DE102004005151A1 - System for sensing the condition of a medium, especially for estimating the condition and age of oil in a combustion engine has a thermoelectric power supply which derives its energy from the heat contained in the medium or oil - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein System und eine Sensoreinrichtung zur Sensierung des Zustandes eines Mediums sowie ein Kraftfahrzeugmodul mit einem derartigen System bzw. mit einer derartigen Sensoreinrichtung.The The invention relates to a system and a sensor device for sensing the state of a medium and a motor vehicle module with a Such system or with such a sensor device.
Obwohl auf die Sensierung von beliebigen Medien anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf die Sensierung des Ölzustandes von Motoröl im Kraftfahrzeugbereich erläutert.Even though Applicable to the sensing of any media, the present Invention and its underlying problem with respect to the sensation of the oil condition of engine oil explained in the automotive field.
Der Ölzustand in Ölsystemen zur Schmierung und/oder Kühlung eines Kraftfahrzeuggetriebes und/oder eines Kraftfahrzeugmotors wird maßgeblich durch jegliche Verschmutzung des Öls und hohe Betriebstemperaturen bzw. einem zu geringen Ölstand beeinflusst. Um somit die Lebensdauer eines Verbrennungsmotors zu verlängern, muss das Öl, das eine Schmierung für die wichtigen Komponenten in dem Motor vorsieht, in regelmäßigen Intervallen gewechselt werden. Heutzutage werden die meisten Ölwechsel auf Grundlage von Plänen durchgeführt, die von den Fahrzeugherstellern empfohlen werden. Infolge von Kundenwünschen werden die Intervalle zwischen Ölwechseln verlängert. Längere Intervalle verringern zudem eine Umweltverschmutzung in Verbindung mit der Entsorgung von Altöl. Unglücklicherwei se variiert die Nutzlebensdauer von Öl stark abhängig von der Qualität des Öls, dem Motortyp, in dem das Öl verwendet ist, den Umgebungsbedingungen und dem Fahrzeugwartungsplan. Ferner kann eine Verschmutzung des Öls durch Frostschutzmittel oder Wasser die Schmier- oder Verschleißschutzfunktion des Öls ernsthaft herabsetzen.The oil condition in oil systems for lubrication and / or cooling a motor vehicle transmission and / or a motor vehicle engine becomes decisive any contamination of the oil and high operating temperatures or too low oil level. Thus, to extend the life of an internal combustion engine, must the oil, that a lubrication for the important components in the engine provides, at regular intervals change. Nowadays, most oil changes based on plans performed that be recommended by the vehicle manufacturers. As a result of customer requests the intervals between oil changes extended. longer Intervals also reduce environmental pollution in conjunction with the disposal of used oil. Unfortunately The useful life of oil varies greatly depending on the quality of the oil, the Engine type in which the oil is used, the environmental conditions and the vehicle maintenance plan. Furthermore, contamination of the oil by antifreeze or Water the lubricating or wear protection function of the oil seriously decrease.
Folglich kann das Intervall zwischen Ölwechseln die Nutzlebensdauer des Öls überschreiten, und somit ist es erforderlich, den Zustand des Öls zwischen Ölwechseln zu überwachen, um sicherzustellen, dass das Öl immer noch die erforderliche Schmierung vorsieht. Wenn sich der Zustand des Öls verschlechtert hat oder dieses verschmutzt ist, kann es vor der empfohlenen Zeit gewechselt werden, so dass der Motor keinen Schaden erleidet.consequently can the interval between oil changes exceed the useful life of the oil, and thus it is necessary to change the condition of the oil between oil changes to monitor to make sure the oil still provides the required lubrication. When the Condition of the oil deteriorates or this is dirty, it may be before the recommended time be changed so that the engine suffers no damage.
Demgemäss sind im Stand der Technik Ölzustandssensoren vorgesehen worden, die den Zustand des Öls erfassen und Warnsignale erzeugen, wenn eine Wartung, d.h. ein Ölwechsel, fällig ist.Accordingly, in the prior art oil condition sensors have been provided, which detect the condition of the oil and warning signals when maintenance, i. an oil change is due.
Gewöhnlich ist im Stand der Technik ein Ölsensor zur Bestimmung der Öltemperatur, des Ölstandes und der Qualität des Öls vorgesehen, welcher im wesentlichen aus einem dreipoligen Micro-Quadlock-Steckverbinder, einer integrierten Auswerteelektronik und einem kapazitiven, messendem Sensorelement besteht. Die von dem kapazitiven Sensorelement ermittelten Daten werden mittels einer PWM-Schnittstelle über das Motorsteuergerät auf einem CAN-Bus bereitgestellt.Usually is in the prior art an oil sensor for determining the oil temperature, the oil level and the quality of the oil consisting essentially of a three-pole micro-quadlock connector, an integrated evaluation and a capacitive, measuring sensor element consists. The data determined by the capacitive sensor element be via a PWM interface via the engine control unit on a CAN bus provided.
An diesem Ansatz hat sich die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass der Aufwand für den Aufbau und die Verbindungstechnik derartiger Sensorsysteme zu kostspielig und zu aufwendig ist. Zudem sind enorme Verkabelungsvorgänge erforderlich, welche aus steuerungstechnischen und datenübertragungstechnischen Gründen nachteilig sind. Ferner ist eine Montage und eine Adaption derartiger Sensoreinrichtungen an bestehende Bauteile schwierig durchführbar und eine Gewährleistung hoher Zuverlässigkeiten der Steckverbindungen und Kabel ist durch die besonderen Umgebungsbedingungen des Motorraumes eher problematisch.At This approach has proved to be disadvantageous that the effort for the construction and the connection technology of such sensor systems costly and too expensive. In addition, enormous cabling processes are required, which disadvantageous for technical control and data transmission reasons are. Furthermore, an assembly and an adaptation of such sensor devices to existing components difficult to carry out and a guarantee high reliabilities the connectors and cables is due to the special environmental conditions the engine compartment rather problematic.
Die
deutsche Offenlegungsschrift
An diesem Ansatz hat sich die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass die Vorrichtung zum Sensieren des Ölzustandes mit elektrischer Energie mittels einer Verkabelung versorgt werden muss, was einen zusätzlichen Verkabelungsaufwand und zusätzliche Steckverbindungen notwendig macht. Aufgrund der besonderen Umgebungsbedingungen des Motorraumes sind derartige zusätzliche Komponenten nachteilig und für eine Gewährleistung der Zuverlässigkeit der Sensoreinrichtung nachteilig.At This approach has proved to be disadvantageous that the device for sensing the oil condition with electrical Energy must be supplied by means of a wiring, what a additional Cabling and additional Requires plug connections. Due to the special environmental conditions of the Engine room are such additional Components disadvantageous and for a guarantee the reliability the sensor device disadvantageous.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System sowie eine Sensoreinrichtung zum Sensieren des Zustandes eines Mediums zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile beseitigt, insbesondere ein energieautarkes Sensorsystem zu schaffen, welches eine automobiltauglichere Integrierbarkeit gewährleistet.Consequently The present invention is based on the object, a system and a sensor device for sensing the state of a medium which overcomes the above disadvantages, in particular to create an energy self-sufficient sensor system, which is a more suitable for automobiles Integrability guaranteed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das System mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 sowie durch das Kraftfahrzeugmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 28 gelöst.These The object is achieved by the System with the features of claim 1, the sensor device with the features of claim 2 and by the motor vehicle module solved with the features of claim 28.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass als energieautarkes System zur Sensierung des Zustandes eines Mediums eine Sensoreinrichtung zum Detektieren von Zustandsdaten des Mediums vorgesehen ist, welche durch eine thermoelektrische Energieversorgungsquelle mit der dazu notwendigen Energie versorgt wird. Die thermoelektrische Energieversorgungsquelle ist dabei thermisch mit dem als Wärmequelle dienenden Medium und elektrisch mit der Sensoreinrichtung für eine Energieversorgung derselben koppelbar.The The idea underlying the present invention is that that as an energy self-sufficient system for sensing the state of a Medium, a sensor device for detecting status data the medium is provided, which by a thermoelectric Energy supply source is supplied with the necessary energy. The thermoelectric power source is thermal with the serving as a heat source Medium and electric with the sensor device for a power supply the same coupled.
Somit wird mittels dem thermoelektrischen Effekt die zum Betrieb der Sensoreinrichtung notwendige Energie durch Umwandlung der Wärmeenergie des Mediums in elektrische Energie er zeugt und an die Sensoreinrichtung durch das energieautarke System geliefert.Consequently is the means for operating the sensor device by means of the thermoelectric effect necessary energy by converting the thermal energy of the medium into electrical energy Energy he testifies and to the sensor device by the energy self-sufficient System delivered.
Die vorliegende Erfindung weist somit gegenüber den bekannten Lösungsansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass aufgrund fehlender Kabelverbindungen für eine elektrische Energieversorgung der Sensoreinrichtung eine automobiltauglichere Integrierbarkeit geschaffen ist. Das erfindungsgemäße energieautarke Sensorsystem gewinnt die für das Betreiben der Sensoreinrichtung notwendige Energie aus der Umgebungswärme bzw. Abwärme des Mediums, so dass zusätzliche Energieversorgungsquellen über zusätzliche Kabelverbindungen nicht notwendig sind.The The present invention thus contrasts with the known approaches according to the prior art The technology has the advantage that due to lack of cable connections for one electrical power supply of the sensor device a automobiltaugäglichere Integrity is created. The energy self-sufficient invention Sensor system wins the for the operation of the sensor device necessary energy from the ambient heat or waste heat of the Medium, giving extra Power sources over additional Cable connections are not necessary.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Systems sowie der im Anspruch 2 angegebenen Sensoreinrichtung.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of The system specified in claim 1 and that specified in claim 2 Sensor device.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die thermoelektrische Energieversorgungsquelle als Seebeck-Element ausgebildet. Dabei kann die thermoelektrische Energieversorgungsquelle in das Gehäuse der Sensoreinrichtung derart öldicht integriert sein, dass als Wärmequelle für die thermoelektrische Energieversorgungsquelle die Wärme des zu messenden Öls bzw. Mediums dient.According to one preferred development is the thermoelectric power source designed as Seebeck element. In this case, the thermoelectric Energy supply source in the housing of the sensor device to be integrated so oil-tight, that as a heat source for the thermoelectric power source the heat of the oil to be measured or Medium serves.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die thermoelektrische Energieversorgungsquelle mittels einer Dünnschicht-Technik hergestellt und ist vorzugsweise als auf flexiblen Substraten gefertigtes Bauteil ausgebildet. Die flexiblen Substrate können dabei beispielsweise aus Kunststoffen, Metallfolien, Halbleiterfolien, Gläser, oder dergleichen bestehen. Vorteilhaft sind die flexiblen Substrate mittels eines Dünnschichtverfahrens mit beispielsweise thermoelek trisch hocheffektiven Materialien des Bismuttellurit-Typs beschichtet. Somit können die thermoelektrischen Energieversorgungsquellen mit einer derartigen Form ausgebildet werden, dass sie an die vorhandene Wärmequelle als auch an die vorhandene Wärmesenke bzw. an den Verlauf des Temperaturgradienten und die Form des Gehäuses der Sensoreinrichtung auf einfache Weise angepasst werden können.According to one Another preferred embodiment is the thermoelectric power supply source by means of a thin-film technique and is preferably manufactured on flexible substrates Component formed. The flexible substrates can, for example, from Plastics, metal foils, semiconductor films, glasses, or the like exist. The flexible substrates are advantageous by means of a thin-film process with, for example, thermoelec trically highly effective materials of the Bismuth tellurite type coated. Thus, the thermoelectric Power supply sources formed with such a shape be that they to the existing heat source as well as the existing heat sink or to the course of the temperature gradient and the shape of the housing of the Sensor device can be easily adjusted.
Vorzugsweise liegen die flexiblen thermoelektrischen Energieversorgungsquellen an dem inneren Umfangsrand des Gehäuses der Sensoreinrichtung für eine optimale thermische Kopplung mit dem Medium an. Beispielsweise kann die flexible thermoelektrische Energieversorgungsquelle auch fächerförmig in dem Inneren des Gehäuses der Sensoreinrichtung angeordnet sein.Preferably are the flexible thermoelectric power sources at the inner peripheral edge of the housing of the sensor device for one optimal thermal coupling with the medium. For example, can the flexible thermoelectric power source also fan-shaped in the interior of the case be arranged the sensor device.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die thermoelektrische Energieversorgungsquelle aus zwischen Keramikträgern montierten Halbleiterbausteinen. Vorteilhaft kann eine Wärmekopplung zwischen dem Medium und dem thermoelektrischen Element mittels Keramikplatten geschaffen werden, welche an der äußeren Wandung der das zu messende Medium aufnehmenden Wanne für eine optimale Wärmeleitung anliegen.According to one another preferred embodiment the thermoelectric power source consists of between Ceramic carriers mounted Semiconductor devices. Advantageously, a heat coupling between the medium and the thermoelectric element created by ceramic plates which are on the outer wall the medium to be measured receiving tub for optimal heat conduction issue.
Beispielsweise kann die thermische Energieversorgungsquelle für eine Integration derselben in die Sensoreinrichtung einteilig mit derselben ausgebildet sein, beispielsweise mittels einem Spritzgussverfahren oder dergleichen. Dabei kann die Wärmesenke ebenfalls in das Gehäuse der Sensoreinrichtung integriert werden, wobei die Wärmesenke beispielsweise als Kühlkörper, Heat-Pipe und/oder Kühlkreislauf, gekoppelt mit beispielsweise anderen Medien, wie Luft, Kraftstoff, Kühlflüssigkeit, oder dergleichen ausgebildet ist.For example For example, the thermal power source may be for integration thereof be integrally formed with the same in the sensor device, for example by means of an injection molding process or the like. The heat sink can do this also in the case the sensor device are integrated, wherein the heat sink for example, as a heat sink, heat pipe and / or cooling circuit, coupled with, for example, other media such as air, fuel, Coolant, or the like is formed.
Vorzugsweise umfasst das System ferner eine integrierte Auswerte-/Sende-Elektronik, welche vorzugsweise in der Sensoreinrichtung integriert ist. Vorzugsweise liefert die thermoelektrische Energieversorgungsquelle die für das Betreiben der Auswerte-/Sende-Elektronik notwendige Energie über eine geeignete Verbindung. Beispielsweise ist die thermoelektrische Energieversorgungsquelle mit einer Energiespeichereinrichtung verbindbar, welche wiederum ständig die Auswerte-/Sende-Elektronik der Sensoreinrichtung mit Energie versorgt, auch wenn der Wärmeunterschied zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke augenblicklich nicht für eine ausreichende Energiezufuhr genügt. Vorzugsweise ist die Energiespeichereinrichtung aus Kondensatoren aufgebaut.Preferably, the system further comprises an integrated evaluation / transmission electronics, which is preferably integrated in the sensor device. The thermoelectric power supply source preferably supplies the energy required for operating the evaluation / transmission electronics via a suitable connection. For example, the thermo electrical power source connected to an energy storage device, which in turn constantly provides the evaluation / transmission electronics of the sensor device with energy, even if the heat difference between the heat source and the heat sink does not immediately enough for a sufficient energy supply. Preferably, the energy storage device is constructed of capacitors.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die thermoelektrische Energieversorgungsquelle ferner mit Zusatzbauteilen für eine Energieversorgung derselben verbindbar. Dies kann beispielsweise eine kabellose Datenübertragungseinrichtung für eine Datenübertragung der von der Sensoreinrichtung gemessenen Daten an ein Steuergerät sein. Somit entfallen zusätzliche Kabelverbindungen und elektrische Energieversorgungskabel, was Kosten und Montageaufwand erheblich verringert.According to one Another embodiment is the thermoelectric power source further with additional components for one Energy supply of the same connectable. This can be for example a wireless data transmission device for one data transfer be measured by the sensor device data to a control unit. This eliminates additional Cable connections and electrical power cables, what costs and Installation costs significantly reduced.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the figures of the drawing and explained in more detail in the following description.
Dabei zeigen:there demonstrate:
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Components, unless stated otherwise.
Die
thermoelektrische Energieversorgungsquelle
Die
Sensoreinrichtung
Das
Steuergerät
Anhand
von
Bringt
man zwei verschiedene leitfähige
Materialien
Die
in
In
Eine
thermoelektrische Energieversorgungsquelle
Vorzugsweise
ist ein Thermogenerator
Zur
Gewährleistung
eines hohen Temperaturunterschiedes und somit zu einer hohen Thermospannung
weist der Thermogenerator eine zweite Keramikplatte
Vorzugsweise
ist auf dem Thermogenerator
Somit
ist ein kompaktes, energieautarkes Sensorsystem geschaffen, welches
ohne jegliche Kabelverbindungen auskommt und ein zuverlässiges und
einfach im Motorraum montierbares System darstellt. Unter Bezugnahme
auf
Beispielsweise
werden thermoelektrisch hocheffektive Materialien vom Bismuttellurit-Typ
mittels Flash-Verdampfens oder Sputterns auf der flexiblen Substratfolie
Als
Halbleitermaterialien können
vorteilhaft dotiertes Silizium, Germanium oder Silizium-Germanium-Legierungen
verwendet werden. Vorzugsweise ist der Thermogenerator
Wie
in
Die
flexiblen Substrate
Zum
Erzielen des geforderten Temperaturunterschieds ist die gegenüberliegende
Seite der Substratfolie
Analog
zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
kann der Thermogenerator
Vorzugsweise
kann analog zu dem oben ausführlich
beschriebenen Ausführungsbeispiel
ein zusätzlicher
Energiespeicher
Ferner
kann der Thermogenerator
Die
weiteren Bauteile bzw. deren Funktion entsprechen denjenigen des
Ausführungsbeispiels
in
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention with reference to preferred embodiments As described above, it is not limited thereto on diverse Modifiable way.
Claims (28)
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