专利名称：用于空气质量流量传感器的涡流抑制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机空气进气管道中的空气质量流量测量以及通过减少在空气流中的紊流和涡流而提高空气质量流量传感器性能的装置。
背景技术：
空气质量流量传感器典型地应用于测量进入内燃发动机空气进气管道的空气量。 为了减少污染和提供更清洁以及更完全的燃料燃烧，空气质量流量传感器信号被供给到专门的计算设备(有时称为发动机控制单元或ECU)，为了高效燃烧，该计算设备用所述空气流量信号与其它测量信号一起来计算和调节输送给发动机的适当燃料量。众所周知，空气密度随着温度和压力(通常被车辆发动机工作所处的海拔高度影响)变化。空气质量流量传感器用于测量不同工况下进气管道至发动机的空气质量流量。已知有各种类型的空气质量流量传感器。一种类型设置有突出到进气空气流中且被支撑在弹簧加载臂上的叶片或桨片。所述叶片与空气流量成比例地移动且该位移被标定和用于产生质量流量信号。另一种应用广泛的类型是热线空气质量流量传感器。这种传感器具有悬置在发动机进气空气流的一部分内的电加热金属丝。所述金属丝的电阻随着温度而变化，且金属丝的温度随着经过金属丝的空气流量而变化。当空气流量增加时，所述金属丝的电阻减少 (由于空气传导冷却效果而降低金属丝的温度)和因此必须靠传感器电子提供更大的电流来恢复所述金属丝的温度。在这样的系统中，供给加热所述热线传感器的电流变化与空气流量的变化有关。已知其它类型的空气质量流量传感器，但是，对本文的讨论而言，介绍这几个例子已经足够。空气质量流量传感器被标定以具有表示在空气进气管道内流动的空气量的输出信号。在空气流中可能存在的涡流的存在性可能以不希望的方式影响所述空气质量流量的标定。涡流是紊流流体流特征(在此包括空气和其它气体作为流体)。涡流是旋转(通常是紊流)的流体流，围绕一个中心涡动。这些涡流的流体速度可以通过空气质量流量传感器检测并造成进气空气流量的测量误差，导致空气质量流量传感器变成进入发动机的空气流量的不稳定指示器。典型实践是在空气过滤器之后(下游)位于空气过滤器和发动机之间的空气进气管道中安装空气质量流量传感器。安装在空气过滤器之后是有优点的，因为在污染物可能聚集并且影响空气质量流量传感器的标定之前空气过滤器从空气流中去除污染物。空气过滤器的几何结构可能在空气过滤器的出口侧的空气流中造成剪切层的产生，其可导致在进入空气质量流量传感器的空气流中涡流的产生和引起的空气质量流量信号质量的降低。在现有技术中已知的是安装整流叶片或流动对齐(flow aligned)的管状蜂窝结构来减少在空气进气管道内的紊流。虽然这些方案是有用的，但是从总的系统成本来看它们是不利的。因此，期待一种低成本和更易实现的方案。
发明内容
在本发明的各方面公开了一种用于具有空气质量流量传感器的空气进气管道的涡流抑制装置。所述涡流抑制装置包括空气流可渗透的纤维涡流分散介质，所述纤维涡流分散介质安装于空气管道中的质量流量传感器上游的位置，且构造成阻塞空气管道以致在该管道中的空气流被迫通过所述涡流分散介质。所述涡流分散介质配置并适于分散涡流并减少进入质量流量传感器的空气流的空气紊流，因此，减少来自空气质量流量传感器的流量测量信号的变化和噪音。在本发明的另一个方面，涡流抑制装置包括配置成在其中接收和容纳涡流分散介质的支撑性笼状壳体。在本发明的另一个方面，所述笼状壳体配置成可拆卸地安装到空气净化器壳体中和定位成接收来自空气过滤器元件的清洁空气面的空气流。在本发明的另一个方面，所述笼状壳体进口面具有基本上与清洁空气面相同的尺寸，所述笼状壳体可以安装到空气净化器中接近或在其它实施方式中直接接触所述清洁空气面的位置。在本发明的另一个方面，纤维涡流分散介质包括由以下任何一种材料的天然和/ 或合成纤维所纺成的或熔喷的无编织毛状物(non-woven fleece，或无编织布)，例如尼龙、聚丙烯、玻璃纤维和合成树脂微纤维等。在本发明的另一个方面，纤维涡流分散介质可操作捕获空气进气管道空气流中存在的颗粒污染物中的至少一部分，因此进一步保护空气质量流量传感器。在本发明的另一个方面，涡流抑制装置还可操作阻尼通过空气进气管道传送的噪音水平，从而减少明显的发动机噪音。在本发明的另一个方面，涡流抑制装置还包括支撑元件，例如配置成向空气流可渗透纤维涡流分散介质提供支撑而抵抗空气流引起的力的金属丝网或塑料网。在本发明的另一个方面，提供一种用于发动机空气进气空气质量流量传感器壳体的涡流抑制装置。空气流可渗透纤维涡流分散介质布置在所述壳体的空气进口侧。所述涡流抑制装置配置成约束在空气质量流量传感器壳体中的空气流使之在到达空气流量传感器之前通过纤维涡流分散介质，从而所述涡流分散介质配置成分散涡流和减少进入质量流量传感器的空气流紊流以及减少来自传感器的流量信号的变化和噪音。在本发明的另一个方面，涡流抑制元件与空气过滤器整体形成，并包括布置在空气过滤器出口面且配置成完全覆盖该出口面的空气流可渗透纤维涡流分散介质，以致通过空气过滤器的空气流必须通过所述涡流分散介质，从而涡流分散介质可操作减少紊流并分散从中通过的空气流的涡流。
在本发明的另一个方面，涡流分散介质粘附固定在空气过滤器的出口面。在本发明的另一个方面，涡流分散介质通过固定到过滤器密封环上的框架元件被抵靠着空气过滤器的出口面而保持捕获。本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点可从结合附图的用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述中显现。
附图简要说明
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附图，其中贯穿各个视图相似的附图标记指代相同或功能类似的元件，和下面的详细说明一起并入和形成说明书的一部分，用于进一步阐述各种实施例和解释根据本发明的所有各种原理以及优点。被认为是有新颖性的本发明特征在附图并更详细地在附加的权利要求中描述。本发明与其进一步目标和优点一起可以通过结合附图的以下描述最好地理解。所述附图显示的是本发明目前首选的一种形式；但是，本发明不限于所述附图显示的精确布置。
图1是根据本发明的包括空气过滤器、空气质量流量传感器和插入的涡流抑制装置的空气进气管道的一部分的示意图；图2A是通过过滤器元件的空气流和由存在于过滤器元件的出口侧的剪切层引起的紊流射流的示意图；图2B表示根据本发明的通过过滤器元件的空气流的示意图，其中，涡流抑制装置安装在过滤器下游，从而在空气流中分散涡流和减少紊流强度；图3是根据本发明的一方面的粘附固定到空气过滤器出口侧的涡流抑制装置的示意图；图4是根据本发明的另一方面的通过过滤器密封环被捕获地固定在空气过滤器出口侧的涡流抑制装置的示意图；图5是根据本发明的附加方面的被笼装于空气流可渗透壳体内且结合到空气净化器壳体内作为独立部件的涡流抑制装置的示意图；图6是根据本发明的再一个方面的被笼装或安装到空气质量流量传感器上游且可插入到空气质量流量传感器壳体内的涡流抑制装置的示意图；图7A是当空气过滤器不安装本发明的涡流抑制装置时流动试验平台结果的曲线图，图示了在各种空气质量流率下空气质量流量传感器流量测量信号中的测量信号噪音； 和图7B是当空气过滤器包括根据本发明的涡流抑制装置时流动试验平台结果的曲线图，图示了在各种空气质量流率下空气质量流量传感器流量测量信号中的测量信号噪
曰°本领域技术人员可以理解的是在图中的元件描述是为了简单和清楚起见图示的且没有必定按比例绘制。例如，为了有助于改进对本发明的实施例的理解，在图中的一些元件的尺寸可以是相对于其它元件放大的。
具体实施例方式在描述根据本发明的详细实施例之前，应该注意到实施例主要属于与通过利用本文公开的涡流抑制装置分散涡流和减少紊流而改进空气质量流量传感器的测量信号(性能)的装置及方法相关的方法步骤和装置部件。因此，装置部件和方法步骤在适当时在附图中用常规符号表示，只显示了那些与理解本发明实施例相关的具体细节，以免使得本发明在受益于本文描述的本领域普通技术人员所显而易见的细节方面不明显。在本文中，相关的措辞(例如第一和第二、顶部和底部等等)可以仅仅用于从另一个实体或动作区分一个实体或动作，而没有必要要求或暗示任何实际的这样实体或动作之间的这种关系或顺序。措辞“包含”、“包括”或其它变体旨在涵盖非排它性包括，因此，包括元件列表的过程、方法、物品或装置不仅仅包括那些元件，而且可以包括没有特意地列出或这些过程、方法、物品或装置固有的其它元件。在没有更多约束的情况下，在“包含...一个”之前的元件不排除在包含该元件的过程、方法、物品或装置中存在附加相同元件。图1是根据本文介绍的本发明的各个方面布置的包括空气过滤器、空气质量流量传感器和插入的涡流抑制装置的空气进气管道的一部分的示意图。在图1中，空气流(箭头110)进入空气进气管道100且进入空气净化器114，在此被空气过滤器116过滤以除去颗粒污染物。来自空气过滤器116下游面118的空气流其中可能是紊流状态(如后面要讨论的)。紊流，可能地传送空气流的涡流继续(如箭头120 所示)向依照本文公开的本发明的任何方面设置的涡流抑制装置122流动。在通过涡流抑制装置122之后，空气流以具有紊流射流显著地减少的紊流和涡流显著地消除(如后面要讨论的)的状态流出涡流抑制装置122的出口面124，并继续(见箭头126)在空气进气管道100内流动到空气质量流量传感器128，该空气质量流量传感器1 可以包括或可以不包括独立的空气质量流量传感器壳体130。在空气流中紊流射流和涡流的消除(归因于涡流抑制装置122的存在)导致在空气质量流量传感器1 上较低的信号变化(相对于实际流动)且在某些情况下较低的信号噪音，因此减少空气流量测量误差。空气质量流量信号136 是提供至基于计算机处理器的发动机控制单元(E⑶)132且由其考虑的一个信号，E⑶132 具有包括维持输送给发动机(未示出)的期望燃料空气比在内的许多任务。空气流出空气质量流量传感器1 继续流向(箭头134)发动机(未示出)，可能地首先通过节气门本体 (也未示出)。有利地，所述涡流抑制装置122也有助于阻尼通过空气进气管道或导管100 的发动机噪音水平，因此减少明显的发动机运行噪音。为了理解本发明的构思，图2A显示了空气流(以箭头表示)通过过滤器元件202 和由于空气流通过过滤器元件202引起的紊流空气射流204的示意性和概念化表征。过滤器元件202具有可包括多个过滤器出口通道208和多个过滤器进口通道210的多孔过滤器介质206。在图2A中示意性表示的过滤器的类型中，过滤器是具有多个在过滤器相对侧紧密交替的轴向对齐通道的轴流类型。在图2A中，空气通过进口通道210进入过滤器，流动通过多孔过滤介质206且然后通过出口通道208流出过滤器。进口通道210的闭合端引起流动停滞区域212，或位于沿着显著较高流速(空气离开出口通道208)的侧面区域的低流速区域。当较高速度空气流横靠或跨过较低速度空气流时，在低速空气和高速空气之间的边界214可以形成折叠涡流，从而潜在地在边界或剪切层214产生折叠涡流和可能地导致紊流空气射流204。作为该问题的解决方案，图2B表示空气流(箭头所示)通过与图2A —起讨论的过滤器元件202的示意性和概念化表征。但是在该情况下，涡流抑制装置216此时设置在空气过滤器元件202的下游。所述涡流抑制装置216包括空气流可渗透涡流分散介质202， 其可操作在过滤器元件202之后分散空气流，消除紊流射流204且提供具有减少的紊流强度和更一致的流速曲线的空气流218。如前面图1讨论的，这些特征有利地引起来自下游空气质量流量传感器的较低的信号变化。在本文公开的本发明的各个方面，空气流可渗透涡流分散介质(例如图2B中的介质218)可以通过无编织毛状物来实现，包括由包括各种尼龙、聚丙烯、玻璃纤维和合成树脂微纤维以及本领域技术人员已知的其它合适材料的材料纺成或熔喷的天然和/或合成
7纤维。分散涡流的毛状物的使用提供了有效、简单适于新应用且与现有技术的蜂窝结构和整流叶片相比成本非常有利的解决方案。在本文公开的本发明的各个方面，可以设置可选的支撑层或元件(例如在图2B中的22 ，例如配置成向毛状物提供支撑以抵抗空气流引起的在所述毛状物材料上引起的力的金属丝或塑料网部件。本领域技术人员应当理解的是，受空气流紊流射流和涡流问题损害的空气质量流量测量不限于结合图2A和2B讨论的轴向空气过滤器。其他类型的空气过滤器在其出口面会展示和产生紊流空气流，例如褶状空气过滤器(一种非常通用的类型)具有形成如一系列的“V”形折叠的过滤器介质出口面。所述折叠引起在折叠的凹陷区域过滤器出口面上集中空气流，导致在该区域的较高流动速度。相似地，在折叠的凸起部分的出口面排出比较少的空气流，导致在这些区域的较低流动速度。这些区域并排地布置，如上面图2A，且可以导致紊流射流和在其空气流中不期望的紊流强度，类似于以上有关图2A中标记204的讨论。因此，本发明是有利地可适用于消除紊流射流和减少来自多种类型的空气过滤器下游空气流的紊流，从而导致改进的空气质量流量传感器性能。图3是有利地粘附固定到空气过滤器300的出口侧304上的涡流抑制装置302的示意图，使得包含涡流抑制装置302的空气过滤器300能够作为单个部件而被出售、安装和更换。所述涡流抑制装置302包括横跨过滤器介质310出口面延伸的空气流可渗透涡流分散介质320。涡流抑制装置可以是被固定，例如，通过热熔或可替换地通过应用到过滤器介质接触涡流抑制装置302的一部分的部分上以致在它们之间形成粘合结合的任何已知类型固化粘合胶306。在如图3中描述的褶状过滤器元件300的情况下，粘合剂有利地应用在过滤器介质310褶皱的出口面峰部308上。在具有交替地闭合通道的轴流过滤器的情况下，粘合剂能以例如横跨过滤器元件的出口面的间隔条的形式应用。涡流抑制装置302也可以围绕其外围固定到过滤器元件的框架或密封元件312，这取决于涡流抑制装置302固定到的过滤器元件300的类型。在本发明的一些方面，所述涡流抑制装置302可以可选地还包括支撑层或元件322，例如配置成向毛状物提供支撑以抵抗空气流引起的在空气流可渗透涡流分散介质320上引起的力的金属丝或塑料网部件。在一些情况下，其中所述涡流抑制装置302粘附于空气过滤器部分，不需要或提供支撑元件。图4是包括空气流可渗透涡流分散介质420 (例如，如上面讨论的无编织毛状物材料)的涡流抑制装置402的装配示意图。根据本发明的另一个方面，涡流抑制装置402是通过插入且固定到过滤器密封环414上的环形框架元件416被捕获地固定到空气过滤器400 的出口面404上。过滤器密封环414可以包括外围布置成外围环绕密封环414以在过滤器元件400和过滤器壳体或空气净化器(在图1示意性地示出)之间提供密封的弹性密封元件412。所述框架元件416可以有利地包括横跨框架元件416内部的开放空间4M延伸的一个或多个支撑臂418，其构造且设置成将涡流抑制装置402保持或支撑在其靠近过滤器元件400的出口面404的位置。框架元件416可以可选地包括支撑层或元件，例如配置向毛状物提供支撑而抵抗空气流引起的在空气流可渗透涡流分散介质420上引起的力的金属丝或塑料网部件。图5是笼装于空气流可渗透壳体506内且设置成作为一个独立于空气过滤器500 和壳体526的部件结合到空气净化器壳体526中的涡流抑制装置502装配示意图。空气流可渗透壳体506具有进口面530和出口面532。空气以总体上由箭头5 所指的方向流过空气净化器壳体5 和过滤器元件500。涡流抑制装置502可拆卸地安装到空气净化器壳体且定位成从空气过滤器元件500的清洁空气面508接收空气流。空气流可渗透壳体506可以有利地包括固定到空气流可渗透壳体506的外围框架且横跨空气流可渗透壳体506的外围框架内侧定义的开放空间5 延伸的一个或多个支撑轨道。可以根据向涡流抑制装置502提供足够的支撑以抵抗在涡流抑制装置502内由于空气流过该装置502引起的力来选择支撑轨道518的数量和间隔。涡流抑制装置502可以可选地包括支撑层或元件522，例如配置成向毛状物提供支撑以抵抗空气流引起的在空气流可渗透涡流分散介质520上引起的力的金属丝或塑料网部件。支撑元件522可以与支撑轨道518 —起设置或可选地取代支撑轨道518设置。有利地作为单独的部件，笼装涡流抑制装置502可以保持在空气过滤器500的更换间隔之间，因此，在空气过滤器更换期间，减少浪费和维修部件成本。此外，在某些情况下，例如作为后市场附件，笼装涡流抑制装置502可以翻新到现有的空气净化器522中。图6是具有笼装于壳体606中的空气流可渗透涡流分散介质608的涡流抑制装置 602的装配示意图。壳体606定尺寸且配置成允许涡流抑制装置602至少部分地安装到空气质量流量传感器壳体624内空气质量流量传感器6 的上游位置。壳体606可以有尺寸且配置成允许涡流抑制装置602压入配装到空气质量流量壳体6M内以致如果有必要更换空气质量流量传感器626/壳体6M或涡流抑制装置602时，其随后可以从空气质量流量传感器壳体6M上被拆卸。空气流可渗透涡流分散介质608配置成约束到达空气质量流量传感器拟6的空气流以使流向空气质量流量传感器拟6的空气必须首先通过流动旋涡分散介质608以有利地分散涡流和减少在空气流中的紊流，通过减少信号噪音和信号变化而允许改进的空气质量流量传感器拟6性能。除了改进空气质量流量传感器拟6的性能之外，涡流抑制装置602有利地捕获在进入空气流可渗透涡流分散介质608的空气进气管道中存在的灰尘或颗粒物， 因此对空气质量流量传感器拟6提供了额外的保护。在空气进气管道中的灰尘和颗粒物可以包括由应用到各种空气进气管道部件的制造过程引起的塑料溢料(plastic flash) 0
流动平台试验结果流动平台检验是用如图4所述构造的装有涡流抑制装置的轴流空气过滤器而实现的。空气质量流量传感器安装在空气过滤器的下游以模拟发动机空气进气管道应用。图7A是描述当空气过滤器没有安装本发明的涡流抑制装置时在各种空气质量流率下空气质量流量传感器的流量测量信号的测量信号噪音的曲线图。图7B是描述当空气过滤器包括根据本发明的涡流抑制装置时在各种空气质量流率下空气质量流量传感器的流量测量信号的测量信号噪音的曲线图。从曲线图中可以看出，本发明的涡流抑制装置显著地减少了几乎横跨整个流率范围的来自空气质量流量传感器的流量信号的信号噪音。该信号噪音的改进是如上讨论的涡流分散和减少的空气流紊流的结果。在前面的说明书中，已经对本发明的具体实施例进行了描述。但是，本领域普通技术人员意识到可以进行各种修改和改变，而不脱离如所附权利要求所述的本发明的范围。 因此，说明书和附图被看作是说明性的而不是限制性的意义，且所有这些变型旨在被包括
9在本发明的范围内。益处、优点、对于问题的解决方案和任何可以导致益处、优点、或解决方案发生或变得更明显的元件都不理解为任何或所有权利要求的决定性的、必要的或基本的特征或元件。本发明仅仅通过所附权利要求限定，包括申请未决期间所作的任何修改以及授权权利要求的所有等同物。
权利要求
1.一种用于具有空气质量流量传感器的空气进气管道中的涡流抑制装置，包括空气流可渗透纤维涡流分散介质，所述涡流分散介质安装在所述空气管道内所述质量流量传感器上游的位置，且配置成阻塞所述空气管道以使所述管道中的空气流必须通过所述涡流分散介质；其中，所述涡流分散介质配置成且适用于分散涡流并减少进入所述质量流量传感器的空气流的空气紊流，从而减少来自所述空气质量流量传感器的流量测量信号的变化和噪曰°
2.根据权利要求1所述的流动旋涡抑制装置，还包括配置成在其中接收和容纳所述涡流分散介质的支撑性笼状壳体，所述笼状壳体具有空气流可渗透进口面和出口面。
3.根据权利要求2所述的流动旋涡抑制装置，其中，所述笼状壳体配置成可拆卸地安装到空气净化器壳体上且定位成接收来自空气过滤器元件的清洁空气面的空气流。
4.根据权利要求3所述的涡流抑制装置，其中，所述笼状壳体进口面具有与所述清洁空气面基本上相同的尺寸；和其中，所述笼状壳体能安装到所述空气净化器中靠近所述清洁空气面的位置。
5.根据权利要求1所述的涡流抑制装置，其中，所述纤维涡流分散介质包括包含尼龙、 聚丙烯、玻璃纤维和人工树脂微纤维中的任一种的材料的纺成或熔喷天然和/或 人工合成纤维的无编织毛状物。
6.根据权利要求1所述的涡流抑制装置，其中，所述纤维涡流分散介质可操作捕获在所述空气流中存在的颗粒污染物中的至少一部分，从而进一步保护所述空气质量流量传感器。
7.根据权利要求1所述的涡流抑制装置，其中，所述涡流抑制装置可操作阻尼通过所述空气进气管道传送的噪音水平。
8.根据权利要求1所述的涡流抑制装置，其中，所述涡流抑制装置还包括包含金属丝网或塑料网的支撑元件，所述支撑元件配置成向空气流可渗透纤维涡流分散介质提供支撑以抵抗空气流引起的力。
9.一种用于具有壳体的发动机空气进气空气质量流量传感器的涡流抑制装置，包括 设置在所述壳体的空气进口侧处的空气流可渗透纤维涡流分散介质，所述涡流抑制装置配置成约束所述空气流在到达所述空气流量传感器之前通过所述纤维涡流分散介质；其中，所述涡流分散介质配置成分散涡流和减少进入所述质量流量传感器的空气流紊流，从而减少来自所述传感器的流量信号的变化和噪音。
10.根据权利要求9所述的流动旋涡抑制装置，其中，所述纤维涡流分散介质包括无编织毛状物。
11.一种用于具有进口和出口面的发动机空气过滤器的涡流抑制元件，包括空气流可渗透纤维涡流分散介质，所述涡流分散介质定位于所述空气过滤器的所述出口面处且配置成完全覆盖所述出口面以致通过所述空气过滤器的空气流必须通过所述涡流分散介质；其中，所述涡流分散介质可操作减少紊流和分散从中通过的所述空气流的涡流。
12.根据权利要求11所述的涡流抑制元件，其中，所述纤维涡流分散介质包括无编织毛状物。
13.根据权利要求12所述的涡流抑制元件，其中，所述涡流分散介质粘附固定于所述出口面。
14.根据权利要求12所述的涡流抑制元件，其中，所述涡流抑制元件还包括包含金属丝网或塑料网的支撑元件，所述支撑元件配置成向空气流可渗透纤维涡流分散介质提供支撑以抵抗空气流引起的力。
15.根据权利要求12所述的涡流抑制元件，其中，所述涡流分散介质通过固定到过滤器密封环上的框架元件抵靠所述出口面被保持地捕获。
16.根据权利要求12所述的涡流抑制元件，其中，所述涡流抑制元件还包括包含金属丝网或塑料网的支撑元件，所述支撑元件配置成向空气流可渗透纤维涡流分散介质提供支撑以抵抗空气流引起的力。
全文摘要
在本发明的各个方面公开了一种用于具有空气质量流量传感器的空气进气管道中的涡流抑制装置。所述涡流抑制装置包括安装在空气管道中质量流量传感器上游位置的空气流可渗透的纤维涡流分散介质，其构造成阻塞空气管道以致在管道中的空气流被迫通过所述涡流分散介质。所述涡流分散介质配置且适于分散涡流并减少进入质量流量传感器的空气流的空气紊流，因此，减少了来自空气质量流量传感器的流量测量信号的变化和噪音。
文档编号G01F1/684GK102428352SQ201080018285
公开日2012年4月25日 申请日期2010年4月14日 优先权日2009年4月24日
发明者J·贾斯尼 申请人:曼·胡默尔有限公司