую, протяженную радиально в сторону оси посадки измерительную часть удлиненной формы параллельного параллелепипеда, который вводится в отверстие в стенке впускного трубопровода. Стенка впускного трубопровода ограничивает поперечное сечение потока, которое в случае цилиндрического впускного трубопровода имеет примерно круговую форму. Впускной трубопровод представляет собой, например, всасывающую трубу двигателя внутреннего сгорания, через которую двигатель внутреннего сгорания может всасывать воздух из окружающего пространства. Устройство устанавливается в отверстии в стенке впускного трубопровода в радиальном положении таким образом, чтобы измерительный канал измерительной части устройства был направлен параллельно направлению среды, протекающей через впускной трубопровод. В радиальном направлении измерительная часть устройства располагается преимущественно в середине проточного сечения впускного трубопровода. Для крепления и фиксации радиального положения устройства на впускном трубопроводе на расположенной, например, вне впускного трубопровода части корпуса устройства выполнены отверстия, в которые могут быть введены винты для крепления устройства на впускном трубопроводе.

При массовом производстве устройства, а также при монтаже на впускном трубопроводе неизбежны погрешности посадки, в результате чего измерительный канал измерительной части устройства не всегда располагается строго параллельно протекающей через впускной трубопровод среде, а с некоторыми отклонениями. Отклонение от предусмотренного параллельного расположения измерительного канала может, однако, приводить к нестабильным условиям потока у измерительной части или в измерительном канале, характеризующимся, например, превращением потока из ламинарного в турбулентный, вследствие чего может возникать более или менее сильный разброс характеристик установленных с отклонениями устройств.

Задача изобретения заключается в создании устройства для измерения расхода потока текучей среды, в котором измерительная часть с измерительным каналом были бы выполнены таким образом, чтобы можно было обеспечить в основном стабильные характеристики устройств при их массовом изготовлении и креплении на впускном трубопроводе.

Поставленная задача решается с помощью предложенного устройства для измерения расхода потока текучей среды, прежде всего для измерения расхода воздуха, впускаемого двигателем внутреннего сгорания, в сборе с впускным трубопроводом, на котором закреплено и внутрь которого входит его имеющая измерительный канал измерительная часть с проходящими параллельно оси измерительного канала внешними поверхностями и с расположенным в измерительном канале элементом для измерения расхода воздуха. Согласно изобретению измерительная часть с измерительным каналом выполнена повернутой относительно направления протекающей во впускном трубопроводе среды на угол α.
Предпочтительно, чтобы угол α составлял примерно от 2^o до примерно 10^o.

Наиболее предпочтительно, чтобы угол α составлял примерно 4^o.

Изобретение имеет то преимущество, что возникающий вследствие допусков на монтаж разброс характеристик значительно уменьшается, так что при массовом изготовлении и креплении устройства можно ожидать в основном стабильные характеристики установленных устройств.

Далее изобретение подробно поясняется описанием примера выполнения с ссылкой на чертеж, на котором показано в продольном разрезе устройство согласно изобретению.

Показанное на чертеже устройство 1 предназначено для измерения расхода потока текучей среды, в особенности расхода впускаемого двигателем внутреннего сгорания воздуха. Полное описание такого устройства можно найти, например, в DE OS 44 07 209, раскрытие которого должно быть составной частью настоящего изобретения.

Устройство 1 имеет преимущественно обтекаемую, удлиненную продольно в направлении оси 10 крепления форму параллелепипеда. Ось 10 крепления показана на чертеже точкой и проходит перпендикулярно плоскости чертежа вглубь чертежа. Устройство 1 известным способом вводится в выполненное в стенке 2 впускного трубопровода 4 отверстие и закрепляется на впускном трубопроводе 4 с помощью, например, винтового соединения. Впускной трубопровод 4 представляет собой, например, всасывающую трубу двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием, через которую двигатель внутреннего сгорания может всасывать воздух из окружающего пространства. Впускной трубопровод 4 ограничивает поперечное сечение потока, которое для цилиндрического впускного трубопровода 4 имеет приблизительно круговое поперечное сечение, в середине которого в аксиальном направлении потока среды, обозначенного стрелками 17, параллельно внутренним стенкам 3 впускного трубопровода 4, проходит ось 11. Устройство 1 имеет радиальную протяженность, так что изображенная заштрихованной на чертеже измерительная часть 15 имеет форму параллелепипеда с прямоугольным поперечным сечением и входит, например, в середину поперечного сечения потока впускного трубопровода 4.

Измерительная часть 15 устройства 1 имеет проходящий в аксиальном направлении измерительный канал 20 и примыкающий к нему, например, S-образный отклоняющий канал 21. Протекающая через впускной трубопровод 4 среда входит через имеющее, например, прямоугольное поперечное сечение входное отверстие 22 в измерительный канал 20 и попадает из него в отклоняющий канал 21, чтобы покинуть его через изображенное штриховыми линиями, например, радиальное выходное отверстие 23. Измерительный канал 20 имеет две боковые поверхности 24, 25, которые в аксиальном направлении в сторону отклоняющего канала 21 сближаются в направлении проходящей по центру измерительного канала 20 оси 12 измерительного канала. Ось 12 измерительного канала 20, а также ось 11 впускного трубопровода 4 ориентированы перпендикулярно оси 10 крепления. В измерительном канале 20 расположен разделяемый осью 12, например, на две равные половины измерительный элемент 28, выполненный, например, в виде плоской керамической пластины, боковые поверхности 29 которой проходят параллельно оси 12 измерительного канала так, чтобы его обтекала среда, протекающая через измерительный канал 20. Возможно также, что, как, например, раскрыто в DE-OS 43 38 891, измерительный элемент 28 выполнен в виде микромеханического блока с диэлектрической мембраной. Суживающееся выполнение измерительного канала 20 обеспечивает то, что в области измерительного элемента 28 образуется почти ненарушенный равномерный параллельный поток, проходящий вдоль оси 12 измерительного канала и обозначенный на чертеже соответственно стрелками 18.

В соответствии с изобретением измерительный канал 20 с осью 12 расположен не параллельно оси 11 впускного трубопровода 4, а повернут по отношению к оси 11, соответственно к протекающей через впускной трубопровод 4 среде, на угол α. Благодаря повернутому положению измерительной части 15 соответственно измерительного канала 20 обеспечивается то, что вниз по потоку от входного отверстия 22 по периметру измерительной части 15 возникает в потоке обозначенная на чертеже сплошной линией односторонняя область отрыва 30, которая обеспечивает стабильное, независящее от изменений потока состояние потока вверх по потоку от входного отверстия 22 измерительного канала 20. Область отрыва 30 проходит, начиная от входного отверстия 22 вдоль одной внешней поверхности 31 измерительной части 15, проходящей по потоку во впускном трубопроводе 4, так что поток снова не подходит к внешней поверхности 31. Область отрыва 30 ограничивается в основном повернутой от потока 17 в сторону стенки 2 впускного трубопровода 4 стороной измерительной части 15, так что внешняя поверхность 31 лежит в спутной струе правой передней кромки измерительной части 15. На противоположной, обращенной к потоку 17, стороне измерительной части 15, соответственно, на обращенной к потоку внешней поверхности 32 не происходит такого обрыва потока или происходит лишь небольшой отрыв потока, которым можно пренебречь. Внешние поверхности 31 и 32 проходят параллельно оси 12 измерительного канала. Установлено, что при описанном повороте измерительной части 15 устанавливается стабильное состояние потока вверх по потоку от входного отверстия 22 при радиальных положениях измерительного канала 20 в тех случаях, когда угол α радиального поворота измерительного канала 20 по отношению к протекающей по впускному трубопроводу 4 среде выбирается в пределах от примерно 2^o до примерно 10^o, предпочтительно равным примерно 4^o. Как показано на чертеже, угол α заключен между осью 12 измерительного канала и осью 11 впускного трубопровода 4. Так как протекающая аксиально через впускной трубопровод 4 среда протекает в измерительном канале 20 в основном параллельно оси 12 измерительного канала 20, то она повернута относительно протекающей во впускном трубопроводе 4 среды также на угол α. Измерительный элемент 28 при повороте измерительной части 15 не изменяет своего положения в измерительном канале 20, так что он приобретает тот же наклон к оси 11 впускного трубопровода 4, что и ось 12 измерительного канала.

В результате устанавливающихся при предусмотренном диапазоне угла α от примерно 2^o до примерно 10^o стабильных условиях потока вверх по потоку измерительного канала 20 связываются допуски на монтаж, которые приводят к дальнейшему изменению угла α, соответственно радиальному повороту измерительного канала 20, меньше на поток в измерительном канале 20 и тем самым на отдаваемый измерительным элементом 28 электрический сигнал, чем при параллельном расположении измерительного канала 20. Поэтому при массовом изготовлении, соответственно монтаже устройства 1, следует ожидать нулевого либо незначительного разброса характеристик установленных устройств 1. На чертеже показано повернутое против часовой стрелки положение устройства 1. Само собой разумеется, что устройство 1 может быть установлено повернутым по часовой стрелке. Как показано на чертеже, в качестве оси поворота при повернутом монтаже устройства 1 может быть выбрана, например, ось 10 крепления. Однако можно выбрать другую ось поворота, например смещенную по отношению оси 10 крепления.

Изобретение предназначено для измерения расхода воздуха, всасываемого двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Устройство закреплено на всасывающем трубопроводе, внутрь которого входит измерительная часть устройства, имеющая измерительный канал, в котором расположен элемент для измерения расхода. Измерительная часть повернута относительно направления протекающей во всасывающем трубопроводе среды на угол в диапазоне от 2 до 10 град. Изобретение обеспечивает снижение разброса характеристик, вызываемого нестабильными условиями потока у измерительной части. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для измерения расхода потока текучей среды, прежде всего для измерения расхода воздуха, впускаемого двигателем внутреннего сгорания, в сборе с впускным трубопроводом, на котором закреплено и внутрь которого входит его имеющая измерительный канал измерительная часть с проходящими параллельно оси измерительного канала внешними поверхностями (31, 32) и с расположенным в измерительном канале элементом для измерения расхода воздуха, отличающееся тем, что измерительная часть (15) с измерительным каналом (20) выполнена повернутой относительно направления протекающей во впускном трубопроводе среды на угол α.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол α составляет примерно от 2 до примерно 10^o. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол α составляет примерно 4^o.