DE102005057574A1

DE102005057574A1 - Hot-film air mass sensor for measuring air mass flow, has sensor surface, and gradient field producing device that is formed to produce electric field with field gradient, where electric field partially penetrates air mass flow

Info

Publication number: DE102005057574A1
Application number: DE200510057574
Authority: DE
Inventors: Erhard Renninger; Bernhard Opitz; Klaus Reymann; Ulrich Wagner; Christoph Gmelin; Axel Franke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-06

Abstract

The sensor has a sensor surface that is overflowable by air mass flow, and a gradient field producing device (134) that is formed in order to produce an electric field (148) with a field gradient. The electric field that is produced by the device (134) partially penetrates the air mass flow. The air mass flow flows in a mainstream direction, and the electric field runs perpendicular to the mainstream direction. The gradient field producing device exhibits a condenser (138), which includes large electrode (140) and small electrode (142). An independent claim is also included for a method for measuring an air mass flow of an internal combustion engine by an application of a hot-film air mass sensor.

Description

Stand der TechnikState of technology

Bei vielen Prozessen, beispielsweise auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik, der Chemie oder des Maschinenbaus, muss definiert eine Gasmasse, insbesondere eine Luftmasse, zugeführt werden. Hierzu zählen insbesondere Verbrennungsprozesse, welche unter geregelten Bedingungen ablaufen. Ein wichtiges Beispiel ist dabei die Verbrennung von Kraftstoff in Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, insbesondere mit anschließender katalytischer Abgasreinigung. Zur Messung des Luftmassendurchsatzes werden dabei verschiedene Typen von Sensoren eingesetzt.at many processes, for example in the field of process engineering, Chemistry or mechanical engineering, must define a gas mass, in particular an air mass fed become. Which includes in particular combustion processes, which under controlled conditions expire. An important example is the combustion of fuel in internal combustion engines of motor vehicles, in particular with following catalytic emission control. For measuring the air mass flow rate Different types of sensors are used.

Ein aus dem Stand der Technik bekannter Sensortyp ist der so genannte Heißfilmluftmassenmesser (HFM), welcher beispielsweise in DE 196 01 791 A1 in einer Ausführungsform beschrieben ist. Bei derartigen Heißfilmluftmassenmessern wird üblicherweise ein Sensorchip eingesetzt, welcher eine dünne Sensormembran aufweist, beispielsweise ein Silicium-Sensorchip. Auf der Sensormembran ist typischerweise mindestens ein Heizwiderstand angeordnet, welcher von zwei oder mehr Temperaturmesswiderständen (Temperaturfühlern) umgeben ist. In einem Luftstrom, welcher über die Membran geführt wird, ändert sich die Temperaturverteilung, was wiederum von den Temperaturmesswiderständen erfasst werden kann und mittels einer Ansteuer- und Auswertungsschaltung ausgewertet werden kann. So kann, zum Beispiel aus einer Widerstandsdifferenz der Temperaturmesswiderstände, ein Luftmassenstrom bestimmt werden. Verschiedene andere Varianten dieses Sensortyps sind aus dem Stand der Technik bekannt.One type of sensor known from the prior art is the so-called hot film air mass meter (HFM), which is used, for example, in US Pat DE 196 01 791 A1 in one embodiment. Such a hot-film air mass meter usually uses a sensor chip which has a thin sensor membrane, for example a silicon sensor chip. On the sensor membrane is typically arranged at least one heating resistor, which is surrounded by two or more temperature measuring resistors (temperature sensors). In an air flow, which is guided over the membrane, the temperature distribution changes, which in turn can be detected by the temperature measuring resistors and can be evaluated by means of a control and evaluation circuit. Thus, for example, from a difference in resistance of the temperature measuring resistors, an air mass flow can be determined. Various other variants of this type of sensor are known in the art.

Eine beispielsweise aus DE 101 11 840 C2 bekannte Problematik dieses Typs von Sensor besteht darin, dass häufig Kontaminationen des Sensorelementes auftreten können, beispielsweise Kontaminationen durch Öl, andere Flüssigkeiten oder andere Arten von Verunreinigungen. Der Sensorchip wird üblicherweise direkt im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine oder in einem Bypass zum Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Dabei kann sich im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Öl auf dem Sensorchip und dabei insbesondere auf der Sensormembran niederschlagen. Dieser Ölniederschlag kann zu einer unerwünschten Messsignalbeeinflussung des Sensors führen, insbesondere da ein Ölfilm auf der Oberfläche des Sensors auf die Wärmeleitfähigkeit der Oberfläche einwirkt, was zur Verfälschung der Messsignale führt.An example from DE 101 11 840 C2 The known problem with this type of sensor is that frequent contamination of the sensor element may occur, for example contamination by oil, other liquids or other types of contaminants. The sensor chip is usually used directly in the intake tract of the internal combustion engine or in a bypass to the intake tract of the internal combustion engine. In this case, oil may be deposited on the sensor chip and in particular on the sensor membrane during operation of the internal combustion engine. This oil precipitate can lead to an undesired influence of the measurement signal of the sensor, in particular since an oil film acts on the surface of the sensor on the thermal conductivity of the surface, which leads to the falsification of the measurement signals.

Die Ölkontamination kann weiterhin auch beim oder kurz nach dem Abschalten der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise eines Dieselmotors, auftreten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine ein in einem Kurbelgehäuse vorhandener Überdruck über eine Kurbelgehäuseentlüftung in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine (und damit zum Beispiel auch in den Bypasskanal des Heißfilmluftmassenmessers) abbaut. Dabei wird häufig Öldampf beziehungsweise Ölnebel mitgeführt. Dieser Ölnebel schlägt sich zumindest teilweise auf dem Sensorchip als Kontaminationsfilm nieder und verursacht somit insbesondere beim erneuten Anschalten der Verbrennungskraftmaschine eine erhebliche Messsignalbeeinflussung.The oil contamination can continue also during or shortly after switching off the internal combustion engine, For example, a diesel engine occur. This is special then the case, if after switching off the internal combustion engine one in a crankcase existing overpressure over one Crankcase ventilation in the intake of the internal combustion engine (and thus, for example also in the bypass channel of the hot film air mass meter) degrades. In this case, oil vapor or oil mist is often carried. This oil mist beats at least partially on the sensor chip as a contamination film down and thus causes in particular when turning on the internal combustion engine again a significant measurement signal interference.

Die DE 101 11 840 C2 schlägt ein Verfahren zur Vermeidung von Verschmutzungen auf einem Sensorchip unter Verwendung eines Zusatzheizers vor. Der Sensorchip weist einen Sensorbereich auf sowie einen außerhalb des Sensorbereichs angeordneten Zusatzheizer. Dieser Zusatzheizer wird elektrisch so erhitzt, dass im Bereich des Zusatzheizers Thermogradientenwirbel auftreten, welche zu Niederschlägen der Verschmutzungen des strömenden Mediums im Bereich des Zusatzheizers abseits des Bereichs des Sensorbereichs führen.The DE 101 11 840 C2 proposes a method of preventing soiling on a sensor chip using an auxiliary heater. The sensor chip has a sensor area and an additional heater arranged outside the sensor area. This additional heater is electrically heated so that in the area of the additional heater thermal gradient vortices occur, which lead to precipitation of the contaminants of the flowing medium in the region of the additional heater away from the region of the sensor area.

Die in der DE 101 11 840 C2 offenbarte Anordnung und das offenbarte Verfahren sind jedoch nur bedingt geeignet, das Kontaminationsproblem, welches, wie beschrieben, auf mehreren Effekten beruht, zu lösen. Insbesondere besteht das Problem, dass die Ölniederschläge zwar nunmehr überwiegend abseits des Sensorbereiches auftreten, aber immer noch auf dem Sensorchip selbst. Sammeln sich größere Mengen der Verunreinigung an, so können diese, beispielsweise durch Luftverwirbelungen, auf den Sensorbereich getrieben werden. Weiterhin löst die in der DE 101 11 840 C2 beschriebene Anordnung auch nicht das oben dargestellte Problem, dass sich Kontaminationen insbesondere nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine ausbilden.The in the DE 101 11 840 C2 However, the arrangement disclosed and the method disclosed are only of limited suitability for solving the problem of contamination which, as described, is based on several effects. In particular, there is the problem that the oil precipitates now predominantly occur away from the sensor area, but still on the sensor chip itself. If large amounts of contamination accumulate, they can be driven onto the sensor area, for example by air turbulence. Furthermore solves the in the DE 101 11 840 C2 described arrangement also not the above problem that contaminations form especially after switching off the internal combustion engine.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Es wird daher ein Heißfilmluftmassenmesser zur Messung eines Luftmassenstroms, insbesondere im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine, vorgeschlagen, welcher die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen vermeidet. Der Heißfilmluftmassenmesser ist universell einsetzbar, ist jedoch insbesondere optimiert zur Messung eines Luftmassenstroms mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0 und 60 m/s.It Therefore, a hot-film air mass meter for Measurement of an air mass flow, in particular in the intake tract of a Internal combustion engine, which proposed the disadvantages prevents the known from the prior art devices. The hot film air mass meter is universally applicable, but is particularly optimized for Measurement of an air mass flow with a flow velocity between 0 and 60 m / s.

Der Heißfilmluftmassenmesser weist eine vom Luftmassenstrom überströmte Sensoroberfläche auf, beispielsweise eine Chipoberfläche eines Sensorchips wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Grundsätzlich lassen sich verschiedene Arten von Heißfilmluftmassenmessern und Sensorchips einsetzen.The hot-film air mass meter has a sensor surface overflowed by the air mass flow, for example a chip surface of a sensor chip as known from the prior art. In principle, various types of Heißfileinuftmassenmessern and sensor can be insert chips.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ölkontamination der Sensoroberfläche durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit einem Feldgradienten zu verringern oder zu vermeiden. Dies geschieht durch eine Gradientenfelderzeugungsvorrichtung, welche ein den Luftmassenstrom zumindest teilweise durchsetzendes elektrisches Feld mit einem Feldgradienten erzeugt. Insbesondere soll dieses elektrische Feld mit dem Feldgradienten in der Nähe der Sensoroberfläche angeordnet sein.One The basic idea of the present invention is an oil contamination the sensor surface by applying an electric field with a field gradient to reduce or avoid. This is done by a gradient field generating device, which is an air mass flow at least partially enforcing generated electric field with a field gradient. Especially this electric field should be arranged with the field gradient in the vicinity of the sensor surface be.

Im elektrischen Feld werden Öltröpfchen, welche im Luftmassenstrom enthalten sind, elektrisch polarisiert. Ist das Öltröpfchen polarisiert, wirkt es wie ein Dipol. Auf einen elektrischen Dipol mit einem Dipolmoment p → wirkt in einem elektrischen Gradientenfeld die Kraft

In the electric field, oil droplets contained in the air mass flow are electrically polarized. If the oil droplet is polarized, it acts like a dipole. On an electric dipole with a dipole moment p → the force acts in an electric gradient field

Dabei bezeichnet E → den elektrischen Feldvektor und die Komponenten p_x, p_y, p_z die einzelnen Raumkomponenten des elektrischen Dipolmoments des Öltröpfchens. Insgesamt wirkt also eine Nettokraft auf das Öltröpfchen, wenn ein elektrischer Feldgradient vorhanden ist. Je stärker dieser elektrische Feldgradient ist, desto größer ist diese Kraft. Die Nettokraft lässt sich ausnut zen, um Öltröpfchen von der Sensoroberfläche wegzutreiben und so eine Kontamination zu verhindern.Here, E → denotes the electric field vector and the components p _x , p _y , p _z the individual space components of the electric dipole moment of the oil droplet. Overall, therefore, a net force acts on the oil droplet when an electric field gradient is present. The stronger this electric field gradient is, the greater is this force. The net force can be exploited to drive away oil droplets from the sensor surface to prevent contamination.

Wenn der Luftmassenstrom mit einer Hauptströmungsrichtung strömt, so ist es von Vorteil, das elektrische Feld im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung auszurichten. Auf diese Weise lässt sich die Kraft auf die elektrischen Dipole optimal nutzen.If the air mass flow flows with a main flow direction is so it is advantageous, the electric field substantially perpendicular to the main flow direction align. That way to use the power to the electric dipoles optimally.

Die Gradientenfelderzeugungsvorrichtung kann insbesondere mindestens einen Kondensator aufweisen, insbesondere einen Kondensator mit mindestens einer großflächigen Elektrode und mindestens einer kleinen Elektrode. Die Elektrodenoberfläche der mindestens einen großflächigen Elektrode soll größer sein als die Elektrodenfläche der mindestens einen kleinen Elektrode, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 2, besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor 3. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die mindestens eine kleine Elektrode mindestens eine punktförmige Elektrode, insbesondere eine Elektrodenspitze, und/oder mindestens eine linienförmige Elektrode, insbesondere eine Drahtelektrode, aufweist, wohingegen die mindestens eine großflächige Elektrode beispielsweise eine der mindestens einen kleinen Elektrode gegenüberliegende Elektrodenfläche, aufweisen kann.The Gradient field generating device may in particular at least Have a capacitor, in particular a capacitor with at least one large-area electrode and at least one small electrode. The electrode surface of the at least one large-area electrode should to be taller as the electrode surface the at least one small electrode, preferably at least a factor 2, more preferably at least a factor of 3. This can be done, for example, that the at least one small electrode at least one point-shaped electrode, in particular an electrode tip, and / or at least one line-shaped electrode, in particular a wire electrode, whereas the at least a large-area electrode for example, one of the at least one small electrode opposite Electrode area, can have.

Wird ein Sensorchip mit einem zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Chipträger (z. B. einem Trägerblech) verwendet, so kann auch der Chipträger selbst eine Elektrode des mindestens einen Kondensators bilden. Diesem Chipträger gegenüber kann dann beispielsweise eine punkt- oder linienförmige Gegenelektrode angeordnet sein. Auf diese Weise lässt sich unmittelbar über der Sensoroberfläche ein elektrisches Feld mit einem starken Feldgradienten ausbilden.Becomes a sensor chip with an at least partially electrically conductive chip carrier (z. B. a carrier plate) used, so also the chip carrier itself an electrode of the form at least one capacitor. This chip carrier opposite then arranged, for example, a point or line-shaped counter electrode be. That way directly above the sensor surface form an electric field with a strong field gradient.

In der Praxis wird der Feldgradient durch die Randbedingungen des Heißfilmluftmassenmessers, insbesondere durch vorgegebene Geometrien, sowie durch die zur Verfügung stehenden handhabbaren Spannungen begrenzt sein. Insofern ist eine Angabe eines minimalen Feldgradienten nicht möglich, und ein Design einer theoretisch optimierten Gradientenfelderzeugungsvorrichtung ist in der Praxis nur schwer möglich.In In practice, the field gradient is due to the boundary conditions of the hot film air mass meter, in particular by given geometries, as well as by the available ones be limited to manageable voltages. In this respect, an indication of a minimum field gradients not possible and a design of a theoretically optimized gradient field generation device is difficult in practice.

In der Praxis hat sich eine Geometrie bewährt, bei welcher mindestens zwei entgegengesetzt geladene Elektroden eines Kondensators in einem Abstand zwischen 1 und 10 mm, insbesondere zwischen 2 und 5 mm, angeordnet sind. Zwischen den entgegengesetzt geladenen Elektroden wird eine elektrische Spannung in einem Bereich zwischen 10 V und 10 kV, insbesondere zwischen 100 V und 5 kV, und besonders bevorzugt zwischen 1 kV und 2,5 kV, angelegt. Beispielsweise kann der Heißfilmluftmassenmesser einen Strömungskanal umfassen, insbesondere einen Bypasskanal, wobei mindestens eine der Elektroden auf eine Wand des Strömungskanals aufgebracht ist. Unter der oben genannten „Hauptströmungsrichtung" ist dabei jeweils die Haupttransportrichtung des Luftmassenstroms am jeweiligen Ort im Strömungskanal zu verstehen, wobei jeweils lokale Verwirbelungen außer Betracht bleiben sollen. Zum Aufmetallisieren können beispielsweise Leitlacke, beispielsweise Silberleitlack, oder auch separate Metalle verwendet werden, beispielsweise Metallfolien. Auch lassen sich beispielsweise Kunststoffbauteile einsetzen, welche nachträglich metallisiert werden, beispielsweise mittels einer MID-Technik (MID: molded interconnect device, spritzgegossene Schaltungsträger) wie z. B. Laserstrukturierung oder Heißprägen.In In practice, a geometry has proven itself in which at least two oppositely charged electrodes of a capacitor at a distance between 1 and 10 mm, in particular between 2 and 5 mm are. Between the oppositely charged electrodes is an electric Voltage in a range between 10 V and 10 kV, in particular between 100 V and 5 kV, and more preferably between 1 kV and 2.5 kV, applied. For example, the Heißfileinuftmassenmesser a flow channel comprise, in particular a bypass channel, wherein at least one of Electrodes are applied to a wall of the flow channel is. Under the above-mentioned "main flow direction" is respectively the main transport direction of the air mass flow at the respective location in the flow channel to understand, taking into account each local turbulence should stay. For example, conductive coatings, For example, silver conductive paint, or used as separate metals be, for example, metal foils. Also, for example Use plastic components, which are subsequently metallized, for example by means of an MID technique (MID: molded interconnect device, injection-molded circuit carriers) such as z. As laser structuring or hot stamping.

Der erfindungsgemäße Heißfilmluftmassenmesser in einer der beschriebenen Varianten hat sich in der Praxis als gut geeignet gezeigt, um Kontaminationen von der Sensoroberfläche fernzuhalten. Die oben beschriebenen Probleme der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen treten bei dem erfindungsgemäßen Heißfilmluftmassenmesser nicht auf. Insbesondere lagern sich bei dem erfindungsgemäßen Heißfilmluftmassenmesser keine Ölablagerungen in der Nähe der Sensoroberfläche ab, welche anschließend durch den Luftmassenstrom auf die Sensoroberfläche getragen werden könnten. Auf diese Weise ist eine besonders robuste und zuverlässige Vermeidung von Kontaminationen gegeben.The hot-film air mass meter according to the invention in one of the variants described has proven to be well suited in practice to keep contamination away from the sensor surface. The problems of the prior art devices described above do not occur with the hot film air mass meter of the present invention. In particular, in the hot-film air mass meter according to the invention, no oil deposits are deposited in the vicinity of the sensor surface, which are then exposed to the air flow through the air mass flow Sensor surface could be worn. In this way, a particularly robust and reliable prevention of contamination is given.

Der erfindungsgemäße Heißfilmluftmassenmesser lässt sich sowohl während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine einsetzen als auch (alternativ oder zusätzlich) nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine. So werden im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Ölkontaminationen im Luftmassenstrom effizient von der Sensoroberfläche ferngehalten. Um der oben beschriebenen Problematik einer Öldiffusion nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine zu begegnen, wird weiterhin ein Verfahren vorgeschlagen, welches den erfindungsgemäßen Heißfilmluftmassenmesser einsetzt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Gradientenfelderzeugungsvorrichtung während einer Nachlaufperiode nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine weiter betätigt. Somit wird auch nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine ein elektrisches Feld mit einem Feldgradienten erzeugt.Of the hot-film air mass meter according to the invention let yourself both during use the operation of the internal combustion engine as well (alternatively or additionally) after switching off the internal combustion engine. So be in operation the internal combustion engine oil contamination efficiently kept away from the sensor surface in the air mass flow. To the above-described problem of oil diffusion after shutdown to counter the internal combustion engine, will continue to be a process proposed, which uses the Heißfileinuftmassenmesser invention. In the method according to the invention becomes the gradient field generation device during a tracking period after switching off the internal combustion engine further actuated. Consequently is also after switching off the internal combustion engine, an electric Field generated with a field gradient.

Dabei können sich auch die elektrischen Felder und/oder die Feldgradienten während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine und nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine unterscheiden. Auch andere Schemata sind denkbar, beispielsweise ein Schema, bei welchem ausschließlich nach Abschalten ein elektrisches Feld mit einem Feldgradienten erzeugt wird, wohingegen während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine kein derartiges Feld erzeugt wird. Die Zeitdauer der Nachlaufperiode beträgt vorzugsweise zwischen 5 Sekunden und 10 Minuten, insbesondere zwischen 5 Sekunden und 5 Minuten und besonders bevorzugt zwischen 10 Sekunden und 3 Minuten. Derartige Nachlaufperioden haben sich als geeignet erwiesen, eine Ölkontamination durch die beschriebenen Diffusionseffekte wirksam entgegenzuwirken.there can also the electric fields and / or the field gradients during the Operation of the internal combustion engine and after switching off the internal combustion engine differ. Other schemes are conceivable, for example a scheme in which exclusively after switching off an electric Field is generated with a field gradient, whereas during the Operation of the internal combustion engine generates no such field becomes. The duration of the follow-up period is preferably between 5 Seconds and 10 minutes, especially between 5 seconds and 5 Minutes, and more preferably between 10 seconds and 3 minutes. Such trailing periods have proven to be suitable, an oil contamination effectively counteract by the described diffusion effects.

Zeichnungdrawing

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.Based the drawing, the invention is explained in more detail below.

Es zeigt:It shows:

1 einen im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzten Heißfilmluftmassenmesser; 1 a Heißfileinuftmassenmesser used in the intake of an internal combustion engine;

2 einen geöffneten Heißfilmluftmassenmesser in Draufsicht; 2 an open Heißfileinuftmassenmesser in plan view;

3 einen Schnitt durch einen Bypasskanal des Heißfilmluftmassenmessers gemäß 2 mit einer drahtförmigen kleinen Elektrode in Blickrichtung von unten; 3 a section through a bypass channel of the Heißfileinuftmassenmessers according to 2 with a wire-shaped small electrode as seen from below;

4 die Vorrichtung gemäß 3 in Blickrichtung von der Seite; 4 the device according to 3 in the direction of the side;

5 ein Deckelteil des Heißfilmluftmassenmessers gemäß dem Ausführungsbeispiel in den 3 und 4; und 5 a lid part of the Heißfileinuftmassenmessers according to the embodiment in the 3 and 4 ; and

6 ein zu den 3 bis 5 alternatives Ausführungsbeispiel mit einer Elektrodenspitze. 6 one to the 3 to 5 alternative embodiment with an electrode tip.

AusführungseispieleAusführungseispiele

In 1 ist ein Beispiel eines Heißfilmluftmassenmessers 110 dargestellt, welcher in einen Ansaugtrakt 112 einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt ist. Derartige Heißfilmluftmassenmesser 110 sind kommerziell erhältlich. Der Heißfilmluftmassenmesser 110 ist ausgestaltet, um die Strömungsrichtung eines Abgasstromes bei pulsierender Strömung zu erkennen und ist für eine Lasterfassung bei Verbrennungskraftmaschinen mit Benzin- oder Dieselkraftstoffein spritzung konzipiert. Der Einbau des Heißfilmluftmassennessers 110 erfolgt üblicherweise zwischen einem Luftfilter und einer Drosselvorrichtung und erfolgt in der Regel als vormontierte Baugruppe in Form eines Steckfühlers inklusive einem Messgehäuse 114.In 1 is an example of a hot film air mass meter 110 shown, which in an intake 112 an internal combustion engine is used. Such hot film air mass meter 110 are commercially available. The hot film air mass meter 110 is designed to detect the flow direction of an exhaust gas flow in pulsating flow and is designed for load detection in internal combustion engines with gasoline or Dieselkraftstoffein injection. The installation of the hot film air knife 110 Usually takes place between an air filter and a throttle device and is usually as a preassembled module in the form of a plug-in sensor including a measuring housing 114 ,

In 2 ist ein Heißfilmluftmassenmesser 110 mit geöffnetem Messgehäuse 114 dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass in diesem Ausführungsbeispiel das Messgehäuse 114 unterteilt ist in einen Strömungsbereich 116 und einen Elektronikbereich 118. Im Strömungsbereich 116, welcher, wie in 1 ersichtlich, im eingebauten Zustand des Heißfilmluftmassenmessers 110 in den Ansaugtrakt 114 eingesteckt ist, ist ein Strömungskanal 120 in Form eines Bypasskanals 122 aufgenommen. Im Betrieb des Heißfilmluftmassenmessers 110 strömt die Luft in Hauptströmungsrichtung 124, welche in 2 durch einen Pfeil symbolisiert ist, durch den Bypasskanal 122. Nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine kann Ölnebel, wie oben beschrieben, entlang der Diffusionswege 126, welche in 2 symbolisch durch Pfeile dargestellt sind, diffundieren.In 2 is a hot film air mass meter 110 with opened measuring housing 114 shown. It can be seen that in this embodiment, the measuring housing 114 is divided into a flow area 116 and an electronics area 118 , In the flow area 116 , which, as in 1 visible, in the installed state of the Heißfileinuftmassenmessers 110 in the intake tract 114 is plugged in, is a flow channel 120 in the form of a bypass channel 122 added. During operation of the hot film air mass meter 110 the air flows in the main flow direction 124 , what a 2 symbolized by an arrow, through the bypass channel 122 , After switching off the internal combustion engine, oil mist can, as described above, along the diffusion paths 126 , what a 2 symbolically represented by arrows, diffuse.

Aus dem Elektronikbereich 118 ragt ein Chipträger mit einem darin eingelassenen Sensorchip 130 mit einer Messoberfläche 132 in den Bypasskanal 122. Der Chipträger 128 kann beispielsweise als metallisches Bauteil, beispielsweise als Blechbauteil (Bodenblech) ausgestaltet sein, oder es kann sich dabei auch um ein Kunststoffbauteil, beispielsweise ein Spritzgussbauteil, handeln. Der Chipträger ist üblicherweise an einer im Elektronikbereich 118 aufgenommenen, in 2 nicht dargestellten Elektronikplatine befestigt (beispielsweise angespritzt), wobei die Elektronikplatine eine Auswerte- und Ansteuerschaltung des Heißfilmluftmassenmessers umfassen kann. Im Betrieb des Heißfilmluftmassenmessers und nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine tritt auf der Sensoroberfläche 132 die oben beschriebene Kontaminationsproblematik durch Ölniederschlag auf.From the electronics sector 118 a chip carrier protrudes with a sensor chip embedded in it 130 with a measuring surface 132 in the bypass channel 122 , The chip carrier 128 For example, it can be designed as a metallic component, for example as a sheet-metal component (floor panel), or it can also be a plastic component, for example an injection-molded component. The chip carrier is usually at one in the electronics area 118 recorded, in 2 not shown electronic circuit board attached (for example, molded), wherein the electronic board may include an evaluation and control circuit of the Heißfileinuftmassenmessers. During operation of the hot film air mass meter and after switching off the internal combustion engine occurs on the sensor surface 132 the contamination problem described above due to oil precipitation.

In den 3 bis 5 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Verwirklichung einer Gradientenfelderzeugungsvorrichtung 134 dargestellt, welches die Kontaminationsproblematik verringert oder gänzlich vermeidet. Dabei zeigt 3 einen Querschnitt durch den Bypasskanal 122, wobei die Schnittebene in 2 waagerecht durch den Chipträger 128 verläuft. 4 zeigt einen Schnitt durch den Bypasskanal 122 mit einer in 2 vertikal verlaufenden Schnittebene. 5 zeigt ein Deckelteil 136, welches durch Klappen um eine vertikale Achse auf das geöffnete Messgehäuse 114 gemäß 2 aufgesetzt wird, um den Bypasskanal 122 zu schließen. Dieses Deckelteil 136 bildet somit einen integralen Bestandteil des Messgehäuses 114.In the 3 to 5 is a first embodiment according to the invention of a realization of a gradient field generating device 134 shown, which reduces the contamination problem or avoids completely. It shows 3 a cross section through the bypass channel 122 , where the cutting plane in 2 horizontally through the chip carrier 128 runs. 4 shows a section through the bypass channel 122 with an in 2 vertically extending cutting plane. 5 shows a lid part 136 , which by flaps around a vertical axis on the open measuring housing 114 according to 2 is attached to the bypass channel 122 close. This cover part 136 thus forms an integral part of the measuring housing 114 ,

Die Gradientenfelderzeugungsvorrichtung 134 ist in diesem Fall als Kondensator 138 aufgebaut, welcher sich aus einer großflächigen Elektrode 140 und einen kleinen Elektrode 142 zusammensetzt. In diesem Ausführungsbeispiel gemäß den 3 bis 5 ist der Chipträger 128 zumindest teilweise aus leitfähigem Material hergestellt, also insbesondere als Bodenblech ausgestaltet. Als kleine Elektrode 142 wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Drahtelektrode 144 eingesetzt, welche am Deckelteil 136 des Messgehäuses 114 befestigt ist und welche, wie in 5 zu erkennen, in einem Teilbereich entlang des Bypasskanals 122 geführt ist.The gradient field generating device 134 is in this case as a capacitor 138 constructed, which consists of a large-area electrode 140 and a small electrode 142 composed. In this embodiment according to the 3 to 5 is the chip carrier 128 at least partially made of conductive material, so in particular designed as a floor panel. As a small electrode 142 becomes a wire electrode in this embodiment 144 used, which on the cover part 136 of the measuring housing 114 is attached and which, as in 5 to recognize, in a partial area along the bypass channel 122 is guided.

Wie anhand von 5 und 3 zu erkennen, hat der Bypasskanal 122 entlang seiner Längserstreckung keinen konstanten Querschnitt, sondern verjüngt sich im Bereich des Chipträgers 128. Diese Verjüngung wird auch als Konvergenzrampe bezeichnet. Der Luftmassenstrom, welcher in Hauptströmungsrichtung 124 durch den Bypasskanal 122 strömt, trifft auf einer Anströmkante 146 (siehe 3) auf den Chipträger 128 und wird durch die Verjüngung des Bypasskanals 122 (Konvergenzrampe) entlang der Sensoroberfläche 122 geleitet.As based on 5 and 3 to recognize, has the bypass channel 122 along its longitudinal extension no constant cross-section, but tapers in the area of the chip carrier 128 , This rejuvenation is also called a convergence ramp. The air mass flow, which in the main flow direction 124 through the bypass channel 122 flows, hits a leading edge 146 (please refer 3 ) on the chip carrier 128 and is characterized by the rejuvenation of the bypass canal 122 (Convergence ramp) along the sensor surface 122 directed.

Zwischen die Elektroden 140, 142 des Kondensators 138 wird in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrische Spannung von ca. 2,5 kV angelegt. Dadurch bildet sich zwischen den Elektroden 142, 144 ein elektrisches Feld 148 aus, welches in 4 symbolisch in Form von Feldlinien dargestellt ist. Aufgrund der stark unterschiedlichen Ausdehnung der Elektroden 142, 144 weist dieses elektrische Feld 148 einen starken Feldstärkegradienten auf. Vom Luftmassenstrom mitgeführte Öltröpfchen 150, welche typischerweise eine Ausdehnung im μm-Bereich haben, werden, wie oben beschrieben, im elektrischen Feld 148 polarisiert und erfahren aufgrund des Feldstärkegradienten eine Kraft 152 hin zur kleinen Elektrode 142, also in Richtung der höheren Feldstärke. Auf diese Weise werden Öltröpfchen 150, welche vom Luftmassenstrom mitgeführt werden, im Bereich des Sensorchips 130 von der Sensoroberfläche 132 abgelenkt, so dass im Betrieb des Heißfilmluftmassenmessers 110 eine Ölkontamination des Sensorchips 130 vermieden wird. Auch geladene Öltröpfchen 150, also Öltröpfchen 150 mit einer Nettoladung, werden in dem elektrischen Feld 148 abgelenkt.Between the electrodes 140 . 142 of the capacitor 138 In this embodiment, an electrical voltage of about 2.5 kV is applied. This forms between the electrodes 142 . 144 an electric field 148 out, which in 4 symbolically represented in the form of field lines. Due to the very different expansion of the electrodes 142 . 144 has this electric field 148 a strong field strength gradient. From the air mass flow entrained oil droplets 150 , which typically have an extension in the micron range, are, as described above, in the electric field 148 polarize and experience a force due to the field strength gradient 152 towards the small electrode 142 , ie in the direction of the higher field strength. In this way, oil droplets 150 , which are carried by the air mass flow, in the region of the sensor chip 130 from the sensor surface 132 deflected, so that during operation of the Heißfileinuftmassenmessers 110 an oil contamination of the sensor chip 130 is avoided. Also charged oil droplets 150 , so oil droplets 150 with a net charge, be in the electric field 148 distracted.

Wie oben beschrieben, wird vorzugsweise auch nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine ein elektrisches Feld 148 erzeugt, so dass auch Öldiffusionen, welche nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine auftreten, sich nicht auf der Sensoroberfläche 132 niederschlagen.As described above, preferably after switching off the internal combustion engine is an electric field 148 generated, so that even oil diffusion, which occur after switching off the internal combustion engine, not on the sensor surface 132 knock down.

In 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gradientenfelderzeugungsvorrichtung 134 dargestellt, wobei die Schnittebene analog zur 3 gewählt ist. Anstelle der im Ausführungsbeispiel gemäß 3 verwendeten Drahtelektrode 144 wird im Ausführungsbeispiel gemäß 6 jedoch eine Elektrodenspitze 154 als kleine Elektrode 142 eingesetzt, welche im Deckelteil 136 des Bypasskanals 122 eingelassen ist. Als großflächige Elektrode 140 wirkt auch in diesem Ausführungsbeispiel, analog zu 3, der Chipträger 128, welcher auch im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 6 zumindest teilweise aus leitfähigem Material hergestellt ist. Aufgrund der scharfen Elektrodenspitze 154 lässt sich mit der Gradientenfelderzeugungsvorrichtung 134 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 6 sogar ein noch stärker Feldgradient des elektrischen Feldes 148 erzeugen als im Ausführungsbeispiel gemäß den 3 bis 5.In 6 is a second embodiment of a gradient field generating device 134 represented, wherein the sectional plane analogous to 3 is selected. Instead of in the embodiment according to 3 used wire electrode 144 is in the embodiment according to 6 however, an electrode tip 154 as a small electrode 142 used, which in the lid part 136 of the bypass channel 122 is admitted. As a large-area electrode 140 acts also in this embodiment, analogous to 3 , the chip carrier 128 , which in the second embodiment according to 6 at least partially made of conductive material. Due to the sharp electrode tip 154 can be with the gradient field generating device 134 according to the embodiment in 6 even an even stronger field gradient of the electric field 148 generate as in the embodiment according to the 3 to 5 ,

Es sei noch darauf hingewiesen, dass als großflächige Elektrode 140 anstelle eines leitfähigen Chipträgers 128 auch eine separate großflächige Elektrode 140 eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann diese separate großflächige Elektrode unabhängig vom Chipträger 128 im Bypasskanal 122 angeordnet sein, beispielsweise auf der Wand des Bypasskanals 122 oder als separates Bauteil.It should be noted that as a large-area electrode 140 instead of a conductive chip carrier 128 also a separate large-area electrode 140 can be used. For example, this separate large-area electrode can be independent of the chip carrier 128 in the bypass channel 122 be arranged, for example on the wall of the bypass channel 122 or as a separate component.

Claims

Hot film air mass meter ( 110 ) for measuring an air mass flow, in particular in the intake tract ( 112 ) of an internal combustion engine, wherein the hot film air mass meter ( 110 ) a sensor surface which can be overflowed by the air mass flow ( 132 ), characterized by a gradient field generating device ( 134 ), wherein the gradient field generating device ( 134 ) is designed to be an air mass flow at least partially passing through electric field ( 148 ) With to generate a field gradient.

Hot film air mass meter ( 110 ) according to the preceding claim, characterized in that the air mass flow with a main flow direction ( 124 ), the electric field ( 148 ) substantially perpendicular to the main flow direction ( 124 ) runs.

Hot film air mass meter ( 110 ) according to one of the two preceding claims, characterized in that the gradient field generating device ( 134 ) at least one capacitor ( 138 ), wherein the at least one capacitor has at least one large area electrode ( 140 ) and at least one small electrode ( 142 ), wherein an electrode surface of the at least one large-area electrode ( 140 ) an electrode surface of the at least one small electrode ( 142 ) exceeds.

Hot film air mass meter ( 110 ) according to the preceding claim, characterized in that the electrode surface of the at least one large-area electrode ( 140 ) the electrode surface of the at least one small electrode ( 142 ) in at least one dimension perpendicular to the main flow direction by at least a factor of two, preferably by at least a factor of three exceeds.

Hot film air mass meter ( 110 ) according to one of the two preceding claims, characterized in that the at least one small electrode ( 142 ) at least one point-shaped electrode, in particular an electrode tip ( 154 ), and / or at least one line-shaped electrode, in particular a wire electrode ( 144 ), having.

Hot film air mass meter ( 110 ) according to one of the three preceding claims, characterized by a sensor chip ( 130 ) and a chip carrier ( 128 ), whereby the sensor chip ( 130 ) in the chip carrier ( 128 ) is embedded, wherein the chip carrier ( 128 ) has at least partially electrically conductive properties and wherein the chip carrier ( 128 ) an electrode of the at least one capacitor ( 138 ).

Hot film air mass meter ( 110 ) according to the preceding claim, characterized in that compared to the large-area electrode ( 140 ) acting, at least partially electrically conductive chip carrier ( 128 ) a point or line-shaped counterelectrode ( 144 . 154 ) as a small electrode ( 142 ) is provided.

Hot film air mass meter ( 110 ) according to one of the five preceding claims, characterized in that at least two oppositely charged electrodes ( 140 . 142 ) are arranged at a distance between 1 mm and 10 mm, preferably between 2 mm and 5 mm, wherein between the oppositely charged electrodes ( 140 . 142 ) is applied an electrical voltage in a range between 10 V and 10 kV, in particular between 100 V and 5 kV, and particularly preferably between 1 kV and 2.5 kV.

Hot film air mass meter ( 110 ) according to one of the six preceding claims, characterized by a flow channel ( 120 ), in particular a bypass channel ( 122 ), wherein at least one electrode ( 144 . 154 ) on a wall ( 136 ) of the flow channel ( 120 ), in particular metallized, is.

Method for measuring an air mass flow of an internal combustion engine using a hot-film air mass meter ( 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gradient field generating device ( 134 ) during an after-running period after switching off the internal combustion engine an electric field ( 148 ) is generated with a field gradient, wherein the duration of the trailing period between 5 seconds and 10 minutes, preferably between 5 seconds and 5 minutes and more preferably between 10 seconds and 3 minutes.