用于確定以主流動(dòng)方向流動(dòng)的流體介質(zhì)的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】用于確定以主流動(dòng)方向流動(dòng)的流體介質(zhì)、尤其內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣質(zhì)量的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置，其中該傳感器裝置具有一個(gè)設(shè)置在一個(gè)導(dǎo)流管中的插接式傳感器，該插接式傳感器具有一個(gè)用于確定流體介質(zhì)的流動(dòng)特性的傳感器及至少一個(gè)迎著主流動(dòng)方向的入口，以及至少一個(gè)在主流動(dòng)方向上設(shè)置在插接式傳感器上游的翼式柵，其中為了使流體介質(zhì)偏轉(zhuǎn)到在插接式傳感器處的主流動(dòng)方向上翼式柵具有多個(gè)翼及接片，其中翼至少區(qū)段地被設(shè)置成圓形，橢圓形或具有可變的半徑，其中翼被這樣地布置，以致它們?yōu)榱藴p小氣流波動(dòng)及為了在插接式傳感器處產(chǎn)生均勻的高流動(dòng)速度具有一個(gè)0°至90°，優(yōu)選地0°至20°及特別優(yōu)選地0°至10°的迎角（α）。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于確定以主流動(dòng)方向流動(dòng)的流體介質(zhì)的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]由現(xiàn)有技術(shù)已公知了很多的用于確定流體介質(zhì)、即液體和/或氣體的流動(dòng)特性的方法及裝置。這里流動(dòng)特性可涉及基本上任何的物理的和/或化學(xué)的、可測(cè)量的特性，這些特性對(duì)流體介質(zhì)的流動(dòng)進(jìn)行了定質(zhì)及定量。這里它們尤其可涉及流動(dòng)速度和/或質(zhì)量流和/或體積流。
[0002]以下尤其參考所謂的熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，該熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器例如被描述在Konrad Reif所編的:機(jī)動(dòng)車(chē)中的傳感器，2010年第一版，第146-148中。這種熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器通?；谝粋€(gè)具有測(cè)量表面的傳感器芯片，尤其一個(gè)硅傳感器芯片，該測(cè)量表面由流動(dòng)的流體介質(zhì)在上面流過(guò)。傳感器芯片通常包括至少一個(gè)加熱元件及至少兩個(gè)溫度傳感器，這些溫度傳感器例如被設(shè)置在傳感器芯片的測(cè)量表面上。由這些溫度傳感器所檢測(cè)的溫度分布-該溫度分布受到流體介質(zhì)流的影響-的不對(duì)稱(chēng)性可推斷出流體介質(zhì)的質(zhì)量流和或體積流。熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器通常構(gòu)成插接式傳感器，它可固定地或可更換地安裝在一個(gè)導(dǎo)流管中。這種導(dǎo)流管例如可涉及內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)吸氣支管。
[0003]為了使熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器能輸出一個(gè)干擾盡可能小的空氣質(zhì)量信號(hào)，重要的是對(duì)插接式傳感器并通過(guò)其中的旁路通道及尤其在傳感器芯片的測(cè)量表面上輸入盡可能均勻的輸入流。這里旁路通道就是測(cè)量通道，在其中則安裝了具有傳感器芯片的傳感器架。傳感器芯片帶有膜片及溫度傳感器。
[0004]通常在內(nèi)燃機(jī)中導(dǎo)流管位于空氣過(guò)濾器的出口上。因此空氣過(guò)濾器的出口相應(yīng)于導(dǎo)流管的入口。從未過(guò)濾空氣側(cè)通過(guò)空氣過(guò)濾器向設(shè)有熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器的導(dǎo)流管通流時(shí)常常出現(xiàn)強(qiáng)偏轉(zhuǎn)。尤其在導(dǎo)流管進(jìn)入?yún)^(qū)域中在導(dǎo)流管壁附近存在具有較低流動(dòng)速度的區(qū)域。相應(yīng)地氣流線強(qiáng)偏轉(zhuǎn)及在導(dǎo)流管壁附近的分布不平行其軸線。在此情況下在壁附近的區(qū)域中可出現(xiàn)具有低流動(dòng)速度的區(qū)域或甚至導(dǎo)致帶有回流區(qū)域的氣流脫離。這種速度場(chǎng)的改變將一直影響到氣流的核心區(qū)域并尤其可在不同的空氣質(zhì)量流時(shí)完全跳變地出現(xiàn)。由于在熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器的入口及出口的附近流體場(chǎng)的改變因此得到差的信號(hào)可重復(fù)性及升高的信號(hào)噪音。此外通過(guò)這種氣流脫離使壓力降升高。
[0005]圖1中表示用于確定一個(gè)以主流動(dòng)方向18流動(dòng)的流體介質(zhì)的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳統(tǒng)的傳感器裝置10。在該實(shí)施例中傳感器裝置10被構(gòu)成熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器及包括一個(gè)插接式傳感器12，該插接式傳感器例如可被插入一個(gè)導(dǎo)流管中尤其內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)吸氣支管中。在該插接式傳感器12中接收了一個(gè)通道結(jié)構(gòu)14，該通道結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)入口16-在插入狀態(tài)中該入口迎著流體介質(zhì)的主流動(dòng)方向-可流過(guò)流體介質(zhì)的一個(gè)有代表性的量。該通道結(jié)構(gòu)14具有一個(gè)主通道20，該主通道通入就圖1中插接式傳感器12的視圖而言在下側(cè)上的主流出口 22，及具有一個(gè)由主通道20分支出的旁路通道或測(cè)量通道24，該測(cè)量通道通入一個(gè)就圖1中插接式傳感器12的視圖而言也設(shè)置在下側(cè)上的旁路通道出口或測(cè)量通道出口 26。一個(gè)具有通常為矩形橫截面及圓角前邊緣的傳感器架28伸入到測(cè)量通道24中，該前邊緣一般地、即除了回流情況外迎著流入測(cè)量通道24的流體介質(zhì)。在該傳感器架28中這樣地置入一個(gè)傳感器芯片30，即被構(gòu)成傳感器芯片30的傳感器區(qū)域的傳感器膜片32被流體介質(zhì)在其上流過(guò)。傳感器膜片32構(gòu)成實(shí)際的傳感器，即它是一個(gè)檢測(cè)或測(cè)定待測(cè)參數(shù)的構(gòu)件。具有傳感器芯片30的傳感器架28是一個(gè)電子組件34的組成部分。電子組件34具有一個(gè)彎邊的底板36及一個(gè)裝配在其上的、例如粘在其上的具有控制及求值電路40的印刷電路板38。傳感器架28例如可作為塑料構(gòu)件注塑在底板36上。傳感器芯片30通過(guò)電連接部分42與控制及求值電路40電連接，這里電連接部分可被構(gòu)成導(dǎo)線束。這樣形成的電子組件34被裝配在、例如粘在插接式傳感器12的殼體46中的電子室44內(nèi)，通道結(jié)構(gòu)14與和該通道結(jié)構(gòu)一起構(gòu)成的蓋48的特征相關(guān)聯(lián)地構(gòu)成。該裝配是這樣實(shí)現(xiàn)的，即在這里將傳感器架28伸入到測(cè)量通道24中。接著用蓋48來(lái)封閉電子室44及通道結(jié)構(gòu)14。
[0006]圖2表示插接式傳感器12在一個(gè)導(dǎo)流管50中的布置及其在內(nèi)燃機(jī)的吸氣支管中的空氣過(guò)濾器52旁的安裝位置。其中尤其通過(guò)箭頭來(lái)表示吸入空氣的流動(dòng)區(qū)域及其在空氣過(guò)濾部件54與入口區(qū)域56之間向?qū)Я鞴?0或傳感器裝置10的偏轉(zhuǎn)。由該圖可看到:具有吸入空氣的流動(dòng)區(qū)域58，該區(qū)域經(jīng)受一個(gè)達(dá)到差不多180°的銳利偏轉(zhuǎn)。如由圖3A的示圖-該圖表示在位于圖3A右邊的凈化空氣管或空氣過(guò)濾器的凈化空氣側(cè)的出口區(qū)域中的及在位于圖3A左邊的導(dǎo)流管50的入口區(qū)域中的氣流仿真計(jì)算結(jié)果-可看到的，在導(dǎo)流管50的壁60的內(nèi)側(cè)附近在進(jìn)入導(dǎo)流管50的區(qū)域中存在具有低流動(dòng)速度的區(qū)域62及氣流線尤其在壁60的附近不平行于導(dǎo)流管50的軸線延伸。在凈化空氣管出口區(qū)域中流動(dòng)速度相對(duì)地低約為2m/s至4m/s并向著導(dǎo)流管50的方向增大。在導(dǎo)流管的中心例如具有18m/s至20m/s的流動(dòng)速度。這里相應(yīng)的流動(dòng)速度的值不被理解為適合所有傳感器裝置的一般通用的值，而僅應(yīng)解釋為流動(dòng)速度的相對(duì)差別。相應(yīng)地對(duì)于所述效應(yīng)高的與低的流動(dòng)速度僅有彼此相對(duì)的意義及絕對(duì)值可因傳感器裝置不同而異。
[0007]圖3B表示根據(jù)圖1的傳感器裝置在空氣過(guò)濾器52的出口處或?qū)Я鞴?0的入口處的速度分布圖。因此速度分布具有明顯的不對(duì)稱(chēng)性。在那里壁附近的氣流線離開(kāi)壁60的緊附近及形成一個(gè)具有負(fù)的、即逆著主氣流定向的速度。該速度分布是對(duì)于在流動(dòng)方向上壓力上升的情況形成的。壁60處的速度梯度起初在入口 56處還是正的。然而進(jìn)一步向下游速度梯度將達(dá)到零及邊界層氣流在該區(qū)域64中脫開(kāi)。在脫開(kāi)區(qū)域64的下游形成了一個(gè)回流區(qū)域。在那里在壁60處具有負(fù)的速度梯度及逆著主氣流定向的負(fù)的速度。原則上速度由壁60向著導(dǎo)流管50的中心增大。
[0008]這樣一個(gè)流體分布在時(shí)間上是不穩(wěn)定的。在徑向上及在主流動(dòng)方向上的延伸隨時(shí)間變化。該變化影響到流體的核心區(qū)域65。由于在構(gòu)成插接式的傳感器周?chē)牧黧w區(qū)域或外部流體的變化，這種變化也出現(xiàn)在分支的通道結(jié)構(gòu)14的入口及出口的附近，具有主通道20及旁路通道或測(cè)量通道24的通道結(jié)構(gòu)的通流也就出現(xiàn)變化。因而由此得到差的特性曲線的可重復(fù)性及增高的信號(hào)噪音。此外通過(guò)這種流體脫離增大了壓力降。
[0009]為了達(dá)到這種不穩(wěn)定的流動(dòng)狀況的降低及使空氣過(guò)濾器出口處或?qū)Я鞴苋肟趨^(qū)域中的氣流變得均勻，即為了提升傳感器裝置10的區(qū)域中的氣流的空氣動(dòng)力學(xué)的質(zhì)量可謀求多個(gè)措施相組合的策略。在此情況下可謀求用于流體引導(dǎo)或流體偏轉(zhuǎn)及使速度分布均勻化及降低信號(hào)噪音的不同大小的因素。但通過(guò)這些措施之一或這些措施組合的干預(yù)應(yīng)伴隨有相應(yīng)部分上可接受的壓力降。一種流體柵將導(dǎo)致垂直于主流動(dòng)方向18的動(dòng)量轉(zhuǎn)移并也使快速的、離壁遠(yuǎn)的流體引向壁附近的流體區(qū)域。附加地作為柵隨流的后果在壁附近產(chǎn)生了小規(guī)模的紊流，由此既使導(dǎo)流管壁處也使插接式傳感器處的脫開(kāi)傾向減小。由此實(shí)現(xiàn)了整個(gè)速度分布的穩(wěn)定，這也使通過(guò)旁路通道及最后在傳感器膜片上流動(dòng)的流體容積穩(wěn)定。例如在DE 10 2007 060 046 Al中描述這樣一種柵。
[0010]DE 10 2007 055 193 Al則描述了一種在導(dǎo)流管中的柵，該柵在導(dǎo)流管的內(nèi)壁上具有一個(gè)圓環(huán)形的柵區(qū)域，其中以相對(duì)主流動(dòng)方向5°至60°的迎角及徑向的定向在圓周方向上均勻分布地設(shè)置了柵支桿。
[0011]盡管由現(xiàn)有技術(shù)公知的用于使流體均勻的方法包含了很多優(yōu)點(diǎn)但這些方法仍有改善的潛力。例如使用柵的策略包含著挑戰(zhàn)，即雖然在柵的各個(gè)單元上引起了氣流偏轉(zhuǎn)，但這伴隨著不希望的壓力降。如果由于局部的大迎角在各個(gè)柵接片上的流體脫開(kāi)，該壓力降是特別關(guān)鍵的。在此情況下在柵的下游在速度切變層中發(fā)生混流。這雖然導(dǎo)致整流及渦流尺寸的下降及由此導(dǎo)致一定的氣流均勻化，但這是與大的壓力降相關(guān)聯(lián)的。在此情況下紊流的長(zhǎng)度規(guī)模、即渦流尺度仍在插接式傳感器的外部特征尺寸的數(shù)量級(jí)上。
[0012]通過(guò)接在下游的金屬網(wǎng)篩可達(dá)到更小規(guī)模的混流，即渦流尺寸的進(jìn)一步下降并由此達(dá)到氣流的更均勻化，但這與更大的壓力降相關(guān)聯(lián)。
[0013]空氣過(guò)濾器的凈化空氣側(cè)的設(shè)計(jì)或構(gòu)型措施，尤其是安裝一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)流葉片，可對(duì)熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器的圓柱形殼體壁附近的流體偏轉(zhuǎn)及脫離傾向的下降有顯著的貢獻(xiàn)。通過(guò)該準(zhǔn)備工作也可使熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器上游的導(dǎo)流柵的各個(gè)柵接片上的局部迎角明顯減小，這將導(dǎo)致壓力降的下降。并且在空氣過(guò)濾器由彎曲的管區(qū)段向?qū)Я鞴艿倪^(guò)渡區(qū)域中流體必需偏轉(zhuǎn)。如圖4中所示，但在這種偏轉(zhuǎn)的續(xù)流中及在所述的相對(duì)粗的導(dǎo)流葉片幾何布置的續(xù)流中形成了渦流拖移66，該渦流拖移在測(cè)量技術(shù)上重要的插接式傳感器的流動(dòng)區(qū)域中浮動(dòng)及由于不穩(wěn)定的二次流分量可引起測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)烈波動(dòng)。在制造時(shí)的成本觀點(diǎn)及公差問(wèn)題部分地限制了設(shè)計(jì)措施在空氣過(guò)濾器的凈化空氣側(cè)的可轉(zhuǎn)換性。即使在無(wú)空氣過(guò)濾器的直線輸入流的情況下也可形成熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器上的速度及迎角的強(qiáng)烈波動(dòng)，即相對(duì)一個(gè)假想的插接式傳感器軸線的速度的局部方向的強(qiáng)烈波動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]因此應(yīng)提出一種改進(jìn)的用于確定一個(gè)以主流動(dòng)方向流動(dòng)的流體介質(zhì)的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置，該傳感器裝置至少在很大程度上避免了公知方法及策略的缺點(diǎn)或可在積極開(kāi)發(fā)方面補(bǔ)充流體力學(xué)的措施及其中可實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力學(xué)上有效的氣流偏轉(zhuǎn)及對(duì)傳感器裝置干擾小的輸入流并同時(shí)實(shí)現(xiàn)盡可能小的壓力損耗。
[0015]因此尤其給出了一個(gè)用于確定一個(gè)以主流動(dòng)方向流動(dòng)的流體介質(zhì)、尤其內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣質(zhì)量的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置。該傳感器裝置具有一個(gè)設(shè)置在一個(gè)導(dǎo)流管中的、具有一個(gè)用于確定流體介質(zhì)的流動(dòng)特性的傳感器及具有至少一個(gè)在主流動(dòng)方向上設(shè)置在插接式傳感器上游的翼式柵的插接式傳感器。在此情況下從主流動(dòng)方向上看翼式柵相對(duì)插接式傳感器可具有不同的距離。為了使流體介質(zhì)偏轉(zhuǎn)到在插接式傳感器處的主流動(dòng)方向上該翼式柵具有多個(gè)翼及接片。這些翼至少區(qū)段地被設(shè)置成圓形，橢圓形或具有可變的半徑。這些翼被這樣地布置，以致它們?yōu)榱藴p小氣流波動(dòng)及為了在插接式傳感器處產(chǎn)生均勻的高流動(dòng)速度具有一個(gè)0°至90°，優(yōu)選地0°至20°及特別優(yōu)選地0°至10°的迎角。
[0016]翼例如可這樣圓形地設(shè)置，以致這些翼可確定一個(gè)圓或圓形布置的至少一個(gè)中心點(diǎn)。這里圓形的布置有利于一種安裝，在該安裝的情況下流體力學(xué)的參數(shù)與帶有插接式傳感器的導(dǎo)流管相對(duì)空氣過(guò)濾器的安裝角度僅很少地相關(guān)。翼的仰角可由外部向著中心點(diǎn)的方向變小。
[0017]翼式柵可至少部分地緊靠在導(dǎo)流管壁的內(nèi)側(cè)上或用注塑技術(shù)組合在導(dǎo)流管中。翼可通過(guò)接片相互連接。
[0018]翼從主流動(dòng)方向上看可至少區(qū)段地被構(gòu)成彎曲的。例如翼被構(gòu)成支撐面形狀。尤其翼和/或接片具有構(gòu)成翼輪廓的翼橫截面及接片橫截面。
[0019]翼輪廓從主流動(dòng)方向上看可具有不均勻的厚度及彎度或曲率。厚度分布及彎度分布尤其可相應(yīng)于由航空領(lǐng)域公知的翼輪廓。
[0020]翼可被這樣地設(shè)置，以致它們?cè)谄浔旧碇g構(gòu)成收斂的通道，收斂-發(fā)散的或發(fā)散的通道。
[0021]翼在主流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度可變化。例如每個(gè)翼在主流動(dòng)方向上可具有各不相同的長(zhǎng)度。在相同長(zhǎng)度的情況下翼也可在主流動(dòng)方向上相互錯(cuò)開(kāi)。在此情況下接片可在主流動(dòng)方向上具有翼的長(zhǎng)度或與其不同的小一些或大一些的長(zhǎng)度。這種構(gòu)型在帶有強(qiáng)螺旋的氣流的情況下是特別優(yōu)選的。
[0022]翼在從主流動(dòng)方向上看的前端區(qū)域和后端區(qū)域上至少部分地具有缺口，例如延伸在圓周方向上或徑向上的調(diào)制的正弦波形狀的或矩形的或帶圓角的缺口。
[0023]具有其翼及接片的翼式柵尤其可通過(guò)單個(gè)壓鑄工序與導(dǎo)流管一起地制造，以致僅形成一個(gè)部件及取消了翼式柵與導(dǎo)流管的接合過(guò)程。作為單件制造的翼式柵也可變換地通過(guò)斂縫連接，卡槽連接，粘接或激光焊接與導(dǎo)流管壁的內(nèi)側(cè)相連接。接片從主流動(dòng)方向上看尤其可具有一個(gè)厚度分布。對(duì)接片也可考慮彎曲。翼式柵就其與導(dǎo)流管相應(yīng)的外部輪廓而言例如可并構(gòu)成圓環(huán)或橢圓。也可考慮其它輪廓，例如角形，尤其多角形，通過(guò)多個(gè)角近似得到的圓環(huán)或通過(guò)多個(gè)角近似得到的橢圓。翼式柵在插接式傳感器的上游可位于導(dǎo)流管的入口區(qū)域中或離導(dǎo)流管入口區(qū)域一個(gè)距離。翼式柵的翼和/或接片可具有0.2mm至10mm、及優(yōu)選地0.4mm至4_的厚度。翼式柵的翼和接片可具有一個(gè)厚度分布，即在從主流動(dòng)方向上看的前端區(qū)域和/或后端區(qū)域中或中間區(qū)域或在翼的整個(gè)長(zhǎng)度或深度上的增厚部分，該增厚部分可從3到50mm、優(yōu)選地從5到20mm地變化，例如作為連續(xù)延伸的厚度變化。翼式柵的翼和接片的輪廓可為彎曲的及優(yōu)選地具有0.1mm至5000mm的曲率半徑，多個(gè)相互連接的不同的曲率半徑或連續(xù)變化的半徑或可不均勻地彎曲或具有至少一個(gè)拐點(diǎn)。
[0024]對(duì)于位于主流動(dòng)方向的上游的區(qū)域，即在翼和/或接片的強(qiáng)彎曲的吸入側(cè)的區(qū)域中可用一個(gè)加厚部分的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)附加的、局部上很有限的造型。也可考慮垂直于主流動(dòng)方向的不同橫截面及延伸，并也可考慮斷續(xù)的方案。
[0025]對(duì)于壓鑄工藝所需的模具分隔可優(yōu)選地在接片的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)。在此情況下既可在主流動(dòng)方向上也可在徑向及圓周方向上出現(xiàn)階臺(tái)及過(guò)渡部分。
[0026]本發(fā)明的構(gòu)思在于，在包圍一個(gè)傳感器的構(gòu)件如用于確定一個(gè)以主流動(dòng)方向流動(dòng)的流體介質(zhì)的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置的插接式傳感器的入口處流體強(qiáng)偏轉(zhuǎn)的、流體參數(shù)的不穩(wěn)定性或波動(dòng)大的、時(shí)間上平均的流體參數(shù)的不均勻性大的及流體脫開(kāi)傾向大的區(qū)域中通過(guò)裝入或組合一個(gè)翼式柵來(lái)導(dǎo)致空氣動(dòng)力學(xué)上有效的流體偏轉(zhuǎn)，流體隨時(shí)間的波動(dòng)的下降及流體參數(shù)的均勻分布，有關(guān)入流靈敏度的下降及傳感器上的高流動(dòng)速度并同時(shí)導(dǎo)致盡可能小的壓力降。翼式柵尤其由翼形的及接片形的、相互連接的型材件組成。因此本發(fā)明提出了一個(gè)在偏轉(zhuǎn)、整流、壁附近的管流的穩(wěn)定、氣流波動(dòng)及入流靈敏度以及壓力降的降低方面的折衷方案并具有與在空氣過(guò)濾器側(cè)上的可能實(shí)施相反的、在傳感器裝置如熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器一側(cè)上的實(shí)施形式。
[0027]由此使流體、尤其上述類(lèi)型的插接式傳感器周?chē)脑跍y(cè)量技術(shù)上重要的流體體積被預(yù)處理。并且通過(guò)注入具有來(lái)自核心流的高動(dòng)量及小規(guī)模渦流分量的流體可防止或減小入口壁上的通常在時(shí)間上或空間上不穩(wěn)定的流體脫離。尤其應(yīng)防止或減小由導(dǎo)流管入口及由空氣過(guò)濾器盒飄移來(lái)的具有對(duì)傳感器裝置的傳感器不利的二次速度分量的縱向渦流。并且對(duì)于空氣過(guò)濾器污染及與此相關(guān)的插接式傳感器輸入流改變的情況應(yīng)保證在傳感器裝置中、尤其在插接式傳感器周?chē)粋€(gè)均勻的，充滿(mǎn)的及盡可能波動(dòng)小的(大規(guī)模的)速度分布并保證在上述通道結(jié)構(gòu)的入口及出口上特別穩(wěn)定的氣流條件?？偟貋?lái)說(shuō)通過(guò)偏轉(zhuǎn)，整流，壁附近的管流的穩(wěn)定，氣流波動(dòng)、入流靈敏度以及壓力降的降低將防止或減小傳感器裝置中隨時(shí)間變化的速度分布并由此導(dǎo)致改善的特性曲線可重復(fù)性，小的入流靈敏度及小信號(hào)噪音。此外通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的措施可減小在空氣過(guò)濾器的區(qū)域中及導(dǎo)流管入口處由制造引起的幾何偏差的影響及有助于將同一傳感器特性曲線不更新應(yīng)用地用在不同的空氣過(guò)濾器系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置及尤其是根據(jù)本發(fā)明的翼式柵可不用其它附加部件直接地在傳感器入口上實(shí)現(xiàn)盡可能成本上有利的及制造技術(shù)上可轉(zhuǎn)換的應(yīng)用并填補(bǔ)了可能的、尤其流體力學(xué)上的干預(yù)可能性-例如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的空氣過(guò)濾器-導(dǎo)流葉片系統(tǒng)、導(dǎo)流管-塑料柵及導(dǎo)流管-金屬網(wǎng)篩-方面的空白。因此根據(jù)本發(fā)明的裝置對(duì)于一定的應(yīng)用場(chǎng)合可替代或有目的地補(bǔ)充現(xiàn)有技術(shù)的過(guò)強(qiáng)的或與不利的副作用相關(guān)聯(lián)的干預(yù)可能性。
[0028]通過(guò)本發(fā)明應(yīng)滿(mǎn)足一定的實(shí)質(zhì)性的功能。第一功能例如涉及一個(gè)有針對(duì)性的氣流偏轉(zhuǎn)。因此根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置例如可設(shè)置在一個(gè)內(nèi)燃機(jī)的吸氣支管中空氣過(guò)濾器的下游。在此情況下由空氣過(guò)濾器的凈化空氣側(cè)、即空氣過(guò)濾器的下游到模型-裝置組合形式的插接式傳感器的氣流偏轉(zhuǎn)趨向在插接式傳感器側(cè)上-與空氣過(guò)濾器側(cè)上的措施相反。該第一功能例如通過(guò)多個(gè)用于使空氣動(dòng)力學(xué)的負(fù)荷例如分布到翼的低壓側(cè)上的足夠長(zhǎng)度的、彎拱的或彎曲的翼或葉片來(lái)影響。這尤其在強(qiáng)空氣質(zhì)量流或動(dòng)量的情況下是至關(guān)重要的。其它的影響參數(shù)為用于流體力學(xué)上壓力損耗盡可能小的偏轉(zhuǎn)的、沿每個(gè)翼的支撐面形狀的厚度分布。此外在每個(gè)翼上的不同厚度分布及每個(gè)翼的用于入流的不同迎角有助于第一功能。由此可達(dá)到優(yōu)化的導(dǎo)流及小的壓力損耗。最后圓環(huán)形的或區(qū)段上近似圓環(huán)形的翼式柵構(gòu)型有助于安裝-旋轉(zhuǎn)的不變性及在整個(gè)工作壽命期間補(bǔ)償一定的影響。此外通過(guò)根據(jù)上述模型-裝置構(gòu)成的接片可使空氣過(guò)濾器出口與插接式傳感器之間的區(qū)域中帶螺旋的流被預(yù)處理。在此情況下可考慮不對(duì)稱(chēng)的及對(duì)稱(chēng)的接片。
[0029]第二功能例如涉及插接式傳感器上的氣流波動(dòng)的降低。例如在對(duì)置的厚度分布形式的翼之間收斂的或具有適度的橫截面增大的收斂-發(fā)散的通道有助于該功能。由此例如可達(dá)到加速，渦流延展及波動(dòng)下降。此外由外至內(nèi)變小的迎角及適配的厚度分布有助于該功能。由此可減少翼前邊緣上的氣流脫開(kāi)。在各個(gè)翼的前邊緣和/或后邊緣上例如可構(gòu)成矩形或正弦形的及在各個(gè)翼的主流動(dòng)方向上看具有不同深度的凹口可導(dǎo)致混流改善及共同振動(dòng)模式的減小。此外翼式柵的定位或至少內(nèi)部的圓形布置或插接式傳感器的關(guān)鍵的入口及出口處的布置也有助于該第二功能。最后對(duì)于主流動(dòng)方向位于上游的區(qū)域，即在翼的前邊緣區(qū)域中并尤其在翼和/或接片的強(qiáng)彎曲的吸入側(cè)上可用一個(gè)加厚部分的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)附加的、局部上很有限的造型。對(duì)此可考慮垂直于主流動(dòng)方向的不同橫截面及延伸、及斷續(xù)的方案。由此可達(dá)到氣流由層狀流向紊流的流動(dòng)狀態(tài)的過(guò)渡(轉(zhuǎn)換)，這將帶來(lái)翼和/或接片的強(qiáng)彎曲的吸流側(cè)上流脫開(kāi)的減少。該流脫開(kāi)的減少又及導(dǎo)致翼式柵的翼及接片的續(xù)流部分中及插接式傳感器的關(guān)鍵區(qū)域中氣流波動(dòng)的下降。
[0030]第三功能涉及插接式傳感器處的均勻的高流動(dòng)速度。例如翼式柵的定向或至少內(nèi)部的圓形布置或插接式傳感器的關(guān)鍵的入口及出口處的布置有助于該功能。由此將避免這些關(guān)鍵區(qū)域中續(xù)流的接片剪切層。此外例如對(duì)置的厚度分布形式的翼之間的收斂通道及由外向內(nèi)變小的迎角有助于該功能。例如可這樣地設(shè)置收斂，即該收斂由外向內(nèi)地增強(qiáng)。在各個(gè)翼的后邊緣上的缺口將導(dǎo)致混流的改善及共同振動(dòng)模式的下降。
[0031]關(guān)于可定性和/或定量檢測(cè)的待檢測(cè)流體特性例如可參考以上對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的說(shuō)明。這些流體特性尤其可涉及流體介質(zhì)的流體速度和/或質(zhì)量流和/或體積流。對(duì)于流體介質(zhì)尤其可涉及氣體，尤其涉及空氣。傳感器裝置尤其被可使用在機(jī)動(dòng)車(chē)技術(shù)中，例如使用在內(nèi)燃機(jī)的吸氣支管中。但原則上也可有其它的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0032]傳感器裝置包括至少一個(gè)插接式傳感器。這里在本發(fā)明的范圍中對(duì)于插接式傳感器可理解為一個(gè)單件或多件的裝置，該裝置包括具有真正傳感器、例如傳感膜片的傳感器芯片及該傳感器裝置對(duì)外至少在很大程度封閉及至少在很大程度對(duì)機(jī)械作用并尤其也對(duì)其它類(lèi)型的作用，例如化學(xué)作用、污染和/或潮濕作用進(jìn)行防護(hù)。該插接式傳感器可被裝入在流動(dòng)的流體介質(zhì)中，其中可考慮為可更換的裝入或永久性的裝入。該插接式傳感器例如伸入到流動(dòng)的流體介質(zhì)的一個(gè)導(dǎo)流管中，其中導(dǎo)流管本身可為傳感器裝置的組成部分或也可設(shè)置成獨(dú)立的部件，它例如具有一個(gè)孔，在該孔中可插入插接式傳感器。插接式傳感器尤其可至少部分地由塑料材料制造，例如借助壓力注塑方法來(lái)制造。
[0033]在插接式傳感器中接收了具有至少一個(gè)用于檢測(cè)流體特性的流體傳感器的至少一個(gè)電子組件。這里對(duì)于“在插接式傳感器中接收”應(yīng)理解為:電子組件至少部分地、最好全部的被插接式傳感器包圍。該電子組件至少部分地被設(shè)置在插接式傳感器的至少一個(gè)電子室中。這里在本發(fā)明的范圍中對(duì)于一個(gè)電子室理解為插接式傳感器內(nèi)的一個(gè)部分地或完全地封閉的室，該室在至少一個(gè)方向上通過(guò)插接式傳感器來(lái)封閉。該電子室最好包括在插接式傳感器中的至少由插接式傳感器的一個(gè)表面可進(jìn)入的凹腔，例如一個(gè)長(zhǎng)方六面體形的凹腔。如下面還將詳細(xì)描述的，該電子室例如供一個(gè)配件進(jìn)入，例如由表面進(jìn)入，并可通過(guò)一個(gè)一個(gè)封閉部件、例如至少一個(gè)電子室蓋永久地或可逆地封閉。
[0034]這里對(duì)于流體傳感器原則上應(yīng)理解為任一傳感器元件，它被設(shè)置來(lái)檢測(cè)至少一個(gè)流動(dòng)特性。該流體傳感器尤其可為一個(gè)裝入在一個(gè)傳感器芯片-例如一個(gè)以上所述類(lèi)型的傳感器芯片-中的微力學(xué)的傳感膜片。該傳感器芯片尤其可包括一個(gè)構(gòu)成微力學(xué)的傳感膜片的測(cè)量表面，該測(cè)量表面可由流動(dòng)的流體介質(zhì)在上面流過(guò)。在該傳感器表面上例如可具有至少一個(gè)加熱元件及至少兩個(gè)溫度傳感器，其中如上所述地，由借助這些溫度傳感器所檢測(cè)的溫度分布的不對(duì)稱(chēng)性可推斷出至少一個(gè)流動(dòng)特性。至少一個(gè)流體傳感器例如可設(shè)置在電子組件的一個(gè)傳感器架上，該傳感器架伸入到流動(dòng)的流體介質(zhì)中。電子組件尤其可構(gòu)成單件并尤其可載有一個(gè)控制和/或求值電路，該電路被設(shè)置來(lái)控制流體傳感器和/或接收接收流體傳感器的信號(hào)。
[0035]與此相應(yīng)地電子組件例如具有至少一個(gè)電路載體。此外該電子組件尤其可具有至少一個(gè)傳感器架，該傳感器架最好與電路載體機(jī)械地連接。電路載體例如可被設(shè)置在插接式傳感器的電子室中，及傳感器架可由電子室出來(lái)伸入到流體介質(zhì)中。特別優(yōu)選的是，插接式傳感器具有至少一個(gè)可被流體介質(zhì)流過(guò)的通道，其中載有流體傳感器的電子組件的傳感器架由電子室伸入到插接式傳感器中的至少一個(gè)可被流體介質(zhì)流過(guò)的通道中。該至少一個(gè)通道尤其可構(gòu)成單部分，但也可具有至少一個(gè)主通道及至少一個(gè)由主通道分支出的旁路通道，其中傳感器架最好伸入到旁路通道中，如基本上由現(xiàn)有技術(shù)所公知的。電子組件的電路載體例如可包括一個(gè)印刷電路板，該印刷電路板可單獨(dú)地使用或例如也可安裝在一個(gè)機(jī)械支架上，例如一個(gè)由金屬材料制成的沖壓-彎曲部件上。傳感器架可與電路載體直接地連接或也可與支架部件、例如沖壓-彎曲件連接，其方式例如為將傳感器架注塑在該沖壓-彎曲部件上。也可為其它的構(gòu)型。例如可考慮電子組件由一個(gè)印刷電路板材料制成，其中無(wú)論是電路載體還是傳感器架均由印刷電路板材料制造，最好由一塊電路板材料制造。變換地或附加地還可以是，使用由現(xiàn)有技術(shù)所公知的壓力注塑印刷電路板來(lái)作電子組件，例如一個(gè)或多個(gè)所謂的MID技術(shù)中(MID:模制互連器件)的壓力注塑印刷電路板。還可考慮不同的構(gòu)型。電子組件尤其可包括一個(gè)用于至少一個(gè)流體傳感器的控制和/或求值電路。該電子組件尤其可包括一個(gè)傳感器架，其中傳感器架支撐流體傳感器及由電子室伸入到插接式傳感器中的至少一個(gè)可由流體介質(zhì)流過(guò)的通道中。但原則上也可為其它的構(gòu)型。例如可在電子室的一個(gè)壁中設(shè)置一個(gè)穿孔，該穿孔使電子室與至少一個(gè)通道連接，其中傳感器架通過(guò)該穿孔伸入到至少一個(gè)通道中。電子室及傳感器室可由插接式傳感器的同一側(cè)進(jìn)入或也可由插接式傳感器的相互對(duì)立的側(cè)進(jìn)入，例如用于配件。插接式傳感器例如在一個(gè)與插入方向垂直的平面中具有一個(gè)基本上矩形的橫截面，該橫截面具有一個(gè)迎著流體的正面及一個(gè)背著流體的背面，其中這些面可相對(duì)流動(dòng)方向基本上平行地布置。這些面尤其可涉及一個(gè)矩形的縱向面。電子室及傳感器室尤其可相互無(wú)關(guān)地通過(guò)封閉部件、尤其至少一個(gè)電子室蓋和/或至少一個(gè)傳感器蓋來(lái)封閉。這些蓋例如可與插接式傳感器卡鎖連接或以其它的方式閉鎖。對(duì)蓋結(jié)構(gòu)也可變換地或附加地考慮其它類(lèi)型的封閉部件。
[0036]尤其可這樣地設(shè)置入口孔，即流體介質(zhì)可不受阻礙通過(guò)該入口孔進(jìn)入到傳感器室中。但也可變換地使至少一個(gè)入口孔設(shè)置成完全或部分地封閉，例如通過(guò)至少一個(gè)膜片、尤其至少一個(gè)可滲透濕氣的膜片、特別一個(gè)半滲透膜片來(lái)封閉。原則上該至少一個(gè)入口孔可具有任意的橫截面，例如一個(gè)矩形的和/或圓形和/或多角形的橫截面。并且也可為其它構(gòu)型。該至少一個(gè)入口孔尤其可設(shè)置在插接式傳感器的傳感器室蓋中，其中借助該傳感器室蓋至少可部分地封閉傳感器室。
[0037]此外該傳感器裝置還可包括用于檢測(cè)流體介質(zhì)的至少另一物理特性和/或化學(xué)特性的一個(gè)或多個(gè)其它的傳感器元件。
[0038]傳感器裝置還具有至少一個(gè)設(shè)置在主流動(dòng)方向上流體傳感器上游的翼式柵，它的翼及接片在兩側(cè)上，即向著及逆著主流動(dòng)方向具有一個(gè)0°至90°，優(yōu)選地0°至20°范圍中的及特別優(yōu)選地0°至10°范圍中的迎角。翼式柵尤其可區(qū)段地被構(gòu)成環(huán)形并與導(dǎo)流管壁的內(nèi)側(cè)隔開(kāi)地設(shè)置。[0039]這里對(duì)于主流動(dòng)方向可理解為在沿流動(dòng)路徑的一定位置上通過(guò)導(dǎo)流管的流通橫截面的平均流動(dòng)速度，其中例如象插接式傳感器這樣的構(gòu)件上的局部的不規(guī)則性或紊流可不予考慮。主流動(dòng)方向可區(qū)別于局部的、時(shí)間上平均的流動(dòng)速度。用于求得主流動(dòng)方向的平均時(shí)間間隔顯著地大于紊流的時(shí)間標(biāo)度。
[0040]對(duì)于迎角應(yīng)理解為流入介質(zhì)、例如吸入空氣與翼式柵的翼或接片的輪廓弦或輪廓深度之間的角度。這里輪廓弦為輪廓構(gòu)件的由一個(gè)從主流動(dòng)方向上看前部中間端點(diǎn)至一個(gè)從主流動(dòng)方向上看后部中間端點(diǎn)的假想線。
[0041]本發(fā)明被定位在空氣過(guò)濾器凈化空氣側(cè)上流體技術(shù)中相對(duì)粗的措施-如導(dǎo)流葉片-與小規(guī)模的措施-如空氣質(zhì)量傳感器塑料柵或空氣質(zhì)量傳感器金屬網(wǎng)篩-之間。就與在空氣過(guò)濾器的凈化空氣側(cè)或傳感器入口側(cè)上的空氣動(dòng)力學(xué)的粗措施或根本沒(méi)有措施相比在提高特性曲線的穩(wěn)定性或可重復(fù)性、入流靈敏度的減小方面的滿(mǎn)足程度而言，尤其在使用壽命期間空氣過(guò)濾器的顆粒污染及空氣過(guò)濾器與空氣導(dǎo)向部分的不同幾何構(gòu)型、導(dǎo)流管前邊緣的幾何公差、傳感器入口 /空氣過(guò)濾器出口的凸緣區(qū)域的幾何公差、空氣過(guò)濾器到傳感器的凈化空氣引導(dǎo)區(qū)域中的導(dǎo)流部件的幾何公差的情況下，本發(fā)明體現(xiàn)為相對(duì)迄今公知的及使用的措施的一個(gè)中間步驟或折衷方案。就在信號(hào)噪音的降低、盡可能小的附加壓力降、尤其與塑料柵或甚至金屬網(wǎng)篩相比變小的附加壓力降及與包括空氣過(guò)濾器、空氣導(dǎo)向部分及傳感器的整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的成本上盡可能有利的與制造技術(shù)上可轉(zhuǎn)用的實(shí)施方面的滿(mǎn)足程度而言上述的體現(xiàn)也適用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]由以下對(duì)概要表示在附圖中的優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明可得到本發(fā)明的其它選擇性的細(xì)節(jié)及特征。
[0043]附圖表示:
[0044]圖1:用于檢測(cè)流體介質(zhì)的至少一個(gè)流動(dòng)特性的一個(gè)傳統(tǒng)的傳感器裝置；
[0045]圖2:—個(gè)用于檢測(cè)流體介質(zhì)的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置在一個(gè)空氣過(guò)濾器上的傳統(tǒng)安裝位置；
[0046]圖3A:當(dāng)傳統(tǒng)的傳感器裝置在一個(gè)導(dǎo)流管區(qū)域中的情況下的仿真計(jì)算的結(jié)果；
[0047]圖3B:在一個(gè)垂直于導(dǎo)流管的平面中傳統(tǒng)的傳感器裝置的導(dǎo)流管中速度區(qū)域分布；
[0048]圖4:具有所示的傳統(tǒng)的傳感器裝置的插接式傳感器及渦流拖移的導(dǎo)流管的一個(gè)橫截面圖；
[0049]圖5:從主流動(dòng)方向上看根據(jù)本發(fā)明的用于檢測(cè)流體介質(zhì)的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置的一個(gè)實(shí)施形式；
[0050]圖6:沿圖5中線A-A的用于檢測(cè)流體介質(zhì)的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置的一個(gè)透視的截面圖；
[0051]圖7A及7B:以根據(jù)圖5中線B-B的一部分的截面圖表示的一個(gè)導(dǎo)流管內(nèi)根據(jù)本發(fā)明的翼式柵的不同位置；
[0052]圖8:根據(jù)圖5中線C-C的一個(gè)截面圖；
[0053]圖9A至91:翼式柵的翼的可能的變換構(gòu)型:[0054]圖10:根據(jù)另一實(shí)施形式的翼式柵的一個(gè)橫截面圖；
[0055]圖11:根據(jù)另一實(shí)施形式的翼式柵的一個(gè)透視圖；
[0056]圖12:根據(jù)另一實(shí)施形式的翼式柵的一個(gè)透視圖；
[0057]圖13:根據(jù)另一實(shí)施形式的翼式柵的一個(gè)透視圖；
[0058]圖14:根據(jù)另一實(shí)施形式的翼式柵的一個(gè)柵的橫截面圖；
[0059]圖15A至15E:根據(jù)翼的可能變換的變型的圖14的翼的俯視圖；及
[0060]圖16:為了解釋所使用的概念的一個(gè)翼的橫截面圖。
[0061]具體實(shí)施形式
[0062]圖5中表示一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的用于確定一個(gè)以主流動(dòng)方向流動(dòng)的流體介質(zhì)、尤其內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣質(zhì)量的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置100的一個(gè)實(shí)施形式。與傳統(tǒng)的傳感器裝置的構(gòu)件相同的構(gòu)件設(shè)有相同的標(biāo)號(hào)。
[0063]傳感器裝置100包括一個(gè)在由塑料注塑的導(dǎo)流管50中的一個(gè)插接式傳感器12的形式的熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器，該導(dǎo)流管是一個(gè)未示出的空氣過(guò)濾器的下游的內(nèi)燃機(jī)吸氣支管的一部分。但也可考慮其它類(lèi)型的流體傳感器。該熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器相應(yīng)于一個(gè)可由商業(yè)中得到的德國(guó)的Robert Bosch有限公司的HFM7型號(hào)的空氣質(zhì)量傳感器。插接式傳感器12伸入到導(dǎo)流管50中的流體介質(zhì)內(nèi)。
[0064]盡管為明確地指出，如在傳統(tǒng)的傳感器裝置10中那樣在插接式傳感器12內(nèi)接收了一個(gè)具有至少一個(gè)可被流體介質(zhì)通流的通道的通道區(qū)域及一個(gè)具有開(kāi)設(shè)在插接式傳感器12中的電子室的電子區(qū)域。該通道就其而言具有一個(gè)主通道及一個(gè)旁路通道。在電子室中接收一個(gè)電子組件，該電子組件包括一個(gè)具有控制電路和/或求值電路的電路載體，該電路載體可被接收在一個(gè)底板上。此外該電子組件包括一個(gè)注塑在底板上的翼形式的傳感器架，該傳感器架伸入到旁路通道中。在傳感器架中置入了一個(gè)熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量芯片形式的流體傳感器。此外插接式傳感器12可包括一個(gè)冷卻孔，該冷卻孔延伸到電子室中。
[0065]在根據(jù)圖5的由商業(yè)上可得到的傳感器裝置100的構(gòu)型中傳感器架及底板構(gòu)成一個(gè)單元，該單元被稱(chēng)為電子組件及例如在該實(shí)施例或在其它實(shí)施例中可包括用于流體傳感器控制和/或求值的一個(gè)控制和/或求值電路。除流體傳感器外在底板上還粘接了電路載體的電子部分及控制和/或求值電路。流體傳感器及控制和/或求值電路通常通過(guò)焊接連接相互連接。這樣形成的電子組件例如被粘接在電子室中及整個(gè)插接式傳感器將通過(guò)蓋來(lái)封閉。在插接式傳感器12中具有傳感器芯片。
[0066]如所述地具有熱膜式空氣質(zhì)量測(cè)量器的插接式傳感器12位于內(nèi)燃機(jī)的吸氣支管的一個(gè)導(dǎo)流管50中，其中一個(gè)設(shè)置來(lái)用于電連接的插頭區(qū)域68設(shè)置在導(dǎo)流管50的外面。從主流動(dòng)方向18上看，在導(dǎo)流管50的壁60的外側(cè)置入?yún)^(qū)域56具有一個(gè)具有兩個(gè)鉆出孔72的法蘭盤(pán)70。法蘭盤(pán)70用于使導(dǎo)流管50固定在空氣過(guò)濾器52上。在此情況下該法蘭盤(pán)可與空氣過(guò)濾器的出口區(qū)域中的一個(gè)相應(yīng)的法蘭盤(pán)用螺絲連接，其方式是將螺絲穿插過(guò)孔72并用鎖緊螺母來(lái)固定。
[0067]插接式傳感器12的上游具有一個(gè)翼式柵74。該翼式柵74具有多個(gè)翼75及接片76。翼75至少可在區(qū)段上圓形地布置。翼式柵74緊靠在導(dǎo)流管50的壁60的內(nèi)側(cè)上。例如對(duì)于導(dǎo)流管50與翼式柵74分開(kāi)制造的情況一個(gè)外部連接部件77在圓周方向上相對(duì)導(dǎo)流管50的壁60的內(nèi)側(cè)平行地延伸及緊靠在該壁上并與該壁連接。該連接可通過(guò)焊接，斂縫連接，卡槽連接，粘接等來(lái)實(shí)現(xiàn)。變換地翼式柵74可與導(dǎo)流管50 —起被注塑成一個(gè)構(gòu)件。各個(gè)翼75及接片76相互隔開(kāi)，其中翼75通過(guò)接片76相互連接。翼式柵74可根據(jù)相應(yīng)的傳感器裝置100的特殊應(yīng)用位于離入口區(qū)域56 —個(gè)距離上、如圖7A中所示，即從主流動(dòng)方向上看設(shè)置在入口區(qū)域56的下游。例如在翼式柵74的上游設(shè)有一個(gè)鋼接頭50a，以致入口區(qū)域56的前邊緣的半徑被構(gòu)成得比批量塑料注塑的情況棱角更銳利。尤其在導(dǎo)流管50的前面流體強(qiáng)偏轉(zhuǎn)及不存在圓柱形的前沿時(shí)前邊緣半徑的區(qū)別將引起流體脫開(kāi)分布狀況的改變，這又將對(duì)在導(dǎo)流管中所產(chǎn)生流體分布有影響。變換地翼式柵74可直接地設(shè)置在導(dǎo)流管50的入口區(qū)域56中、如圖7B中所示。以下將詳細(xì)地描述翼式柵74及接片76的細(xì)節(jié)。
[0068]圖7A及圖7B表示沿圖5的線B-B的截面的一個(gè)區(qū)段及圖8表示沿圖5的線C-C的截面的一個(gè)區(qū)段。根據(jù)圖5的視圖該截面尤其通過(guò)接片76延伸。
[0069]接片76具有均勻彎拱的輪廓，它在空氣質(zhì)量流的主流動(dòng)方向上向著插接式傳感器12逐漸變窄。接片76過(guò)渡到翼式柵74并可與翼式柵74構(gòu)成整體。
[0070]為了使流體介質(zhì)偏轉(zhuǎn)到主流動(dòng)方向18上翼式柵74具有翼75。換句話(huà)說(shuō)，由空氣過(guò)濾器52向著翼式柵74流動(dòng)的并在插接式傳感器12的位置上可具有偏離主流動(dòng)方向18的流動(dòng)方向的流體介質(zhì)借助翼式柵74的翼75偏轉(zhuǎn)到主流動(dòng)方向18上。在此情況下發(fā)生了一種流體的整流。翼75可至少區(qū)段地被設(shè)置成圓形，橢圓形或根據(jù)其它形狀設(shè)置，例如具有可變的半徑。換言之翼75不總是必然地延伸成完整的圓或其它的在圓周方向完整的形狀，而是翼在一個(gè)與主流動(dòng)方向18垂直的平面中被構(gòu)成圓區(qū)段或形狀區(qū)段。在此情況下這些區(qū)段在與主流動(dòng)方向18垂直的平面中可具有不同的長(zhǎng)度。例如翼75在與主流動(dòng)方向18垂直的平面中被構(gòu)成具有四分之一圓、半圓、三分之一圓的長(zhǎng)度或它們中間的長(zhǎng)度的圓區(qū)段。這里這些圓區(qū)段不必要在圓周方向上彼此相鄰，而可至少部分地相互錯(cuò)開(kāi)布置。各個(gè)翼75同樣通過(guò)接片76相互連接。最內(nèi)部的翼78例如可被構(gòu)成完整的圓。最內(nèi)部的翼78不必讓其圓形設(shè)置在導(dǎo)流管50的徑向中心上。尤其一個(gè)在主流動(dòng)方向18上的假想線79可通過(guò)最內(nèi)部的翼78的圓的中心點(diǎn)80及插接式傳感器12的入口 16或?qū)ζ溴e(cuò)開(kāi)地延伸。因此翼75例如可設(shè)置成圓形，以致它們至少確定圓或圓形布置的一個(gè)中心點(diǎn)。各個(gè)翼75可具有不同的或多個(gè)半徑。通過(guò)這些半徑描繪的翼75的圓的中心點(diǎn)可在與入口 16的一個(gè)點(diǎn)的連接線79上，導(dǎo)流管50的旋轉(zhuǎn)軸線位于該連接線上或?qū)ζ淦?。例如通過(guò)位于徑向內(nèi)部及徑向較外部的翼75可構(gòu)成多個(gè)中心點(diǎn)80a，80b等，這些中心點(diǎn)相互錯(cuò)開(kāi)。由于集膚效應(yīng)尤其視插接式傳感器12的實(shí)施形式及最內(nèi)部的翼78的實(shí)施形式或在空氣過(guò)濾器52上的專(zhuān)門(mén)應(yīng)用類(lèi)型而定可設(shè)置上述的中心點(diǎn)80與導(dǎo)流管50的中心點(diǎn)的距離，以致基準(zhǔn)點(diǎn)不通過(guò)例如在插接式傳感器入口區(qū)域的中心上的純幾何投影來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外在翼式柵的進(jìn)入處翼75相對(duì)主流動(dòng)方向18具有一個(gè)0°至90°，優(yōu)選地0°至20°及特別優(yōu)選地0°至10°的迎角。
[0071]為了解釋與一個(gè)翼75相關(guān)地使用的概念現(xiàn)在來(lái)參照?qǐng)D16。圖16表示一個(gè)示范的支撐面形狀的翼75的橫截面。如圖16中所示，在一個(gè)支撐面形狀的翼75上可定義至少下列的輪廓數(shù)據(jù)。一個(gè)輪廓弦或輪廓深度75a為由一個(gè)輪廓前緣75b至一個(gè)輪廓后緣75的最長(zhǎng)直線。一個(gè)骨架線75d由垂直于輪廓弦75a得到的上側(cè)面75e與下側(cè)面75f之間的中點(diǎn)組成。一個(gè)輪廓彎度75g為骨架線75d對(duì)輪廓弦75a的最大偏移。一個(gè)輪廓厚度75h為骨架線75d上的最大可能的圓直徑。一個(gè)迎角α為流入介質(zhì)、例如吸入空氣-它通過(guò)箭頭75i表示-與輪廓弦75a之間的角度。
[0072]例如這樣地設(shè)置翼75，即為了降低流動(dòng)速度翼75的迎角α由外部向著最內(nèi)部的翼78的圓的中心點(diǎn)80的方向減小，如下面將要詳細(xì)說(shuō)明的。
[0073]圖6表示沿圖5中線A-A的一個(gè)透視的截面圖。翼75形成在各通道81之間。這些通道81可在主流動(dòng)方向18上構(gòu)成收斂的。在此情況下翼75在垂直于主流動(dòng)方向18的方向上的距離從主流動(dòng)方向18上看隨著位置的增大而減小。例如為了產(chǎn)生均勻的、高的流動(dòng)速度該收斂由外向內(nèi)地增強(qiáng)。就是說(shuō)徑向外部的通道81a尤其比徑向內(nèi)部的通道81b具有較小的收斂率。
[0074]根據(jù)圖8的視圖翼式柵74或翼75具有恒定厚度_輪廓前緣75b及輪廓后緣75c除外-的彎拱輪廓。變換地翼75可具有非均勻的厚度，如以下將詳細(xì)說(shuō)明的。在翼75上及在接片76上的值得注意的幾何參數(shù)還有輪廓前緣半徑及后緣厚度。
[0075]翼75例如被構(gòu)成支撐面的形狀。從空氣質(zhì)量流的主流動(dòng)方向18上看其前端區(qū)域82及后端區(qū)域83各具有圓角84。迎角α在0°與90°之間。優(yōu)選地在0°至20°的范圍中及特別優(yōu)選地在0°至10°的范圍中。該角度尤其取決于傳感器裝置100的應(yīng)用并可視安裝部位-如安裝在內(nèi)燃機(jī)的吸氣支管的區(qū)域中-而變化。對(duì)于直線輸入流的情況、例如在制造后的調(diào)整工序中出于各種原因過(guò)大的迎角α至少對(duì)于翼式柵74的內(nèi)部翼75是不利的。原則上是:當(dāng)迎角α過(guò)大時(shí)吸入側(cè)或翼75的上側(cè)面75e上的氣流可脫開(kāi)，這將帶來(lái)偏轉(zhuǎn)角的減小及壓力降的增高。翼75可具有約0.2mm至IOmm的非均勻的厚度。翼75的彎拱的半徑可在0.1mm至5000mm的范圍中。通過(guò)翼75的特殊構(gòu)形在翼式柵74的下游所產(chǎn)生的空氣質(zhì)量流的剪切層在小壓力降的情況下產(chǎn)生充分的混合，以致熱膜式空氣質(zhì)量傳感器及其傳感器元件被施加了 一個(gè)均勻的氣流。
[0076]視安裝部位及應(yīng)用而定翼式柵74的翼75的形狀可被修改，如圖9A至91中所示。翼75的可能構(gòu)型形狀在其數(shù)目上可無(wú)終止地列舉。例如彎拱-如圖9B中所示-不是絕對(duì)必要的，也可考慮用主流動(dòng)方向18上的直線延伸來(lái)代替它，如圖9A中所示。翼75可具有0°至90°的迎角α。例如徑向外部的翼85具有例如為20°的較大的迎角α，而徑向內(nèi)部的翼86具有例如為5°的較小的迎角α。迎角α過(guò)大時(shí)在吸入側(cè)或翼75的上側(cè)面上的氣流將脫開(kāi)，這將帶來(lái)偏轉(zhuǎn)角的下降及壓力損失的增高。在一般情況下具有彎拱的翼輪廓比非彎拱的輪廓占優(yōu)勢(shì)，但有可能在制造技術(shù)上或成本上不能實(shí)現(xiàn)或優(yōu)先考慮。對(duì)于絕大多數(shù)是徑向地定向的接片76出于對(duì)稱(chēng)的原因以便對(duì)于各種應(yīng)用情況可廣泛應(yīng)用或用在帶有螺旋的氣流中通常使用對(duì)稱(chēng)的、即非彎拱的輪廓。
[0077]也可考慮在端部上無(wú)圓角84的翼75，尤其可考慮如圖9C中所示的平行四邊形的翼75或圖9D中所示的無(wú)圓角64的彎拱的翼75。也可考慮如圖9Ε及9F中所示的、沿輪廓弦75a在從主流動(dòng)方向18上看的前端區(qū)域82和/或后端區(qū)域83的區(qū)域中的增厚部分87。因此前端區(qū)域82和/或后端區(qū)域83中的增厚部分相應(yīng)于導(dǎo)流管50的有效橫截面的縮小，這可導(dǎo)致氣流的加速。由此可避免氣流的分離。在后端區(qū)域83中例如銳棱角的增厚部分87可導(dǎo)致有針對(duì)性的氣流分離。由此可得到在翼式柵74的下游氣流的寬的、強(qiáng)的充分混合及速度分布的均勻化。
[0078]盈75可在其向著主流動(dòng)方向18的延伸方向上具有不連續(xù)的延伸。這種延伸例如可用一個(gè)拐點(diǎn)88的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種變型方案可能考慮為出于注塑技術(shù)的原因。翼深度、即沿翼式柵的延伸長(zhǎng)度在所有方案中也是一個(gè)參數(shù)。因此翼75在主流動(dòng)方向18上可具有不同的深度或長(zhǎng)度。徑向外部的翼85可比徑向內(nèi)部的翼86長(zhǎng)些。這種具有不同深度或長(zhǎng)度的翼75的構(gòu)型將導(dǎo)致更好的充分混合及公共振動(dòng)模式的降低。在此情況下根據(jù)所需的偏轉(zhuǎn)及考慮緊貼在翼式柵74上的氣流的附加條件可產(chǎn)生出具有大曲率半徑及大翼深度的翼75，其中不僅翼深度可為3mm至50mm而且半徑可在0.1毫米至若干千毫米的數(shù)量級(jí)中。
[0079]如圖9H及91中所不，在從王流動(dòng)方向18上看翼75的后端83的區(qū)域中可具有不同深度的缺口 90或槽，它們可導(dǎo)致翼式柵74下游的剪切層更強(qiáng)的充分混流及導(dǎo)致主流動(dòng)方向18上小規(guī)模的、位置相對(duì)穩(wěn)定的紊流。在一個(gè)相應(yīng)的設(shè)計(jì)中該紊流可穩(wěn)定氣流。同樣地可設(shè)置多個(gè)翼式柵74，它們相互的及至其它構(gòu)件的距離可任意選擇。翼式柵74尤其可由金屬、金屬化合物及其合金或塑料、例如玻璃纖維增強(qiáng)的塑料來(lái)構(gòu)成，以致可成本上有利地制造。翼式柵74的形狀也可適配于導(dǎo)流管50的橫截面及因此例如可為正方形、矩形或橢圓形。也可通過(guò)導(dǎo)流管50的入口區(qū)域56中前邊緣的半徑的選擇來(lái)影響氣流及可在金屬管的情況下作成比塑料管有更銳利的棱邊。
[0080]原則上一個(gè)翼75的上側(cè)面75e及下側(cè)面75f、即對(duì)立的面可具有不同的曲率半徑。
[0081]也可給予接片76相應(yīng)的形狀，接片可構(gòu)成流線形、對(duì)稱(chēng)的或不對(duì)稱(chēng)的并可具有相對(duì)主流動(dòng)方向18的迎角α。在此情況下相應(yīng)的迎角的選擇可用于在空氣質(zhì)量流中產(chǎn)生螺旋或影響螺旋。尤其可考慮沿主流動(dòng)方向18的厚度變化。同樣地可自由選擇接片76的數(shù)目。
[0082]在接片76的下游生成的剪切層與此相應(yīng)地產(chǎn)生了或多或少的充分混合，但也可能產(chǎn)生出或多或少的壓力降。在此情況下該壓力降包含壓力分量及基于摩擦的分量，這在翼式柵設(shè)計(jì)時(shí)在優(yōu)化的意義上可被考慮。
[0083]圖10表示根據(jù)另一實(shí)施形式的翼式柵74的一個(gè)橫截面圖。以下僅描述它與前面的實(shí)施形式的區(qū)別及相同的構(gòu)件具有相同的標(biāo)號(hào)。
[0084]翼75從主流動(dòng)方向18上看可具有不均勻的厚度及彎度或曲率。厚度分布、即厚度與沿翼75的長(zhǎng)度的相應(yīng)位置的關(guān)系可與上側(cè)面75e及下側(cè)面75f上的彎度分布或曲率分布相結(jié)合地相應(yīng)于一種翼輪廓。此外翼75在其本身與接片76之間構(gòu)成通道81。通道81可在主流動(dòng)方向18上收斂或發(fā)散，但尤其可構(gòu)成收斂-發(fā)散。在此情況下翼75在垂直于主流動(dòng)方向18上的距離隨著從主流動(dòng)方向18上看其位置的增大而減小或增大，尤其先減小而后增大。徑向最內(nèi)部的通道81b例如被構(gòu)成收斂的。除徑向最內(nèi)部的通道81b外其余通道81例如被構(gòu)成收斂-發(fā)散的。作為可能的極端情況，尤其在平的或平行于主流動(dòng)方向18構(gòu)成的連接部件77的情況下，或在導(dǎo)流管50的壁60整體構(gòu)成的情況下在外部翼75與該連接部件77之間的外部通道81a被構(gòu)成發(fā)散的。
[0085]圖11表示根據(jù)另一實(shí)施形式的一個(gè)翼式柵74的透視圖。以下僅描述與前面的實(shí)施形式的區(qū)別及相同的構(gòu)件具有相同的標(biāo)號(hào)。翼的長(zhǎng)度可在主流動(dòng)方向上變化。例如每個(gè)翼在主流動(dòng)方向上可具有各不相同的長(zhǎng)度。在相同長(zhǎng)度的情況下翼75也可在主流動(dòng)方向18上相互錯(cuò)開(kāi)。在此情況下接片76可在主流動(dòng)方向18上具有翼76的長(zhǎng)度或與其不同的小一些或大一些的長(zhǎng)度。
[0086]在圖11的翼式柵74上由此翼75及接片76在主流動(dòng)方向18上具有不同的長(zhǎng)度。例如外部的翼77比在徑向上與其相鄰的翼75具有較短的長(zhǎng)度。圖11的翼式柵74的翼75例如被設(shè)置成5個(gè)同心的環(huán)，其中由外向內(nèi)看，由外部翼77構(gòu)成的第一環(huán)、第三環(huán)及由內(nèi)部翼78構(gòu)成的第五環(huán)具有比第二及第四環(huán)小的長(zhǎng)度。如在圖11中可看到的，接片76其長(zhǎng)度具有跳變式的變化。在徑向上接片76的長(zhǎng)度的該跳變例如被定位在一個(gè)位于內(nèi)部的與一個(gè)位于較外部的翼75之間的中點(diǎn)上。在此情況下一個(gè)接片76例如直至該跳變位置91具有內(nèi)部翼75的長(zhǎng)度及從該跳變位置91起具有外部翼75的長(zhǎng)度。這里翼75之間的相對(duì)徑向位置可變化。同樣地也可發(fā)生接片長(zhǎng)度的連續(xù)變化。
[0087]圖12表示翼式柵74的另一方案。以下僅描述與前面的實(shí)施形式的區(qū)別及相同的構(gòu)件具有相同的標(biāo)號(hào)。如由圖12可看到的，對(duì)于注塑工藝所需的模具分隔優(yōu)選地在接片76的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)。在此情況下階臺(tái)92及過(guò)渡位置94既可出現(xiàn)在主流動(dòng)方向18上也可出現(xiàn)在徑向及圓周方向上。
[0088]圖13表示根據(jù)另一實(shí)施形式的翼式柵74的一個(gè)透視圖。以下僅描述與前面的實(shí)施形式的區(qū)別及相同的構(gòu)件具有相同的標(biāo)號(hào)。翼75可在從主流動(dòng)方向18上看的前端區(qū)域及后端區(qū)域上至少部分地具有凹口 96。例如翼75具有在圓周方向上或徑向上延伸的、調(diào)制的正弦波形狀的凹口 96。這些凹口 96也可變換地構(gòu)成直角的或圓角的。這里這些調(diào)制的凹口的數(shù)目及幅值尤其可從一個(gè)翼75到另一翼75發(fā)生改變，以便減小或避免翼式柵74隨動(dòng)時(shí)的共同振動(dòng)模式。
[0089]圖14表示根據(jù)另一實(shí)施形式的翼式柵74的一個(gè)翼75的橫截面圖。這里該截面延伸正主流動(dòng)方向18上。以下僅描述與前面的實(shí)施形式的區(qū)別及相同的構(gòu)件具有相同的標(biāo)號(hào)。在對(duì)于主流動(dòng)方向18位于上游的區(qū)域中，即在翼75的前邊緣區(qū)域中并尤其在翼75和/或接片76的強(qiáng)彎曲的吸入側(cè)上可用一個(gè)加厚部分的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)附加的、局部上很有限的造型，如以下將參照?qǐng)D15A至15E詳細(xì)地說(shuō)明的。
[0090]圖15A至15E表示根據(jù)翼7的可能的變型方案以箭頭D的視線看的圖14的翼的俯視圖。造型98可用一個(gè)細(xì)桿的形式構(gòu)成，如圖15A所示。造型98可用一個(gè)鋸齒桿的形式構(gòu)成，如圖15B所示。造型98可用一個(gè)振蕩形桿的形式構(gòu)成，如圖15C所示。因此對(duì)于造型98可以有垂直于主流動(dòng)方向18的不同的橫截面及延伸。變換地也可實(shí)現(xiàn)斷續(xù)的方案。例如造型98可用桿形段102的形式構(gòu)成，如圖MD所示。變換地造型98也可構(gòu)成三角形的段102，如圖15E所示。上述所有的造型98將引起層狀流向紊流突變的激發(fā)并引起流脫開(kāi)的減小及壓力損耗的下降?？偟貋?lái)說(shuō)翼75可具有一個(gè)不同橫截面的及與主流動(dòng)方向18垂直的不同延伸的加厚部分形式的附加的、局部上有限的造型98，并包括斷續(xù)的構(gòu)型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.用于確定一個(gè)以主流動(dòng)方向(18)流動(dòng)的流體介質(zhì)、尤其內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣質(zhì)量的至少一個(gè)流動(dòng)特性的傳感器裝置(100)，其中該傳感器裝置(100)具有一個(gè)設(shè)置在一個(gè)導(dǎo)流管(50)中的插接式傳感器(12)，該插接式傳感器具有一個(gè)用于確定流體介質(zhì)的流動(dòng)特性的傳感器(32)及至少一個(gè)迎著主流動(dòng)方向(18)的入口(16)，其特征在于:傳感器裝置(100)具有至少一個(gè)在主流動(dòng)方向(18)上設(shè)置在插接式傳感器(12)上游的翼式柵(74)，其中為了使流體介質(zhì)偏轉(zhuǎn)到在插接式傳感器(12)處的主流動(dòng)方向(18)上翼式柵(74)具有多個(gè)翼(75)及接片(76)，其中翼(75)至少區(qū)段地被設(shè)置成圓形，橢圓形或具有可變的半徑，其中翼(75)被這樣地布置，以致它們?yōu)榱藴p小氣流波動(dòng)及為了在插接式傳感器(12)處產(chǎn)生均勻的高流動(dòng)速度具有一個(gè)0°至90°，優(yōu)選地0°至20°及特別優(yōu)選地0°至10°的迎角(α )。
2.根據(jù)上一權(quán)利要求的傳感器裝置(100)，其中翼(75)為支撐面形，其中該支撐面形的翼(75)的迎角α對(duì)于翼式柵(74)來(lái)說(shuō)由外向內(nèi)變小。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的傳感器裝置(100)，其中翼(75)從主流動(dòng)方向(18)上看至少區(qū)段地被構(gòu)成彎曲的。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的傳感器裝置(100)，其中翼(75)及接片(76)從主流動(dòng)方向(18)上看具有不均勻的厚度。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的傳感器裝置(100)，其中翼(75)被這樣設(shè)置及在其厚度分布及彎度分布上被這樣設(shè)計(jì)，以致在翼本身與鄰接的接片之間構(gòu)成至少區(qū)段地收斂或收斂-發(fā)散的通道(81)。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的傳感器裝置(100)，其中翼(75)在主流動(dòng)方向(18)上的長(zhǎng)度由外部向著中心點(diǎn)(80 )的方向是變化的。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的傳感器裝置(100)，其中接片(76)在主流動(dòng)方向上具有與翼(75)相同的長(zhǎng)度或不同的長(zhǎng)度。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的傳感器裝置(100)，其中翼(75)和/或接片(76)在從主流動(dòng)方向(18)上看的前端區(qū)域(82)和/或后端區(qū)域(83)中至少部分地具有缺口(90)，尤其正方形或調(diào)制的正弦波的形狀。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的傳感器裝置(100)，其中翼(75 )和/或接片(76 )在從主流動(dòng)方向(18)上看的前端區(qū)域(82)中，尤其在翼(75)和/或接片(76)的較強(qiáng)彎曲的上側(cè)面(75e)上具有一個(gè)造型(98)。
10.根據(jù)上一權(quán)利要求的傳感器裝置(100)，其中造型(98)以與主流動(dòng)方向(18)垂直的加厚部分的形式構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G01F15/12GK103925956SQ201410012320
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月11日
【發(fā)明者】A·布里澤 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司