Настоящее изобретение относится к устройству для измерения по меньшей мере одного параметра потока текучей среды, в частности, массового расхода воздуха, впускаемого в двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
Из DE 19735664 А1 известно устройство для измерения параметра движущегося по трубопроводу потока текучей среды, имеющее расположенный в этом трубопроводе трубчатый элемент, сквозь который в определенном направлении проходит поток текучей среды, и расположенный в проточном канале указанного трубчатого элемента и обтекаемый потоком текучей среды измерительный элемент. Верхний по ходу потока конец трубчатого элемента входит внутрь фильтровальной камеры и имеет в этом месте на боковой поверхности впускные отверстия, позволяющие снизить количество попадающих на измерительный элемент частиц грязи или капелек воды. Однако при достаточно сильном загрязнении воздуха и высоком содержании влаги в воздухе, впускаемом в ДВС, возникает опасность полного пропитывания воздушного фильтра влагой, которая в этом случае будет проходить сквозь фильтрующие маты и увлекать частицы грязи. При этом в свою очередь возникает опасность того, что с выходной стороны воздушного фильтра, откуда непосредственно выходит очищенный воздух, впускаемый воздух вновь будет захватывать с поверхности фильтра частицы грязи и капельки воды, которые будут оседать на измерительном элементе и приводить к нежелательному появлению ошибок в измерениях или к выходу из строя этого измерительного элемента. Известный трубчатый элемент благодаря выполненным в его боковой поверхности впускным отверстиям позволяет снизить риск образования отложений или налета на измерительном элементе, однако при такой конструкции происходит нежелательное падение давления, с чем в свою очередь связано снижение точности измерений.
Из DE 4407209 С2 известна измерительная головка, вставляемая в предназначенный для подачи очищенного воздуха канал впускного трубопровода ДВС и служащая для измерения массового расхода впускаемого в ДВС воздуха, при этом такая измерительная головка имеет проточный канал, от которого ответвляется сужающийся в основном в направлении движения потока измерительный канал и примыкающий к нему S-образный отклоняющий канал. Измерительный элемент расположен в сужающемся измерительном канале. Такой измерительный элемент, как это известно, например, из DE 4338891 А1, может быть выполнен в виде микромеханического чувствительного элемента с диэлектрической мембраной.
Для устранения рассмотренных выше проблем известных решений предложено устройство для измерения по меньшей мере одного параметра движущегося по трубопроводу потока текучей среды, прежде всего массового расхода впускаемого в ДВС воздуха, имеющее расположенный в этом трубопроводе трубчатый элемент, сквозь который в определенном направлении проходит поток текучей среды, и расположенный в проточном канале указанного трубчатого элемента и обтекаемый потоком текучей среды измерительный элемент. Отличие предлагаемого устройства заключается в том, что внутри проточного канала трубчатого элемента по ходу потока по меньшей мере частично перед измерительным элементом расположена защитная сетка, имеющая отверстия, осевые линии которых установленной в трубчатый элемент защитной сетки проходят наклонно относительно направления движения потока.
Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известными решениями заключается в том, что оно позволяет с использованием простых средств предотвратить попадание на измерительный элемент частиц грязи и жидкости без нежелательной потери давления. Если приносимые вместе с потоком текучей среды, например с потоком впускаемого в ДВС воздуха, частицы грязи и капельки жидкости задерживаются защитной сеткой, которая отклоняет их в определенную зону движения воздушного потока, соответственно в сторону внутренней стенки проточного канала, откуда они не могут попасть на измерительный элемент, то сам поток впускаемого в ДВС воздуха практически беспрепятственно проходит сквозь защитную сетку к измерительному элементу.
В частном случае осуществления изобретения возможность отводить частицы грязи и капельки жидкости в необходимом направлении и направлять их тем самым в обход измерительного элемента может быть обеспечена за счет наклонного расположения защитной сетки в направлении движения потока. В этом случае измерительный элемент предпочтительно устанавливать в измерительной головке, которая проходит сквозь монтажное отверстие на первом участке стенки трубчатого элемента и выступает в проточный канал в сторону второго участка стенки трубчатого элемента, при этом защитная сетка имеет обращенную навстречу потоку поверхность, которая образует с указанной продольной осью угол менее 90° и наклонена в сторону второго участка стенки, благодаря чему капельки жидкости и частицы грязи, отклоняемые в сторону защитной сеткой, будут проходить в обход измерительной головки под ней, соответственно рядом с ней.
Между нижним по ходу потока концом защитной сетки и внутренней стенкой проточного канала предпочтительно предусмотреть открытое сточное отверстие, через которое улавливаемая защитной сеткой жидкость с возможно присутствующими в ней частицами грязи будет поступать на определенный участок стенки трубчатого элемента, откуда эти жидкость и частицы грязи будут перемещаться далее по стенкам увлекающим их потоком воздуха.
Предпочтительно далее размещать измерительный элемент в выступающей в проточный канал измерительной головке таким образом, чтобы защитная сетка полностью или лишь частично располагалась по ходу потока перед этой измерительной головкой, благодаря чему защитная сетка будет эффективно улавливать капельки жидкости и частицы грязи и отклонять, соответственно отводить их к краю трубчатого элемента.
В случае, если защитная сетка расположена перпендикулярно направлению движения потока, измерительный элемент может быть расположен в измерительной головке, которая проходит сквозь монтажное отверстие на первом участке стенки трубчатого элемента и выступает в проточный канал в сторону второго участка стенки трубчатого элемента, при этом защитная сетка имеет обращенную навстречу потоку поверхность, которая проходит примерно параллельно указанной продольной оси, благодаря чему капельки жидкости и частицы грязи, отклоняемые в сторону защитной сеткой, будут проходить в обход измерительной головки сбоку от нее.
С целью придать потоку, обтекающему измерительный элемент, максимально возможный однородный характер течения в трубопроводе по ходу потока перед и/или за трубчатым элементом предпочтительно установить выравнивающее устройство для потока.
Для выравнивания потока между внутренними стенками трубопровода и трубчатым элементом предпочтительно предусмотреть по меньшей мере две ориентированные в направлении движения потока и выполненные плоскими поперечно направлению движения потока распорки.
Предпочтительно далее предусмотреть в стенке трубчатого элемента по ходу потока перед нижним по ходу потока концом защитной сетки и рядом с ним либо по ходу потока за сточным отверстием ведущее к трубопроводу отсасывающее отверстие, которое позволяет сразу же отводить из трубчатого элемента капельки жидкости и частицы грязи, отклоняемые в сторону защитной сеткой.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые упрощенные чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - первый вариант выполнения устройства для измерения массового расхода потока текучей среды,
на фиг.2 - второй вариант выполнения устройства для измерения массового расхода потока текучей среды,
на фиг.3 - фрагмент устройства по фиг.1 или 2 с отсасывающим отверстием,
на фиг.4 - часть устройства для измерения массового расхода потока текучей среды, выполненного по третьему варианту,
на фиг.5, 6, 7 и 8 - фрагменты защитной сетки в увеличенном масштабе.
На фиг.1 показана часть выполненного по первому варианту предлагаемого в изобретении устройства для измерения по меньшей мере одного параметра движущегося по трубопроводу потока текучей среды, прежде всего массового расхода впускаемого в ДВС воздуха, при этом на чертеже показаны только элементы, существенные для настоящего изобретения. Позицией 1 на этом чертеже обозначен трубопровод, который может являться прямым участком впускного трубопровода ДВС или же представлять собой отдельную деталь, соединяемую с впускным трубопроводом ДВС. В любом случае трубопровод 1 расположен по ходу потока за не показанным воздушным фильтром со стороны выхода очищенного воздуха. Такой воздушный фильтр служит для фильтрации воздуха, впускаемого в ДВС транспортного средства, и должен по возможности полностью предотвращать попадание частиц грязи или жидкости во впускной трубопровод.
Трубопровод 1 имеет стенку 2, имеющую в свою очередь внутреннюю стенку 3, ограничивающую проточный канал 4, по которому в показанном стрелками направлении движется поток 5 впускаемого в ДВС воздуха. В трубопроводе 1 расположен трубчатый элемент 8, ориентированный в направлении потока 5 и проходящий, например, концентрично осевой линии 7 трубопровода 1. Трубчатый элемент 8 имеет стенку 9, ограничивающую в этом трубчатом элементе 8 внутренней стенкой 10 проточный канал 11, по которому проходит часть движущегося в направлении потока 5 впускаемого воздуха. Этот трубчатый элемент 8 удерживается, например, по меньшей мере двумя распорками 12, расположенными между внутренней стенкой 3 трубопровода 1 и стенкой 9 трубчатого элемента 8 поперечно направлению потока 5 и имеющими при этом форму плоских пластин. Помимо функции, связанной с креплением трубчатого элемента 8, распорки 12 создают в воздушном потоке, движущемся между трубопроводом 1 и трубчатым элементом 8, более высокий перепад давлений, что увеличивает количество проходящего по проточному каналу 11 воздуха, а во-вторых, эти распорки 12 обеспечивают целенаправленное выравнивание потока впускаемого воздуха.
Расход потока воздуха, впускаемого в ДВС, может произвольно варьироваться не показанной на чертеже дроссельной заслонкой, которая установлена во впускном трубопроводе ДВС по ходу потока за трубчатым элементом 8. Измеряемым параметром потока текучей среды может служить масса (массовый расход) проходящего в единицу времени потока текучей среды, например количество впускаемого в ДВС воздуха. Для определения количества впускаемого в ДВС воздуха предусмотрена измерительная головка 15, которая имеет в основном форму продолговатого прямоугольного параллелепипеда, длинные стороны которого ориентированы параллельно ее продольной оси 16. Эта продольная ось 16 проходит практически перпендикулярно осевой линии 7 трубопровода, а тем самым и направлению потока 5. Измерительная головка 15 частично вставлена, например в виде съемного блока, в крепежное отверстие 17 в стенке 2 трубопровода и монтажное отверстие 18 в стенке 9 трубчатого элемента 8 и выступает своим свободным измерительным концом 19 в проточный канал 11. При этом штекерный конец 22 измерительной головки 15 с расположенными на нем электрическими контактными выводами, например в виде пластинчатых контакт-деталей, остается снаружи трубопровода 1. Монтажное отверстие 18 в трубчатом элементе 8 выполнено на первом участке 23 стенки, напротив которого, если смотреть в направлении продольной оси 16, расположен второй участок 24 стенки трубчатого элемента. В измерительном конце 19 измерительной головки 15 известным образом установлен измерительный (чувствительный) элемент 25, который контактирует с проходящим по проточному каналу 11 потоком воздуха и измеряет количество (расход) впускаемого в ДВС воздуха. Этот измерительный элемент 25 может быть выполнен известным образом, например в виде термически связанных терморезисторов. Так, в частности, измерительный элемент 25 можно выполнить, как это описано, например, в DE 4338891 А1, в виде микромеханической детали, имеющей диэлектрическую мембрану с выполненными на ней резистивными элементами.
В качестве примера других измеряемых параметров потока текучей среды можно назвать температуру, давление и т.д. Измерительные элементы 25 для измерения этих параметров могут быть выполнены аналогично измерительным элементам, описанным, например, в DE 4237224 A1, DE 4317312 A1, DE 19711939 A1 или DЕ 19731420 A1.
Во избежание нежелательного попадания на измерительный элемент 25 частиц грязи или жидкости внутри проточного канала 11 трубчатого элемента 8 установлена защитная сетка 28, которая расположена, по меньшей мере частично, по ходу потока перед измерительным элементом 25. Эта защитная сетка 28 может иметь, например, круглую или эллиптически овальную форму, при этом ее передняя поверхность образована обращенной навстречу потоку впускаемого воздуха поверхностью 29. Согласно рассматриваемому первому варианту выполнения защитная сетка 28 проходит от первого участка 23 стенки трубчатого элемента 8 до второго участка 24 его стенки, например, с таким наклоном относительно продольной оси 16 и направления потока 5, соответственно относительно осевой линии 7 трубопровода, чтобы поверхность 29 сетки располагалась наклонно к направлению потока 5, образуя с продольной осью 16 угол менее 90°. В первом варианте выполнения защитная сетка 28 полностью расположена по ходу потока перед измерительным элементом 25. Однако в другом варианте, показанном на фиг.2, защитная сетка 28 может также лишь частично располагаться по ходу потока перед измерительной головкой 15, несколько заходя за нее при этом. За счет наклона защитной сетки 28 последняя имеет нижний по ходу потока конец 30, ориентированный в первом варианте в сторону второго участка 24 стенки трубчатого элемента 8. Между этим нижним по ходу потока концом 30 и внутренней стенкой 10 канала трубчатого элемента 8 имеется открытое сточное отверстие 31, которое образуется либо за счет наличия зазора, остающегося в том случае, когда нижний по ходу потока конец 30 заканчивается на некотором расстоянии от внутренней стенки 10 канала, либо - при доходящем до внутренней стенки 10 канала нижнем по ходу потока конце 30 - за счет наличия подобного сточного отверстия 31 в самой защитной сетке 28 или в самой внутренней стенке 10 канала. Для изготовления защитной сетки 28 может быть использована как мелкоячеистая проволочная сетка, так и тонкая пластинка с отверстиями 32, образующими сетчатую или решетчатую структуру. В качестве материала для защитной сетки 28 как при ее выполнении в виде проволочной плетеной сетки, так и при выполнении в виде пластинчатой защитной сетки можно использовать пластмассу, металл, керамику или стекло. При выполнении защитной сетки 28 в виде пластмассовой пластинчатой сетки ее можно изготавливать, например, литьем под давлением или в ней можно выполнять отверстия 32 путем удаления материала. При выполнении защитной сетки 28 в виде пластинчатой металлической сетки ее можно изготавливать, например, из металлического листа штамповкой, электроэрозионной обработкой, сверлением и т.д., при этом элементы 33, образующие края отверстий 32 сетки, можно путем гибки несколько наклонять относительно поверхности 29 сетки (фиг.7, 8). Если в потоке впускаемого воздуха, поступающего в проточный канал 11 трубчатого элемента 8, присутствуют частицы грязи и капельки жидкости, то их часть оседает на поверхности 29 сетки и перемещается в основном к нижнему по ходу потока концу 30 защитной сетки 28, при этом такой эффект имеет место и с обращенной навстречу потоку 5 передней стороны 35 поверхности 29 сетки, и с обращенной по направлению потока 5 задней стороны 36. От нижнего по ходу потока конца 30 эта увлекаемая потоком впускаемого воздуха, например в сточное отверстие 31, осевшая на сетке жидкость 42 (фиг.5, 6 и 7) попадает преимущественно на внутренние стенки 10 канала, вдоль которых поток впускаемого воздуха перемещает эту содержащую также мельчайшие частицы грязи жидкость в виде мельчайших капелек или тонкой пленки далее в направлении движения потока 5 в обход измерительного элемента 25 к расположенному по ходу потока за измерительной головкой 15 концу 37 трубчатого элемента, при этом после отрыва от этого конца 37 жидкость, захватываемая окружающим потоком впускаемого воздуха, перемещается им к ДВС.
На фиг.5, 6, 7 и 8 в увеличенном масштабе показаны фрагменты защитных сеток 28 по фиг.1-4. При этом в показанном на фиг.5 варианте защитная сетка 28 и ее отверстия 32, соответственно их осевые линии 41 наклонены относительно направления движения потока 5, а тем самым и относительно осевой линии 7 трубопровода. В этом случае при соударении приносимых потоком воздуха капелек 43 жидкости, показанных на фиг.5 небольшим кружком, и частиц грязи об образующие края отверстий 32 сетки элементы 33 они образуют на передней стороне 35 показанный прерывистой линией слой осевшей жидкости 42 и частично переходят сквозь отверстия 32 сетки на ее заднюю сторону 36, откуда они либо попадают далее на внутреннюю стенку 10 канала, соскальзывая по этой задней стороне, либо, отрываясь от защитной сетки 28 в направлении осевых линий 41 отверстий 32 сетки, перемещаются в сторону внутренней стенки 10 канала (см. фиг.7, где прерывистой линией 45 обозначена траектория падения верхней капельки 43 жидкости). Капельки 43 жидкости и частицы грязи, непосредственно вносимые воздушным потоком в отверстия 32 сетки, ударяются о стенки 44 отверстий сетки, изменяя в результате направление своего движения, и движутся на выходе из защитной сетки 28 по траектории, показанной в качестве примера прерывистой линией 45, при этом указанная линия 45 направлена по ходу потока за защитной сеткой 28 в сторону внутренней стенки 10 канала, т.е. в обход измерительной головки 15.
Хотя в показанном на фиг.6 варианте отверстия 32 сетки с их осевыми линиями 41 также наклонены относительно направления потока 5, тем не менее сама защитная сетка 28 установлена перпендикулярно или почти перпендикулярно направлению потока 5, при этом, однако, на воздушный поток, а также на отклоняемые в сторону капельки 43 жидкости и частицы грязи действуют те же условия, что и в варианте по фиг.5. Как показано далее на фиг.6, отверстия 32 сетки с их осевыми линиями 41 могут быть наклонены под различными углами и могут иметь различную направленность. Проходящая сквозь защитную сетку 28 и попадающая на внутреннюю стенку 10 канала жидкость по ходу потока за сточным отверстием 31, как правило, не только движется в направлении потока 5, но и распределяется по внутренним стенкам 10 канала в окружном направлении и в результате вследствие высокой скорости потока перемещается в виде исключительно тонкой пленки в обход измерительной головки 15, охватывая ее кольцом. В отличие от улавливаемых рассмотренным выше образом защитной сеткой 28 частиц грязи и жидкостных фаз 42, 43 впускаемый воздух практически беспрепятственно проходит сквозь отверстия 32 сетки примерно по обозначенной позицией 46 сплошной линии потока и устремляется к измерительному элементу 25, при этом опасность осаждения на последнем частиц грязи и жидкостных фаз 42, 43 существенно снижается.
На фиг.7 и 8 конструктивно и/или функционально одинаковые элементы обозначены теми же позициями, что и на предыдущих чертежах, при этом на воздушный поток 46, а также на отклоняемые в сторону капельки 43 жидкости и частицы грязи действуют те же условия, что и в вариантах по фиг.5 и 6. В показанном на фиг.7 варианте защитная сетка 28 установлена перпендикулярно или практически перпендикулярно относительно направления движения потока 5, однако благодаря изгибу или перекрестному расположению элементов 33, образующих края отверстий 32 сетки, эти отверстия с их осевыми линиями 41 наклонены относительно направления движения потока 5. На фиг.8 показана защитная сетка 28 по фиг.5, 6 или 7 с сотовым выполнением и расположением отверстий 32 сетки, проходящими наклонно относительно направления движения потока 5.
По ходу потока за трубчатым элементом 8 может быть расположено выравнивающее устройство 38 для потока известной конструкции, например в виде выравнивающей сетки, которое устанавливается в проточном канале 4 трубопровода 1 поперечно направлению потока 5 и назначение которого состоит в том, чтобы обеспечивать максимально равномерный характер движения воздушного потока при его набегании и обтекании измерительного элемента 25, что позволяет повысить точность измерений.
В показанном на фиг.2 втором варианте выполнения изобретения конструктивно и/или функционально одинаковые элементы обозначены теми же позициями. При этом в отличие от варианта по фиг.1 в показанном на фиг.2 варианте трубопровод 1 и трубчатый элемент 8, а также измерительная головка 15 показаны повернутыми на 90°, вследствие чего измерительная головка 15 и ее продольная ось 16 проходят перпендикулярно плоскости чертежа. Как и в первом варианте по фиг.1, во втором варианте, показанном на фиг.2, защитная сетка 28 также установлена в трубчатом элементе 8 с наклоном в сторону измерительной головки 15 и начинается перед, если смотреть по ходу движения потока 5, этой измерительной головкой 15, однако в данном случае защитная сетка 28 лишь частично расположена по ходу потока перед измерительной головкой 15, и в соответствии с этим ее нижний, если смотреть в направлении потока 5, конец 30 располагается по меньшей мере на одном уровне с измерительной головкой 15. Благодаря такому расположению защитной сетки 28 отклоняемые ею в сторону жидкость, соответственно частицы грязи скапливаются у ее нижнего по ходу потока конца 30 на внутренней стенке 10 канала трубчатого элемента 8 в зоне расположения сточного отверстия 31, протекающий через которое поток воздуха уже ни при каких условиях не может более оказаться рядом с измерительным элементом 25. Во втором варианте выполнения, показанном на фиг.2, защитная сетка 28 установлена в трубчатом элементе 8 с таким расчетом, чтобы образуемая ею поверхность 29 проходила примерно параллельно продольной оси 16 измерительной головки 15. Таким образом, в показанном на фиг.2 втором варианте часть частиц грязи и жидкости проходит в основном сбоку от измерительной головки 15, тогда как в первом варианте, показанном на фиг.1, их часть проходит в основном под измерительной головкой 15. Во втором варианте по фиг.2, в котором поверхность 29 сетки проходит примерно параллельно продольной оси 16, защитную сетку 28 также можно полностью расположить по ходу потока перед измерительным элементом 25. В обоих вариантах выполнения отверстия 32 сетки могут иметь различную форму, например круглую, квадратную, прямоугольную, ромбовидную, сотовую, овальную или же какую-либо иную геометрическую форму.
На фиг.3 показан фрагмент устройства, выполненного в соответствии с первым вариантом, полностью показанным на фиг.1, при этом конструктивно и/или функционально одинаковые элементы обозначены теми же позициями. Однако дополнительно к показанному на фиг.1 варианту в устройстве по фиг.3 по ходу потока за сточным отверстием 31 в стенке 9 трубчатого элемента 8 предусмотрено проходящее сквозь это стенку 9 и ведущее к трубопроводу 1 отсасывающее отверстие 39, которое отстоит, если смотреть в направлении движения потока 5, лишь на незначительном расстоянии от нижнего по ходу потока конца 30 сетки и через которое прошедшая сквозь сточное отверстие 31 жидкость вместе с частицами грязи отводится за счет всасывания в проточный канал 4.
Третий вариант выполнения устройства по фиг.4 также в основном соответствует первому варианту, показанному на фиг.1, с тем лишь отличием, что нижний по ходу потока конец 30 защитной сетки 28 заканчивается не перед внутренней стенкой 10, а доходит до этой внутренней стенки 10 и что по ходу потока перед этим нижним по ходу потока концом 30 и рядом с ним во внутренней стенке 10 трубчатого элемента 8 предусмотрено ведущее к трубопроводу 1 отсасывающее отверстие 39, через которое отклоняемые защитной сеткой 28 частицы грязи и жидкость отводятся за счет всасывания в проточный канал 4 трубопровода 1 и в результате не попадают в зону, расположенную по ходу потока за защитной сеткой 28.
Изобретение предназначено для измерения массового расхода движущегося по трубопроводу воздуха, впускаемого в двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Устройство содержит трубчатый элемент, расположенный внутри трубопровода. Через отверстие в стенке трубчатого элемента проходит выступающая в его проточный канал измерительная головка, в которой расположен измерительный элемент в виде диэлектрической мембраны с терморезисторами. Перед измерительным элементом в проточном канале под углом или перпендикулярно к направлению потока установлена защитная сетка с отверстиями, осевые линии которых проходят наклонно относительно направления движения потока. Изобретение повышает точность измерения благодаря тому, что защитная сетка отводит частицы грязи и капельки жидкости в обход измерительной головки. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
| Дорожная спиртовая кухня | 1918 |
|
SU98A1 |
| Огнетушитель | 0 |
|
SU91A1 |
| US 4982602 А, 08.01.1991 | |||
| DE 19637647 A1, 19.03.1998 | |||
| Способ упрочнения наплавкой почвообрабатывающих ножей | 2020 |
|
RU2751159C1 |
| DE 19647081 A1, 28.05.1998. | |||
