DE102006058425A1

DE102006058425A1 - Abgasrückführung mit einem Anemometer

Info

Publication number: DE102006058425A1
Application number: DE102006058425A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dr. Wienand; Karlheinz Dr. Ullrich; Matthias Muziol
Original assignee: Heraeus Sensor Technology GmbH
Current assignee: Heraeus Nexensos GmbH
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführung mit Selbstreinigung eines Anemometers, bei der ein Temperaturmesselement und ein Heizelement auf einem Trägerelement angeordnet sind, wobei das Temperaturmesselement einen Platindünnfilmwiderstand auf keramischem Untergrund zur Temperaturmessung aufweist und mit einem zusätzlichen Platindünnfilmwiderstand geheizt wird, sowie ein Anemometer, bei dem ein Temperaturmesselement und ein Heizelement auf einem Trägerelement angeordnet wird und die Verwendung eines solchen Anemometers. Ein erfindungsgemäßes Anemometer kann auch ein mehrteiliges Keramikbauteil aufweisen, das ein Trägerelement, ein Temperaturmesselement und ein Heizelement umfasst. Eine Messeinrichtung, insbesondere anemometrische Messeinrichtung eines Strömungssensors, enthält Schichtwiderstände in einer oder mehreren Öffnung(en) eines ände sind erfindungsgemäß in der oder den Öffnung(en) befestigt. Zwei Schichtwiderstände unterscheiden sich bezüglich ihres Widerstandes um ein bis drei Größenordnungen. Bei einer anemometrischen Messeinrichtung eines Strömungssensors sind erfindungsgemäß ein Temperatursensor und ein Heizleistungssensor in ein Trägerelement gesteckt. Der Temperatursensor weist einen Temperaturmesswiderstand und einen Heizleiter als Platin-Dünn- oder Dickfilm-Widerstände auf keramischem Untergrund auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasrückführung mit einem Heißfilm-Anemometer.
DE 199 59 854 beschreibt eine Abgasrückführung, bei der die einströmende Luft mit einem Strömungsmassensensor nach dem anemometrischen Prinzip gemessen wird und für die Messung der Abgasmenge ein zweiter Strömungsmassensensor im Abgaskanal nach einer Wasserkühlung angeordnet ist.
Das anemometrische Messprinzip eines Strömungsmengen-Sensors ist aus der DE 195 06 231 bekannt.
DE 103 05 694 offenbart einen Strömungsmassensensor für Abgasmessungen, bei dem die Chipteile aus dünnen Metallfolien hergestellt sind. Diese Sensoren sind störanfällig und liefern gegebenenfalls nicht reproduzierbare Ergebnisse.
Es besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anfälligkeit von Abgasrückführungen zu minimieren und die Empfindlichkeit zu maximieren.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den unabhängigen Ansprüchen. Die abhängigen Ansprüche sind bevorzugte Ausführungen.
Aus der Maschine austretendes Abgas wird einem Heißfilm-Anemometer zugeführt, wobei aus den ermittelten Strömungsmengen von rückgeführtem Abgas und gegebenenfalls angesaugter Luft ein Istwert-Signal (X, X1, X2) gebildet und mit einem Sollwert-Signal (w) für einen optimalen Arbeitspunkt der Maschine verglichen wird, wobei eine Regelabweichung des Istwert-Signals zu einem Stellsignal führt, das mit Hilfe eines Stellgliedes in die Abgasrückführung eingreift.
Maßgeblich ist, dass die Messung der Strömungsmassen weder in einem mit Wasser gekühlten Bereich, noch nach einem mit Wasser gekühlten Bereich erfolgt. Erfindungsgemäß wird das Heißfilm-Anemometer vor dem Kühler angeordnet oder innerhalb eines mit Luft gekühlten Kühlers.
Erfindungsgemäß braucht die Strömungsmenge von angesaugter Luft nicht mehr ermittelt werden.
Mit den ermittelten Parametern der Fahrzeug-Brennkraft-Maschine wird eine Optimierung des Motorbetriebes hinsichtlich geringer Umweltbelastung und Effizienz erzielt, wobei die Parameter auf sehr einfache Weise ermittelt werden.
Aus der Maschine austretendes Abgas wird einem Heißfilm-Anemometer zugeführt, wobei aus den ermittelten Strömungsmengen von rückgeführtem Abgas und gegebenenfalls angesaugter Luft ein Istwert-Signal (X, X1, X2) gebildet und mit einem Sollwert-Signal (w) für einen optimalen Arbeitspunkt der Maschine verglichen wird, wobei eine Regelabweichung des Istwert-Signals zu einem Stellsignal führt, das mit Hilfe eines Stellgliedes in die Abgasrückführung eingreift.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird aus der Maschine austretendes Abgas von Verbrennungsprodukten gereinigt. Weiterhin ist insbesondere bei größeren Motoren (z.B. für Lkw) eine Abkühlung des Abgases – vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 70°C bis 300°C – vorgesehen.
Mit Hilfe eines Stellsignals (Y, Y1) wird wenigstens ein Stellglied in der Abgasrückführung angesteuert, das vorzugsweise als steuerbares Ventil ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Sollwert-Signal (W) aus einem Leistungsvorgabesignal (z.B. Gaspedal) und wenigstens einem Parameter der Maschine abgeleitet. Als Parameter hat sich ein Signal bewährt, das aus der Abgastemperatur oder der Drehzahl sowie der Masse des rückgeführten Abgases gebildet wird. Dabei wird wenigstens ein Signal als Maschinenparameter mit einem Referenzsignal durch Differenzwertbildung verglichen, wobei das Überschreiten eines vorgegebenen Differenzwertes zu einem Stellsignal (Y, Y1, Y2) führt.
Während die Stellsignale Y, Y1 – vorzugsweise mittels steuerbarem Ventil – direkt in die Abgas-Rückführung eingreifen, wirkt Stellsignal Y2 auf ein Stellglied ein, das sich im Eintrittsbereich der Brennkraftmaschine befindet, in den ein Gemisch aus anströmender Luft und aus teilweise rückgeführtem Abgas einströmt.
Vorzugsweise wirkt Stellsignal Y2 auf einen Kompressor im Eintrittsbereich der Brennkraft-Maschine ein, wobei mit Hilfe von Stellsignal Y2 die Einstellung von Schaufelwinkeln nach dem „Prinzip der variablen Schaufelgeometrie bei Kompressoren" vorgenommen wird.
Es ist jedoch auch möglich Stellsignal Y2 auf eine Ventilanordnung einwirken zu lassen.
Vorzugsweise werden die Signale mittels A/D-Wandler in digitale Signale gewandelt und gespeichert, wobei anschließend ein Vergleich der gespeicherten Werte mit digitalen Referenzwerten durchgeführt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden im Heißfilm-Anemometer wenigstens zwei auf konstanter Temperatur gehaltene Heizwiderstände nacheinander zur Messung der Strömungsmasse des Abgases angeströmt; dabei werden die Heizwiderstände jeweils von einem verstellbaren Strom (I₁, I₂) durchflossen, wobei aus der Stärke der Ströme (I₁, I₂) ein Signal für die Strömungsmasse und deren Richtung gebildet wird.
Weiterhin wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens aus wenigstens einem pulsierenden Strom I₁, I₂ durch abwechselnde Multiplikation der Strom-Amplitude mit +1 und -1 und eine anschließende Differenzwertbildung der resultierende Fluss des Massestroms ermittelt.
Bei einer Vorrichtung zur (teilweisen) Abgasrückführung aus einem Austrittsbereich einer Fahrzeug-Brennkraft-Maschine in einen Lufteintrittsbereich, bei dem ein mittels Regelung einstellbares Gemisch aus Abgas und einströmender Luft der Maschine zuführbar ist, wird erfindungsgemäß zur Ermittlung der Masse des rückgeführten Abgases Luft ein Heißfilm-Anemometer im Abgasrückführkanal vor der Kühlung oder in einem mit Luft gekühlten Kühler angeordnet.
Der Austrittsbereich ist über einen Strömungskanal für die Abgasrückführung, der ein steuerbares Ventil als Stellglied und das Heißfilm-Anemometer aufweist, mit einem Eintrittsbereich der Brennkraft-Maschine verbunden.
Damit ist eine Kraftstoff-Menge in Abhängigkeit von der Luftmassen-Durchflussrate unter Berücksichtigung eines Leistungsvorgabe-Signals einstellbar.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist das Heißfilm-Anemometer wenigstens einen Messwiderstand und wenigstens einen Heizwiderstand auf, wobei die Widerstände jeweils in Mikrosystemtechnik ausgebildet sind. Vorteilhafterweise sind die Widerstände als Dünnschicht- oder Dickschicht-Element auf der messtechnischen Basis von Platin- bzw. Platingruppenmetall ausgebildet.
Der Heizwiderstand bzw. die Heizwiderstände sind für einen Betrieb im Temperaturbereich von 500 bis 750°C vorgesehen.
Ein Massenstrom-Sensor mit einem Messwiderstand kurzer Ansprechzeit und einem schnellen Mikroheizer ist beispielsweise aus der EP 0 964 230 A2 bekannt.
In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Heißfilm-Anemometer mindestens zwei schnelle Mikroheizer bzw. Heizwiderstände auf, die auf wohl definierten festen Übertemperaturen z.B. 450°C und 550°C betrieben werden. Die Temperaturen sind so gewählt, dass sich ansetzender Ruß durch Pyrolyse stets verbrannt wird und die Mikroheizer somit stets sauber bleiben. Eine schnelle Regelelektronik speist die Heizer mittels Strom so, dass ihre Temperaturen konstant gehalten werden. Die Auswertung der Heizströme lässt einen eindeutigen Rückschluss sowohl auf den Massenstrom als auch auf die Massentemperatur zu. Durch Verwendung von Platin-Heizelementen, die sowohl in Dick- als auch in Dünnschichttechnik hergestellt sein können, lassen sich unter Ausnutzung der wohldefinierten Widerstands-Temperatur-Kennlinie von Platinheiztemperaturen von 500°C bis 750°C einstellen.
Ein wesentlicher Vorteil der zweiten Ausgestaltungsform (zwei Heizwiderstände) ist darin zu sehen, dass auf den Heizwiderständen praktisch keinerlei Verrußung vorkommt, so dass sie stets mit optimaler Messcharakteristik betrieben werden.
Die Heiz- bzw. Messwiderstände sind vorteilhafterweise in wenigstens zwei Leiterbahnen auf einer plattenförmigen Membran – vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden und wärmebeständigem Werkstoff wie beispielsweise Keramik – ausgebildet.
In erfinderischer Weiterbildung werden Heißfilm-Anemometer für die Massenproduktion geeignet angeordnet und für die Massenproduktion geeignete Heißfilm-Anemometer für Abgasrückführungen bereitgestellt, die noch der Drift entgegenwirken, insbesondere selbstreinigende Heißfilm-Anemometer oder funktionsstabile starken Verschmutzungen, wie z.B. Abgas, aussetzbare Strömungssensorelemente.
Ein maßgeblicher Aspekt für die vorliegende Erfindung ist eine Selbstreinigung des Temperaturmesselementes durch Ausglühen mittels eines Heizleiters. Insbesondere ist dieser Heizleiter auf der Chipseite des Temperaturmesselements integriert. In einer bevorzugten Ausführung werden mindestens zwei Platin-Dünnfilmwiderstände auf einem keramischen Trägerplättchen angeordnet. Dies ermöglicht ein Erhitzen des Temperaturmesselements zum ausheizen oder ausglühen von Verunreinigungen.
Insbesondere sind die beiden Widerstände des Temperaturmesselements auf einem keramischen Untergrund angeordnet, vorzugsweise auf einem massiven Keramikplättchen.
Als keramische Komponenten eines mehrteiligen keramischen Bauteils sind neben dem Trägerteil, das vorzugsweise bereits als Laminat zusammengesetzt ist, noch das Temperaturmesselement und das Heizelement in Betracht zu ziehen. Ganz besonders bevorzugt ist das Trägerteil als Deckel ausgebildet oder als eine Seite bzw. Fläche eines Hohlkörpers, insbesondere dessen Stirnseite. Statt eines keramischen Trägers können die Widerstände auch auf keramischen Untergrund auf einem alternativen Träger angeordnet sein.
Es ist vorteilhaft, wenn das Temperaturmesselement rechteckige keramische Trägerplättchen mit zwei langen und zwei schmalen Kanten aufweist und dass die keramischen Trägerplättchen im Bereich einer der schmalen Kanten zwischen Keramikfolien des Keramikfolien-Laminats oder zwischen mindestens zwei Teilen des Keramikbauteils angeordnet sind.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Heizelement rechteckige keramische Trägerplättchen mit zwei langen und zwei schmalen Kanten aufweist und dass die keramischen Trägerplättchen im Bereich einer der schmalen Kanten zwischen Keramikfolien des Keramikfolien-Laminats oder zwischen mindestens zwei Teilen des Keramikbauteils angeordnet ist.
Ganz besonders bevorzugt weist das Temperaturmesselement oder das mindestens eine Heizelement ein rechteckiges keramisches Trägerplättchen mit zwei langen und zwei schmalen Kanten auf wobei die keramischen Trägerplättchen in Öffnungen eines Deckels oder einer Hohlkörperstirnseite angeordnet sind.
Die Platin-Dünnfilmwiderstände werden dabei vorzugsweise an dem, dem Keramikfolien-Laminat oder den Keramikbauteilen abgewandten Ende der Trägerplättchen angeordnet, um eine möglichst geringe thermische Beeinflussung der Platin-Dünnfilmwiderstände durch das thermisch träge Keramikfolien-Laminat oder die thermisch trägen Keramikbauteile zu gewährleisten.
Um eine gegenseitige Beeinflussung von Temperaturmesselement und Heizelement zu unterbinden, ist es von Vorteil, wenn der Platin-Dünnfilmwiderstand des Heizelements weiter vom Keramikfolien-Laminat oder vom Keramikbauteil entfernt angeordnet ist als der Platin-Dünnfilmwiderstand des Temperaturmesselements. Dadurch sind die Platin-Dünnfilmwiderstände des Heizelements nicht in der gleichen Strömungsfaser des Messmediums angeordnet wie die Platin-Dünnfilmwiderstände des Temperaturmesselements.
Erfindungsgemäß wird besonders bevorzugt auch eine anemometrische Messeinrichtung bereitgestellt, bei der Schichtwiderstände in einem Deckel oder einem Hohlkörper in einer Öffnung oder in Öffnungen des Deckels oder Hohlkörpers befestigt sind, wobei zwei Widerstände um ein bis drei Größenordnungen verschieden sind.
Der um ein bis drei Größenordnungen größere Widerstand eignet sich als Temperaturmesswiderstand und wird im Folgenden als solcher bezeichnet. Die um ein bis drei Größenordnungen gegenüber dem Temperaturmesswiderstand kleineren Widerstände eignen sich zum Heizen. Bezüglich dieser Heizwiderstände wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwischen verschiedenen Funktionen unterschieden:

1. Heizwiderstände zur Selbstreinigung des Temperatursensors als Bestandteil des Temperatursensors.
2. Heizwiderstände als Heizleistungssensoren zur Ermittlung eines Masseflusses nach dem anemometrischen Prinzip.

Heizleistungssensoren mit zwei Heizleitern erlauben die Bestimmung der Richtung des Massenflusses. Heizleistungssensoren mit einem zusätzlichen Temperaturmesswiderstand gestat ten eine genaue Temperatureinstellung des Heizleistungssensors. Die vorliegende Erfindung betrifft hierbei ausschließlich Schichtwiderstände, die als Dickschicht oder Dünnschicht ausgeführt sind, vorzugsweise in Platin, insbesondere als Platin-Dünnschicht. Die Schichtwiderstände sind auf Substrat angeordnet, insbesondere auf keramischem Untergrund. Man kann den keramischen Untergrund als Träger ausführen oder auf einem Träger, wie z.B. einem Metallplättchen anordnen. Im Sprachgebrauch werden auf einem Trägermaterial aufgebrachte Schichtwiderstände ebenfalls als Schichtwiderstände bezeichnet, so dass zwischen Schichtwiderständen im engeren Sinn als der reinen Widerstandsschicht und Schichtwiderständen einschließlich des Trägermaterials sprachlich nicht unterschieden wird. Die in Öffnungen eines Deckels oder Hohlkörpers gesteckten Schichtwiderstände umfassen das Substrat, auf dem die Dünn- oder Dickschicht als Widerstandsschicht angeordnet ist.
In bevorzugter Ausführung sind die Schichtwiderstände im engeren Sinn auf einem keramischen Untergrund angeordnet. Verschiedene Schichtwiderstände im weiteren Sinn können nebeneinander in einer Öffnung eines Deckels oder Hohlkörpers angeordnet werden oder aber separat in jeweils einer Öffnung. Vorzugsweise sind Heizleistungssensoren und Temperatursensoren voneinander beabstandet. Zwei Heizleiter eines Heizleistungssensors sind vorzugsweise so hintereinander angeordnet, dass sie in der Strömungsrichtung hintereinander liegen. Vorzugsweise werden Heizleistungssensoren mit zwei Heizleitern auf einem gemeinsamen Untergrund oder mit zwei nacheinander angeordneten, identischen Chips ausgeführt.
Die Öffnungen des Deckels oder Hohlkörpers sind zweckmäßigerweise Schlitze oder Bohrungen.
Der Deckel ist zum dichten Abschluss eines Rohres vorgesehen. Ist der Deckel aus Metall, kann er mit einem Metallrohr verschweißt werden. Die Schichtwiderstände im weiteren Sinne werden durch die Öffnung oder die Öffnungen des Deckels geführt und in der Öffnung oder in den Öffnungen am Deckel befestigt. Der Hohlkörper dient zur Aufnahme der Anschlüsse der Schichtwiderstände, deren sensitiver Teil durch die Öffnung oder die Öffnungen aus dem Hohlkörper ragt.
Ein maßgeblicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass in Dick- oder Dünnschicht erzeugte Widerstände zu einem leicht in Massenproduktion in einen Abgaskanal einbaubaren Sensorelement integriert werden. Die erfindungsgemäße Lösung, Schichtwiderstände in einen Deckel oder Hohlkörper zu stecken, ermöglicht eine einfache Abdichtung des Deckels oder Hohlkörpers sowohl bezüglich des Trägermaterials der Widerstände als auch des Materials des Abgaskanals.
Erfindungsgemäß wird dadurch erreicht, dass die Schichtwiderstände senkrecht zur Grundfläche eines Deckels oder Hohlkörpers ausführbar sind. Hieraus ergeben sich produktionstechnische Vorteile gegenüber einer parallel zu einer Platte fortgeführten Anordnung. Dabei ist die Erfindung nicht auf eine senkrechte Ausführung beschränkt, sondern ermöglicht beliebige Winkel zur Oberfläche des Deckels bzw. Hohlkörpers. Als wesentlicher erfinderischer Vorteil ist die senkrechte Komponente von Winkeln gemäß der vorliegenden Erfindung ausführbar. Dementsprechend tritt der Vorteil der vorliegenden Erfindung besonders bei Winkeln von 60 bis 90 Grad, insbesondere von 80 bis 90 Grad auf.
In bevorzugten Ausführungen

• ist der Hohlkörper einseitig offen, insbesondere als einseitig verschlossenes Rohr ausgebildet;
• ist der Deckel als Scheibe ausgebildet;
• ist die Grundfläche einer Öffnung zur Aufnahme mindestens zweier Schichtwiderstände mindestens um eine Größenordnung kleiner als die Deckelgrundfläche oder eine entsprechende Hohlkörpergrundfläche;
• weist der Deckel oder der Hohlkörper zwei Öffnungen zur Aufnahme von Schichtwiderständen auf;
• besteht der Deckel aus keramischem Material;
• sind die auf keramischem Trägermaterial gehaltenen Schichtwiderstände in der Öffnung eines keramischen Deckels, insbesondere einer keramischen Scheibe mit Glaslot befestigt;
• sind die auf einem keramischen Substrat getragenen Schichtwiderstände in wenigstens einer Öffnung eines Metalldeckels oder Hohlkörpers, insbesondere einer auf einem Metallrohr geschweißten Metallscheibe mit Verguss oder Glas befestigt;
• liegen die beiden Widerstände des Temperaturmesselements in einer Ebene;
• rahmt der kleinere Widerstand (Heizer 202d) den größeren Widerstand (202a zur Temperaturmessung) ein.

Die erfindungsgemäße Messeinrichtung eignet sich für Strömungssensoren oder Rußsensoren.
Das Heißfilm-Anemometer wird mit dem Heizleistungswiderstand und dem Temperatursensor nach dem anemometrischen Prinzip betrieben. Erfindungsgemäß wird der Temperatursensor als Teil einer anemometrischen Messeinrichtung mit einem weiteren Heizleiter ausgestattet. Hierdurch wird eine Reinigung des Temperatursensors durch Ausglühen mittels Heizer ermöglicht. Es hat sich bewährt, in der anemometrischen Messeinrichtung Temperatursensor und den vom Heizer des Temperatursensors zu unterscheidenden Heizleistungssensor zu entkoppeln, vorzugsweise zu beabstanden, insbesondere in separate Öffnungen des Deckels oder Hohlkörpers zu stecken. Der Temperatursensor weist einen deutlich höheren Widerstand auf als die Heizer, typischerweise ein bis drei Größenordnungen höher. Mit dem Temperatursensor lässt sich der Einfluss der Temperatur des Abgases auf die Bestimmung der Strömungsmasse korrigieren.
Vom Temperatursensor zu unterscheiden ist ein gegebenenfalls auf dem Heizleistungssensor angeordneter Temperaturmesswiderstand, mit dem die Temperatur des Heizleiters besonders genau einstellbar ist. Ein fertiger Temperaturmesswiderstand ist im Unterschied zum Temperatursensor nicht für die Messung der Fluidtemperatur vorgesehen, da er während des Betriebs des Heizleistungssensors nur zu dessen Temperatursteuerung geeignet ist.
Der Heizleistungssensor und der Temperatursensor weisen vorzugsweise beide jeweils einen Heizleiter und einen Temperaturmeßwiderstand auf. Sind Heizleistungssensor und Temperatursensor Baugleich wird Ihre funktionelle Bestimmung durch die Elektrik bestimmt.
Es hat sich bewährt, die Träger der Platin-Dünnfilm-Widerstände als dünne Plättchen auszubilden, so dass eine äußerst geringe thermische Trägheit des Systems und damit eine hohe Ansprechgeschwindigkeit der Platin-Dünnfilm-Widerstände resultiert. Zur Bildung eines Keramikverbunds können gesinterte Keramikfolien eingesetzt werden, die dann vorzugsweise mit einem Glaslot verklebt werden. Die zum Aufbau des Heißfilm-Anemometers verwendeten Materialien können hervorragend bei Temperaturen im Bereich von -40°C bis +800°C eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die keramischen Trägerplättchen eine Dicke im Bereich von 100 μm bis 650 μm, insbesondere 150 μm bis 400 μm aufweisen. Als Material für die keramischen Trägerplättchen hat sich Al₂O₃ bewährt, insbesondere mit mindestens 96 Gew.-% und vorzugsweise über 99 Gew.-%.
Für die Platin-Dünnfilm-Widerstände hat es sich bewährt, wenn diese jeweils eine Dicke im Bereich von 0,5 μm bis 2 μm, insbesondere 0,8 μm bis 1,4 μm aufweisen. Heizwiderstände weisen vorzugsweise 1 bis 50 Ohm auf und neigen bei Verkleinerung der Bauteile zu niederen Werten. Bei den zurzeit gängigen Dimensionen der Bauteile sind 5 bis 20 Ohm bevorzugt. Temperatur-Messwiderstände weisen vorzugsweise 50 bis 10.000 Ohm auf und neigen bei Verkleinerung der Bauteile ebenso zu niederen Werten. Bei den zurzeit gängigen Dimensionen der Bauteile sind 100 bis 2.000 Ohm bevorzugt. Auf dem Temperaturchip ist der Temperaturmesswiderstand um ein Vielfaches größer als der Heizwiderstand. Insbesondere unterscheiden sich diese Widerstände um ein bis zwei Größenordnungen.
Um die Platin-Dünnfilm-Widerstände vor einem korrosiven Angriff durch das Messmedium zu schützen, hat es sich bewährt, wenn diese jeweils mit einer Passivierungsschicht bedeckt sind. Die Passivierungsschicht weist dabei vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 30 μm, insbesondere 15 μm bis 20 μm auf. Besonders bewährt hat sich eine Passivierungsschicht aus mindestens zwei unterschiedlichen Einzelschichten, insbesondere Einzelschichten aus Al₂O₃ und Glaskeramik. Die Dünnschichttechnik eignet sich zum Erstellen der bevorzugten Schichtdicke der Al₂O₃-Schicht von 0,5 μm bis 5 μm, insbesondere 1 μm bis 3 μm.
Die Platin-Dünnfilm-Widerstände werden dabei vorzugsweise an dem dem Deckel oder Hohlkörper abgewandten Ende der Trägerplättchen angeordnet, um eine möglichst geringe thermische Beeinflussung der Platin-Dünnfilmwiderstände durch den thermisch trägen Deckel oder Hohlkörper zu gewährleisten.
Um eine gegenseitige Beeinflussung von Temperaturmesselement und Heizelement zu unterbinden, ist es von Vorteil, wenn der Platin-Dünnfilm-Widerstand des Heizelements weiter vom Deckel oder Hohlkörper entfernt angeordnet ist als der Platin-Dünnfilm-Widerstand des Temperaturmesselements. Dadurch sind die Platin-Dünnfilm-Widerstände des Heizelements nicht in der gleichen Strömungsfaser des Messmediums angeordnet wie die Platin-Dünnfilm-Widerstände des Temperaturmesselements.
Die bevorzugte Anordnung des Temperaturmesselements ist in der Strömungsrichtung vor dem Heizelement.
Vorzugsweise sind die Trägerplättchen des Heizelements und des Temperaturmesselements voneinander beabstandet, und zwar insbesondere parallel zueinander.
Es hat sich insbesondere zur Messung von Medien mit wechselnder Strömungsrichtung bewährt, wenn zwei Heizelemente und ein Temperaturmesselement oder zwei Temperaturmesselemente und ein Heizelement in einer Reihe angeordnet sind.
Es hat sich bewährt, die Trägerplättchen des Heizelements und des Temperaturmesselements in dem Deckel oder Hohlkörper beabstandet voneinander und parallel zueinander anzuordnen.
Mit dem erfindungsgemäßen Heißfilm-Anemometer wird eine Massendurchflussmessung gasförmiger oder flüssiger Medien in Rohrleitungen ermöglicht, insbesondere wenn die Trägerplättchen in der Strömungsrichtung des Mediums angeordnet sind.
Vorzugsweise sind die Trägerplättchen des Heizelements und des Temperaturmesselements voneinander beabstandet und zwar insbesondere in Serie zwischen gleichen Keramikfolien oder Teilen des Keramikbauteils angeordnet.
Dabei hat es sich bewährt, wenn das Keramikfolien-Laminat aus zwei Keramikfolien gebildet ist oder wenn das Keramikbauteil aus zwei Keramikrohren, deren Wandungen im Querschnitt jeweils ein Halbmondprofil aufweisen, gebildet ist.
Es hat sich insbesondere zur Messung von Medien mit wechselnder Strömungsrichtung bewährt, wenn ein Temperaturmesselement, zwei Heizelemente und ein Temperaturmesselement in Serie angeordnet sind.
Weiterhin haben sich Anordnungen bewährt, bei welchen das Keramikfolien-Laminat aus drei Keramikfolien gebildet ist.
Dabei hat es sich insbesondere bewährt, wenn die Trägerplättchen des Heizelements und des Temperaturmesselements durch Keramikfolien beabstandet voneinander und parallel zueinander angeordnet sind.
Es ist bevorzugt, ein Heizelement zwischen einer ersten und einer zweiten Keramikfolie und ein Temperaturmesselement zwischen der zweiten und einer dritten Keramikfolie der drei Keramikfolien anzuordnen, wobei das Heizelement und das Temperaturmesselement auf gleicher Höhe des Keramikfolien-Laminats nebeneinander angeordnet sind.
Außerdem hat es sich bewährt, wenn ein Heizelement zwischen einer ersten und einer zweiten Keramikfolie der drei Keramikfolien angeordnet ist und dass zwei Temperaturmesselemente zwischen der zweiten und einer dritten Keramikfolie der drei Keramikfolien angeordnet sind, wobei das Heizelement zwischen den Temperaturmesselementen angeordnet ist.
Weiterhin haben sich Anordnungen bewährt, bei welchen das Keramikfolien-Laminat aus vier Keramikfolien gebildet ist.
Dabei ist es bevorzugt, wenn ein erstes Temperaturmesselement zwischen einer ersten und einer zweiten Keramikfolie der vier Keramikfolien und ein zweites Temperaturmesselement zwischen einer dritten und einer vierten Keramikfolie der vier Keramikfolien angeordnet ist und dass ein Heizelement zwischen der zweiten und der dritten Keramikfolie angeordnet ist, wobei das Heizelement und die Temperaturmesselemente auf gleicher Höhe des Keramikfolien-Laminats nebeneinander angeordnet sind.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn ein erstes Temperaturmesselement zwischen einer ersten und einer zweiten Keramikfolie der vier Keramikfolien und ein zweites Temperaturmesselement zwischen einer dritten und einer vierten Keramikfolie der vier Keramikfolien angeordnet ist und dass ein Heizelement zwischen der zweiten und der dritten Keramikfolie angeordnet ist, wobei die Temperaturmesselemente auf gleicher Höhe des Keramikfolien-Laminat nebeneinander angeordnet sind und das Heizelement versetzt zu den Temperaturmesselementen angeordnet ist.
Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Heißfilm-Anemometers zur Massendurchflussmessung gasförmiger oder flüssiger Medien durch Rohrleitungen, wobei die Trägerplättchen parallel zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnet sind, ist ideal.
Dabei eignet sich das erfindungsgemäße Heißfilm-Anemometer insbesondere zur Messung an gasförmigen Medien mit einer Temperatur im Bereich von -40°C bis +800°C, wie sie beispielsweise das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine aufweist.
Die Selbstreinigung durch Aufheizen des Temperaturmesselements ist besonders für im Abgasbereich von Verbrennungsmotoren insbesondere Dieselmotoren angeordnete Sensoren geeignet. Verrußte Sensoren werden durch erhitzen, insbesondere Ausglühen schnell wieder voll funktionsfähig. Dabei lässt sich diese Selbstreinigung während der Lebensdauer eines Motors beliebig oft wiederholen.
Die Anordnung von mehreren Temperaturmesselementen und Heizelementen an dem Trägerelement ermöglicht in idealer Weise auch die Erkennung der Strömungsrichtung bzw. von Strömungsrichtungsänderungen eines Mediums. Insofern ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Heißfilm-Anemometer zur Messung an Medien mit sich in zeitlichen Abständen ändernder Strömungsrichtung einzusetzen.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachfolgend anhand der 1a bis 16 näher erläutert.
1a zeigt schematisch den Aufbau eines Regelkreises für eine Brennkraft-Maschine mit Abgasrückführung;
1b zeigt im Diagramm eine Funktion der Anzahl von Verbrennungsprodukten V in g/km in Abhängigkeit von der Abgasrückführrate R;
1c stellt zur besseren Veranschaulichung des Optimierungsprozesses – wie er beispielsweise auf dem 16. Wiener Motorensymposium vom 4. bis 5. Mai 1995 diskutiert wurde – ein Diagramm über relative Änderungen des Ausstoßes von Kohlenwasserstoffen (HC), Partikeln und Stockoxiden (NOx) in Abhängigkeit von der Abgasrückrührrate dar;
2 stellt schematisch den Aufbau eines Regelkreises für zwei Regelgrößen dar;
3a zeigt das Heißfilm-Anemometer für die Abgasrückführung im Längsschnitt;
3b stellt das eigentliche Heißfilm-Anemometer dar;
3c zeigt in einer ausschnittsweisen Vergrößerung des Strömungskanals für die Abgasrückführung mit dem eigentlichen Messelements;
4 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit zweischichtigem Keramikfolien-Laminat und einem Temperaturmesselement und einem Heizelement (Draufsicht von 4a);
4a zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 4 in Seitenansicht;
5 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit zweischichtigem Keramikfolien-Laminat und zwei Temperaturmesselementen und zwei Heizelementen (Draufsicht von 5a);
5a zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 5 in Seitenansicht;
6 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit zweischichtigem Keramikfolien-Laminat und zwei Temperaturmesselementen und einem Doppelheizelement (Draufsicht von 6a);
6a zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 16 in Seitenansicht;
7 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit dreischichtigem Keramikfolien-Laminat, zwei Temperaturmesselementen und einem Doppelheizelement in Draufsicht;
8 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit dreischichtigem Keramikfolien-Laminat, einem Temperaturmesselement und einem Heizelement in Draufsicht;
8a zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 8 in perspektivischer Sicht;
9 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit dreischichtigem Keramikfolien-Laminat, einem Temperaturmesselement und einem Heizelement in Draufsicht;
9a zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 9 in Seitenansicht;
9b zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 9a in Seitenansicht;
10 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit vierschichtigem Keramikfolien-Laminat, zwei Temperaturmesselementen und einem Doppelheizelement in Draufsicht;
11 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit vierschichtigem Keramikfolien-Laminat, zwei Temperaturmesselementen und einem Doppelheizelement in Draufsicht;
12 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit mehrteiligem Keramikbauteil, einem Temperaturmesselement und einem Heizelement im Querschnitt A-A' (siehe 12a);
12a zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 12 in Seitenansicht;
13a zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit in einer Metallscheibe angeordnetem Heiz- und Temperaturmesselement;
13b zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit in einer Keramikscheibe angeordnetem Heiz- und Temperaturmesselement;
14a zeigt einen Ausschnitt gemäß 4 oder 5 betreffend eine Anordnung von Schichtwiderständen in einer Keramikscheibe;
14b zeigt den Ausschnitt gemäß 6a in Draufsicht;
15 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit Strömungsrichtungserkennung;
16 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit zwei thermisch entkoppelten Heizern.
Gemäß 1a weist die Brennkraft-Maschine 1 einen mit Aufladung versehenen Eintrittsbereich 2 für anströmende Luft und zurückgeführtes Abgas auf; weiterhin ist auf der Abgasseite der Maschine ein Austrittsbereich 4 vorgesehen, von dem aus ein Teil des Abgases in einen Strömungskanal 6 zur Abgasrückführung geführt wird, der mit einem steuerbaren Ventil 5, einer Abgas-Kühlvorrichtung 8 sowie einem Heißfilm-Anemometer 10 versehen ist. Das Heißfilm-Anemometer 10 misst die Menge des zurückgeführten Abgases. Das steuerbare Ventil 5 dient zur Regelung des Abgas-Partialdruckes zwecks Einstellung eines spezifischen Mengenverhältnisses zwischen frisch anströmender Luft und der Menge des partiell zurückgeführten Abgases; das steuerbare Ventil 5 wird von einem Regler 15 mittels eines Stellsignals Y angesteuert. Der Strömungskanal 6 für die Abgas-Rückführung endet in einer als Mischkammer ausgebildeten Einmündung 12 einer Frischlufteinleitung 13 im Eintrittsbereich 2 der Maschine 1, wobei zur Messung anströmender Frischluft ein zusätzlicher Strömungsmengen-Sensor 14 optional ist.
Der im Austrittsbereich 4 der Maschine 1 in die Rückführung zu Strömungskanal 6 abgezweigte Teil des Abgases durchströmt somit nacheinander Ventil 5, Kühlvorrichtung 8 und Heißfilm-Anenometer 10. Das rückgeführte Abgas trifft in der Einmündung 12 auf die einströmende Luft der Frischluft-Einleitung 13, nachdem diese ggf. den optionalen Massenstromsensor 14 durchlaufen hat.
Das Gemisch aus anströmender Luft und Abgas wird einer Ladevorrichtung mit Kompressor 30 zugeführt, die vorzugsweise als Abgas-Turbolader ausgebildet ist, wobei die zugehörige Antriebsturbine im Austrittsbereich 4 zwecks besserer Übersicht nicht dargestellt ist.
Der nicht zur Rückführung vorgesehene Teil des Abgases gelangt über eine Leitung 25 – und ggf. eine Reinigungseinrichtung – ins Freie, wobei die Durchschnitts-Temperatur des Abgases bei ca. 400°C bis 700°C liegt.
Weiterhin kann sich im Bereich des Abgas-Austrittsbereiches 4 ein Temperatur-Sensor 16 zur Messung der Abgastemperatur befinden. Der hier symbolisch dargestellte Regler 15 erhält über Leitung 21 ein der Abgastemperatur entsprechendes Signal X1 und über Leitung 23 ein Signal Z, entsprechend der vom optionalen Strömungsmengen-Sensor 14 gemessenen Menge der anströmenden Frischluft; da diese Menge der anströmenden Frischluft normalerweise nicht verstellbar ist, wird diese durch das in der Regelungstechnik für Störgrößen verwendete Symbol Z dargestellt.
Weiterhin wird dem Regler über Leitung 24 ein Sollwert W zur Regelung des Signale X für die Abgastemperatur zugeführt, aus dem sich mit Hilfe des von Regler 15 abgegebenen Stellsignals ein spezifisches Verhältnis für die partiellen Ströme der ggf. über den optionalen Massenstromsensor 14 frisch eintretenden Luftmasse sowie der partiellen Rückführung des über das Heißfilm-Anemometer 10 geführten Abgases einstellen lässt. Eine besondere Ausführungsform des Heißfilm-Anemometers liefert das Abgasrückführtemperatursignal mit. Aber auch die bisherige Abgastemperaturmessung mittels Temperatur-Sensor 16 kann durch mathematische Modellbildung zur Verfügung gestellt werden und als Sensor entfallen.
In 1b ist schematisch die Summe V der abgegebenen Schadstoff-Partikel sowie der Stickoxide in g/kg dargestellt, wobei eine Funktion in Abhängigkeit von der Rückführrate R dargestellt ist. Anhand 1b ist erkennbar, dass die Menge der Stickoxide der Kurve N mit zunehmender Rückführrate abfällt, während die abgegebenen Schadstoffpartikel der Kurve P zunehmen. In dem mit Punkt A1 bezeichneten Bereich des Diagramms kreuzen sich die Kurve P der Partikel und die Kurve N der Stickoxide in einer Art Optimum, so dass die Euronorm IV erfüllt werden kann.
Gemäß dem Diagramm in 1b wird mit Hilfe des Reglers 15 (1a) das Stellsignal Y so gebildet, dass sowohl ein minimaler Partikelausstoß gemäß Kurve P, als auch ein minimaler Stickoxidausstoß gemäß Kurve N gemäß dem Diagramm eingestellt wird, in dem die Verbrennungsprodukte V1 in g/km über der Abgas-Rückführrate R aufgetragen sind. Der optimale Arbeitspunkt A1 liegt im Schnittpunkt der Kurven P und N, bei den Koordinatenwerten R1 und V1.
Bei der in 1a dargestellten Regelung handelt es sich um eine vereinfachte Ausführungsform der Regelung, bei der lediglich die Abgastemperatur als Regelgröße bzw. Istwertsignal X dem Regler zugeführt wird, wobei diese Größe mit einer Leistungsvorgabe als Sollwert W (z.B. Stellung eines Gaspedals im Fahrzeug) verglichen wird und bei Regelabweichung ein Stellsignal Y auf das steuerbare Ventil 5 so einwirkt, dass stets nur soviel Abgas über den Strömungskanal 6 der Abgas-Rückführung zurückgeführt wird, dass die Leistungsvorgabe des Sollwerts W aufrechterhalten wird.
Es ist jedoch auch möglich, den Regler 15 als sogenannten Zweigrößenregler einzusetzen, wobei beispielsweise die Abgastemperatur über Leitung 21 als Signal X1 sowie die Drehzahl n der Brennkraft-Maschine über Leitung 22 als Signal X2 dem Regler zugeführt werden, wobei diese beiden Größen X1 und X2 gemäß der nachstehend erläuterten 2 miteinander verkoppelt sein können.
Anhand 1c ist erkennbar, dass die im Diagramm mit „H" bezeichneten Kohlenwasserstoffe HC im Abgas im Bereich einer Abgasrückführrate R von 15 bis 20% ausgehend vom Bereich „relativer Änderungen" RA zwischen ca. 100% und 125% ansteigen, während die mit „P" bezeichneten Abgas-Partikel erst ab einer Abgas-Rückrührrate von mehr als 30% ansteigen. Die im Abgas befindlichen Stickoxide NOx, deren Kurve mit „N" bezeichnet ist, werden dagegen von einem Ausgangswert von RA bei 100% bei einer Abgasrückführrate von 0% bis zu einem Stickoxid-Wert im Bereich von ca. 50% bei ca. 10% Abgasrückführrate reduziert, wobei sich der NOx-Wert bei einer Abgasrückführrate von 40% auf einen Stickoxid-Wert von ca. 20% weiter verringern lässt.
Anhand des Diagramms der 1c ist es ersichtlich, dass eine Optimierung der verschiedenen Parameter des Abgases für eine Abgasrückführrate im Bereich von ca. 15 bis 30% möglich ist.
Die für Abgase in Nutzkraftfahrzeugen ab einem zulässigen Gesamtgewicht von über 3,5 t vorgesehenen Höchstwerte der Euro-Norm IV (Abgas) ergeben sich aus der folgenden Tabelle: Nutzkraftfahrzeuge für zul. Gesamtgewicht ≥ 3,5 t:

Bisherige Norm: Euro IV-Norm

CO 4.0 g/kW/h 4.0 g/kW/h

HC 1.1 g/kW/h 0 g/kW/h

NOx 7.0 g/kW/h 2.0 g/kW/h

PM 0,15 g/kW/h 0,08 g/kW/h
Gemäß 2 ist eine Zweigrößenregelung vorgesehen, wobei ähnlich wie in 1a die Abgastemperatur als Regelgröße X1 über Leitung 21 dem Regler 15 zugeführt wird und darüber hinaus die Drehzahl n als Regelgröße X2 über Leitung 22 ebenfalls dem Regler 15 zugeführt wird. Mit einer ersten Stellgröße Y1 wird ein steuerbares Ventil 5 in der Abgasrückführung bzw. im Strömungskanal 6 gesteuert, während Stellsignal Y2 des Reglers 15 den Anstellwinkel der Kompressorschaufeln im Kompressor 30 des Eintrittsbereiches verstellt, so dass ein optimaler Kompromiss zwischen Partikelausstoß und Stickoxidausstoß gemäß 1b Arbeitspunkt A1 aufrechterhalten wird. Das Stellsignal Y2 wird über Leitung 31 an den Kompressor 30 geführt. Dabei ist es wichtig, dass sowohl die zurückgeführte Abgasmenge über Stellsignal Y1 als auch die komprimierte Menge des einströmenden Abgasluftgemisches möglichst exakt geregelt werden kann, um den optimalen Arbeitspunkt gemäß 1b einzustellen.
3a zeigt im Längsschnitt das Heißfilm-Anemometer 10, wobei zusätzlich elektrische Anschlussverbinder oberhalb des im Längsschnitt dargestellten Sensorgehäuses erkennbar sind. Der Eingangsbereich ist mit Zeichen 26, der Ausgangsbereich mit Zeichen 28 versehen.
In 3b ist das Heißfilm-Anemometer 10 im Längsschnitt vergrößert dargestellt, wobei im Eingangsbereich 26 ein heizbares Messelement 27 erkennbar ist, während im Austrittsbereich 28 Heizelement 29 erkennbar ist.
In 3c ist das Heißfilm-Anemometer 10 im Ausschnitt des Strömungskanals 6 nach dem Zwei- oder Mehrheizerprinzip dargestellt. In dieser Figur sind zwei Heizelemente 29a, 29b als Mikroheizer zu erkennen. Der zugehörige Regler ist als Teil der bruchstückhaft dargestellten Motorsteuer-Elektronik ausgebildet, die hier mit Zeichen 15' versehen ist.
4 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit einem Keramikfolien-Laminat 201, das aus einer ersten Keramikfolie 201a aus Al₂O₃ und einer zweiten Keramikfolie 201b aus Al₂O₃ gebildet ist. In Serie zwischen der ersten Keramikfolie 201a und der zweiten Keramikfolie 201b sind ein Temperaturmesselement 202 und ein Heizelement 203 teilweise eingebettet und elektrisch kontaktiert. Ermöglicht wird eine Messung des Massendurchflusses nach dem Prinzip des Heißfilm-Anemometers. Das Heizelement 203 wird dabei durch eine elektrische Regelschaltung (Brückenschaltung und Verstärker in einem Regelkreis) entweder auf einer konstanten Temperatur (z.B. von 450°C) oder einer konstanten Temperaturdifferenz (z.B. von 100 K) zum Temperaturmesselement 202 gehalten. Eine Änderung im Massenfluss des Mediums ruft nun eine Änderung der Leistungsaufnahme des Heizelementes 203 hervor, die elektronisch auswertbar ist und in direkten Bezug zum Massenfluss steht.
4a zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 4 in Seitenansicht. Dabei ist erkennbar, dass das Temperaturmesselement 202 und das Heizelement 203 über elektrische Leiterbahnen 204a, 204b, 204c, 204d, 205a, 205b mit Anschlussflächen 204a, 204b', 204c', 204d, 205a', 205b' elektrisch kontaktiert sind. Die elektrischen Leiterbahnen 204a, 204b, 204c, 204d, 205a, 205b sind auf der ersten Keramikfolie 201a angeordnet und teilweise von der zweiten Keramikfolie 201b bedeckt. Daher ist ihre Lage teilweise gestrichelt angedeutet. Das Temperaturmesselement 202 weist ein Trägerplättchen 202c bestehend aus einer Einzelschicht aus Al₂O₃ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 202a zur Temperaturmessung und 202d zum Ausheizen und elektrische Anschlussleitungen 202b sind auf der Rückseite des Trägerplättchen 202c inklusive elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt. Das Heizelement 203 weist ein Trägerplättchen 203c, bestehend aus einer Einzelschicht aus Al₂O₃ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 203a als Heizer und seine elektrischen Anschlussleitungen 203b sind auf der Rückseite der Trägerfolie 203c angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt.
Die Keramikfolien 201a, 201b sind im Bereich 206 entweder durch direktes miteinander Versintern oder über ein Glaslot verbunden. Die Anschlussflächen 204a', 204b', 204c', 204d', 205a', 205b' sind von der zweiten Keramikfolie 201b unbedeckt, damit eine Verbindung mit hier nicht dargestellten elektrischen Anschlusskabeln erfolgen kann.
5 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit einem Keramikfolien-Laminat 201, das aus einer ersten Keramikfolie 201a aus Al₂O₃ und einer zweiten Keramikfolie 201b aus Al₂O₃ gebildet ist. In Serie zwischen der ersten Keramikfolie 201a und der zweiten Keramikfolie 201b sind zwei Temperaturmesselemente 202, 208 und zwei Heizelemente 203, 207 teilweise eingebettet und elektrisch kontaktiert.
Dies ermöglicht wiederum eine Messung nach dem Prinzip des Heißfilm-Anemometers, wie bereits zu 4 beschrieben. Die Anzahl der Heizelementen 203, 207 und Temperaturmesselementen 202, 208 erlaubt es nun aber, jeweils einen elektrischen Regelkreis für je ein Heizelement und je ein Temperaturmesselement (202 und 203 bzw. 207 und 208) zu bilden und auszuwerten. Mit diesem Strömungssensorelement ist es nun möglich, die Strömungsrichtung eines Mediums zu erkennen, da ein Übertrag an thermischer Energie von dem Heizelement, das in Strömungsrichtung zuerst angeordnet ist, an das nachfolgende Heizelement erfolgt. Die Temperaturänderung beziehungsweise Erwärmung des nachfolgenden Heizelementes führt zu einer geringeren Leistungsaufnahme dieses Heizelementes, was als Signal für die Strömungsrichtung des Mediums ausgewertet werden kann.
5a zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 5 in Seitenansicht. Dabei ist erkennbar, dass die Temperaturmesselemente 202, 208 und die Heizelemente 203, 207 über elektrische Leiterbahnen 204a, 204b, 204c, 204d, 205a, 205b, 209a, 209b, 210a, 210b mit Anschlussflächen 204a', 204b', 204c, 204d, 205a, 205b', 209a', 209b', 210a', 210b elektrisch kontaktiert sind. Die elektrischen Leiterbahnen 204a, 204b, 204c, 204d, 205a, 205b, 209a, 209b, 210a, 210b sind auf der ersten Keramikfolie 1a angeordnet und teilweise von der zweiten Keramikfolie 201b bedeckt. Daher ist ihre Lage teilweise gestrichelt angedeutet. Das Temperaturmesselement 202 weist ein Trägerplättchen 202c bestehend aus zwei Einzelschichten aus Al₂O₃ und SiO₂ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 202a zur Temperaturmessung und 202d zum Ausglühen und seine elektrischen Anschlussleitungen 202b sind auf der Rückseite des Trägerplättchens 202c angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt. Das Heizelement 203 weist ein Trägerplättchen 203c bestehend aus zwei Einzelschichten aus Al₂O₃ und SiO₂ auf. Ein Platin- Dünnfilmelement 203a als Heizer und seine elektrischen Anschlussleitungen 203b sind auf der Rückseite des Trägerplättchen 203c angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt. Das Heizelement 207 weist ein Trägerplättchen 207c bestehend aus zwei Einzelschichten aus Al₂O₃ und SiO₂ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 207a als Heizer und seine elektrischen Anschlussleitungen 207b sind auf der Rückseite des Trägerplättchen 207c angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt. Das Temperaturmesselement 8 weist ein Trägerplättchen 208c bestehend aus zwei Einzelschichten aus Al₂O₃ und SiO₂ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 208d zur Temperaturmessung und 202a zum Ausheizen und seine elektrischen Anschlussleitungen 208b sind auf der Rückseite des Trägerplättchen 208c angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt.
Die Keramikfolien 201a, 201b sind im Bereich 206 entweder durch direktes miteinander Versintern oder über ein Glaslot verbunden. Die Anschlussflächen 204a', 204b', 204c', 204d', 205a', 205b', 209a', 209b', 210a', 210b' 210c', 210d' sind von der zweiten Keramikfolie 201b unbedeckt, damit eine Verbindung mit hier nicht dargestellten elektrischen Anschlusskabeln erfolgen kann.
7 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit einem Keramikfolien-Laminat 201, das aus einer ersten Keramikfolie 201a aus Al₂O₃ und einer zweiten Keramikfolie 201b aus Al₂O₃ gebildet ist. In Serie zwischen der ersten Keramikfolie 201a und der zweiten Keramikfolie 201b sind zwei Temperaturmesselemente 202, 208 und ein Doppelheizelement 211, 211' teilweise eingebettet und elektrisch kontaktiert. Unter einem Doppelheizelement wird hier verstanden, dass zwei Heizelemente, die elektrisch getrennt angesteuert werden können, auf einem gemeinsamen Trägerplättchen ausgeführt sind. Auch mit diesem Strömungssensorelement ist es möglich, die Strömungsrichtung eines Mediums zu erkennen.
6a zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 6 in Seitenansicht. Dabei ist erkennbar, dass die Temperaturmesselemente 202, 208 und das Doppelheizelement 211, 211' über elektrische Leiterbahnen 204a, 204b, 204c, 204d, 205a, 205b, 209a, 209b, 210a, 210b 210c, 210d mit Anschlussflächen 204a', 204b', 204c', 204d', 205a', 205b', 209a, 209b', 210a', 210b' 210c', 210d' elektrisch kontaktiert sind. Die elektrischen Leiterbahnen 204a, 204b, 205a, 205b, 209a, 209b, 210a, 210b, 210c, 210d sind auf der ersten Keramikfolie 201a angeordnet und teilweise von der zweiten Keramikfolie 201b bedeckt. Daher ist ihre Lage teilweise gestrichelt angedeutet. Das Temperaturmesselement 202 weist ein Trägerplättchen 202c, bestehend aus einer Einzelschicht aus Al₂O₃ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 202a zur Temperaturmessung und 202d zum Ausheizen und seine elektrischen Anschlussleitungen 202b sind auf der Rückseite des Trägerplättchens 202c inklusive elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt. Das Doppelheizelement 211, 211' weist ein Trägerplättchen 211c, bestehend aus zwei Einzelschichten aus Al₂O₃ und SiO₂ auf. Platin-Dünnfilmelemente 211a, 211a' als Heizer und deren elektrischen Anschlussleitungen 211b, 211b' sind auf der Rückseite des Trägerplättchen 211c inklusive elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt. Das Temperaturmesselement 208 weist ein Trägerplättchen 208c, bestehend aus zwei Einzelschichten aus Al₂O₃ und SiO₂ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 208d zur Temperaturmessung und 208a zum Ausheizen und dessen elektrische Anschlussleitungen 208b sind auf der Rückseite des Trägerplättchens 208c angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt.
Die Keramikfolien 201a, 201b werden im Bereich 206 direkt miteinander versintert oder mittels Glaslot verbunden. Die Anschlussflächen 204a', 204b', 204c', 204d', 205a', 205b', 209a, 209b', 210a', 210b' 210c', 210d' sind von der zweiten Keramikfolie 201b unbedeckt, damit eine Verbindung mit hier nicht dargestellten elektrischen Anschlusskabeln erfolgen kann.
7 zeigt ein Heißfilm-Anemometer mit einem Keramikfolien-Laminat 201, das aus einer ersten Keramikfolie 201a, einer zweiten Keramikfolie 201b und einer dritten Keramikfolie 201c aus Al₂O₃ gebildet ist. Zwischen der ersten Keramikfolie 201a und der zweiten Keramikfolie 201b sind zwei Temperaturmesselemente 202, 202' teilweise eingebettet und elektrisch kontaktiert. Zwischen der zweiten Keramikfolie 201b und der dritten Keramikfolie 201c ist ein Doppelheizelement 211, 211' teilweise eingebettet und elektrisch kontaktiert.
8 und 8a und 9 zeigen jeweils ein Heißfilm-Anemometer mit einem Keramikfolien-Laminat 201, das aus einer ersten Keramikfolie 201a, einer zweiten Keramikfolie 201b und einer dritten Keramikfolie 201c aus Al₂O₃ gebildet ist. Zwischen der ersten Keramikfolie 201a und der zweiten Keramikfolie 201b ist ein Temperaturmesselement 202 teilweise eingebettet und elektrisch kontaktiert. Zwischen der zweiten Keramikfolie 201b und der dritten Keramikfolie 201c ist ein Heizelement 203 teilweise eingebettet und elektrisch kontaktiert. Mit diesen Strömungssensorelementen ist es nicht möglich, die Strömungsrichtung eines Mediums zu erkennen.
9a zeigt das Strömungssensorelement aus 9 in Seitenansicht. Dabei ist erkennbar, dass das Temperaturmesselement 202 und das Heizelement 203 über elektrische Leiterbahnen 204a, 204b, 205a, 205b mit Anschlussflächen 204a', 204b', 205a', 205b' elektrisch kontaktiert sind. Die elektrischen Leiterbahnen 205a, 205b sind auf der ersten Keramikfolie 201a angeordnet und teilweise von der zweiten Keramikfolie 201b bedeckt. Daher ist ihre Lage teilweise gestrichelt angedeutet. Die elektrischen Leiterbahnen 204a, 204b, sind auf der zweiten Keramikfolie 201b angeordnet und teilweise von der dritten Keramikfolie 201c bedeckt. Daher ist ihre Lage teilweise gestrichelt angedeutet. Das Temperaturmesselement 202 weist eine Trägerfolie 202c, bestehend aus einer Einzelschicht aus Al₂O₃ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 202a zur Temperaturmessung und seine elektrischen Anschlussleitungen 202b sind auf der Rückseite des Trägerplättchen 202c inklusive elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt. In bevorzugter Ausführung ist das Trägerplättchen mit einem zusätzlichen Dünnfilmelement 202d zum Ausheizen des Temperaturelements ausgestattet, das elektrisch analog kontaktiert ist. Das Heizelement 20 weist ein Trägerplättchen 203c, bestehend aus einer Einzelschicht aus Al₂O₃ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 203a als Heizer und seine elektrischen Anschlussleitungen 203b sind auf der Rückseite des Trägerplättchens 203c angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt. Die Keramikfolien 201a, 201b sind im Bereich 206' entweder durch direktes miteinander Versintern oder über ein Glaslot verbunden. Die Anschlussflächen 5a', 5b' sind von der zweiten Keramikfolie 1b unbedeckt, damit eine Verbindung mit hier nicht dargestellten elektrischen Anschlusskabeln erfolgen kann. Die Keramikfolien 1b, 1c sind im Bereich 206 entweder durch direktes miteinander Versintern oder über ein Glaslot verbunden. Die Anschlussflächen 204a', 204b' sind von der dritten Keramikfolie 201c unbedeckt, damit eine Verbindung mit hier nicht dargestellten elektrischen Anschlusskabeln erfolgen kann.
9b zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 9a in Seitenansicht, wobei dieses in den Querschnitt einer Rohrleitung 212 eingebaut. Das die Trägerfolien 202c, 203c des Temperaturmesselements 202 und des Heizelements 203 sind dabei parallel zur Strömungsrichtung in die Rohrleitung eingebracht.
10 und 11 zeigen jeweils ein Heißfilm-Anemometer mit einem Keramikfolien-Laminat 201, das aus einer ersten Keramikfolie 201a, einer zweiten Keramikfolie 201b, einer dritten Keramikfolie 201c und einer vierten Keramikfolie 201d aus Al₂O₃ gebildet ist. Zwischen der ersten Keramikfolie 201a und der zweiten Keramikfolie 201b ist ein Temperaturmesselement 202 teilweise eingebettet und elektrisch kontaktiert. Zwischen der zweiten Keramikfolie 201b und der dritten Keramikfolie 201c ist ein Doppelheizelement 211, 211' teilweise eingebettet und elekt risch kontaktiert. Zwischen der dritten Keramikfolie 201c und der vierten Keramikfolie 201d ist ein weiteres Temperaturmesselement 202' teilweise eingebettet und elektrisch kontaktiert.
12 zeigt ein Heißfilm-Anemometer im Querschnitt A-A' (siehe 12a) mit einem mehrteiligem Keramikbauteil 213a, 213b, 214a, 214b aus Al₂O₃, das ein Temperaturmesselement 202 und ein Heizelement 203 aufweist. Das Keramikbauteil 213a, 213b, 214a, 214b weist zwei Hohlräume 215a, 215b auf, die im Bereich des Temperaturmesselementes 202 bzw. des Heizelementes 203 gasdicht verschlossen sind. Zum Einbau in eine Rohrleitung ist ein Anschlussflansch 216 vorhanden.
12a zeigt das Heißfilm-Anemometer aus 12 in Seitenansicht. Dabei sind das Temperaturmesselement 202 und das Heizelement 203 über hier nur teilweise erkennbare elektrische Leiterbahnen 204a, 204b, 205a, 205b mit Anschlussflächen 204a', 204b', 205a', 205b' elektrisch kontaktiert. Die elektrischen Leiterbahnen 204a, 204b, 205a, 205b sind auf einer Keramikplatte 214a angeordnet und – in dieser Darstellung nicht sichtbar – teilweise von einer zweiten Keramikplatte 214b bedeckt. Das Temperaturmesselement 202 weist ein Trägerplättchen 202c, bestehend aus einer Einzelschicht aus Al₂O₃ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 202a zur Temperaturmessung und seine elektrischen Anschlussleitungen 202b sind auf der Rückseite der Trägerfolie 202c angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt. In bevorzugter Ausführung weist das Trägerplättchen 202c ein zusätzliches Platin-Dünnfilmelement 202d mit einem um eine Größenordnung kleineren Widerstand auf. Dieser zum Ausheizen oder Ausglühen bestimmte Widerstand ist mit einer zusätzlichen Kontaktierung analog dem Dünnfilmelement 202a elektrisch kontaktiert. Das Heizelement 203 weist ein Trägerplättchen 203c bestehend aus einer Einzelschicht aus Al₂O₃ auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 203a als Heizer und seine elektrischen Anschlussleitungen 203b sind auf der Rückseite des Trägerplättchen 203c angeordnet und deren Lage daher gestrichelt dargestellt.
Die Keramikplatten 214a, 214b sind entweder durch direktes miteinander Versintern oder über ein Glaslot miteinander und mit Rohrschalen 213a, 213b zum Keramikbauteil verbunden. Es ist aber auch möglich, zwei Halbrohre (213a plus 214a; 213b plus 214b) zu verwenden, bei denen die Keramikplatte 214a und die Rohrschale 213a beziehungsweise die Keramikplatte 214b und die Rohrschale 214b zu jeweils einem einstückigen Bauteil zusammengefasst sind. Die Anschlussflächen 204a', 204b', 205a', 205b' sind von der zweiten Keramikplatte 214b unbedeckt, damit eine Verbindung mit hier nicht dargestellten elektrischen Anschlusskabeln erfolgen kann.
Nach 13a ist ein Heißfilm-Anemometer mit Verguss oder Glas 118 in einer Trägerscheibe 121 aus hitze- und abgasbeständigem Edelstahl gefertigt. Durch eine strukturierte Innenwand des Vergussraums z.B. durch ein Gewinde 130 wird eine gute Verkrallung des Vergusses erreicht. Der Bereich der Trägerscheibe 121, durch den das Sensorelement zum Medium hin austritt, hat eine Rechteckkontur, die nur geringfügig größer ist als der Sensorelementquerschnitt.
Dadurch wird das Heißfilm-Anemometer gerichtet in dem medienführenden Rohr 105 gehaltert und der Innenraum des Komplettsensors gegen das Medium hin abgedichtet.
Die Trägerscheibe 121 ist in ein Gehäuse 124 eingesetzt und mit einer Rundnaht 122 dicht verschweißt. In das Gehäuserohr 124 ist das Gehäuse 111 eingeschweißt. Im Gehäuse 111 wird der Isolierkörper 110 aus temperaturfestem Kunststoff oder Keramik mit einem Ring 109, der durch eine Sicke 117 fixiert ist, gehaltert. Am Kabelausgang wird mit der Sicke 116 eine Kabeldurchführungstülle aus einem Elastomer dicht befestigt. Zuleitungen 104 sind durch die Bohrungen einer Durchführungstülle 114 geführt. Jede Zuleitung ist über einen Crimp 125 mit einer Kontakthülse 103 elektrisch verbunden. Die Kontakthülse 103 weist unter einem Isolierteil 110 eine Verbreiterung 126 und über dem Isolierteil 110 eine Fläche 127, die breiter als der Kontakthülsendurchmesser ist, auf, damit die Kontakthülse in axialer Richtung im Isolierteil 110 festgelegt ist. Auf der Fläche 127 werden die Anschlussdrähte 102 mit der Schweißung 115 elektrisch kontaktiert.
Die Befestigung des Komplettsensors zum medienführenden Rohr 105 erfolgt über eine handelsübliche Schneckengewinde-Schlauchschelle 113 und ein auf dem medienführenden Rohr 105 aufgeschweißtes, geschlitztes Blechflanschteil 112.
Die Ausrichtung des Heißfilm-Anemometer 101 im Rohr 105 erfolgt über einen Zentrierstift 119, der auf dem Gehäuserohr 124 befestigt ist und über den breiten Schlitz 120 in dem Blechflanschteil 112. Gegenüber einem breiten Schlitz 120 ist ein schmaler Schlitz 123 vorgesehen, der nur dazu dient, das Blechflanschteil 112 leichter an das Gehäuserohr 124 andrücken zu können. So wird eine Montage nur in der richtigen Winkelposition zulassen.
13b zeigt eine andere Ausführung mit einer keramischen Trägerscheibe 107, in der das Strömungselement 101 mit Glaslot 118 in der Trägerscheibe 107 befestigt ist. Die Trägerscheibe 107 ist zusammen mit einer hochtemperaturbeständigen Dichtung 108 aus Glimmer oder Graphit in der metallischen Fassung 106 eingebördelt. Die Fassung 106 ist ebenfalls mit dem Gehäuserohr 124 dicht verschweißt.
In einer Ausführung des Heißfilm-Anemometers ist das Heizelement als Heizleistungssensor ausgebildet und das Temperaturmesselement als Temperatursensor, das zusätzlich einen Heizleiter zum Freiglühen tragen kann.
Nach 15 sind hierzu zwei Heizleistungssensoren 128 zur Richtungserkennung der Medienströmung angeordnet. Das anemometrische Messprinzip funktioniert prinzipiell so, dass das Temperaturmesselement die Medientemperatur genau erfasst. Der oder die beiden Heizelemente des/der Heizleistungssensoren 128 werden dann auf konstanter Übertemperatur zum Temperatursensor 129 durch eine elektrische Schaltung gehalten. Der zu messende Gas- bzw. Flüssigkeitsstrom kühlt den bzw. die Heizelemente des/der Heizleistungssensoren mehr oder weniger ab.
Zur Aufrechterhaltung der konstanten Übertemperatur muss die Elektronik bei Massenfluss entsprechend Strom an den/die Heizelemente nachliefern; dieser erzeugt an einem genauen Messwiderstand eine Spannung, die mit dem Massenfluss korreliert und auswertbar ist. Die zweifache Anordnung des Heizleistungssensors 128 oder Temperatursensors 129 erlaubt hierbei die Richtungserkennung des Massenflusses.
Dagegen sind nach 16 in einer Ausführung als Rußsensor zwei Heizleistungssensoren parallel gegenüberliegend in ein Rohrgehäuse gesteckt.
Die beiden Heizleistungssensoren 128 sind hierbei noch jeweils mit einem aufgeglasten Keramikplättchen 131 versehen.
In der angegebenen Anordnung wird ein Heizleistungssensor oberhalb der pyrolytischen Veraschungstemperatur betrieben; d.h. bei ca. 500°C. Der zweite Heizleistungssensor wird hierbei in einem niedrigeren Temperaturbereich von 200-450°C, bevorzugt von 300-400°C betrieben. Bei Rußablagerung auf diesem zweiten Heizleistungssensor wirkt diese Ablagerungsschicht als thermische Isolation und Veränderung der IR-Abstrahleigenschaften im Sinne eines zunehmend Schwarzen Körpers.
Dies kann in einer Referenzmessung zum ersten Heizleistungssensor elektronisch ausgewertet werden.

Claims

Vorrichtung zur Abgasrückführung aus einem Austrittsbereich (4) einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine (1) in einen Lufteintrittsbereich (2), dem ein einstellbares Gemisch aus Abgas und einströmender Luft der Maschine (1) zuführbar ist, und eine Kraftstoffmenge einstellbar ist, wobei der Austrittsbereich (4) über eine Abgas-Rückführleitung, die ein steuerbares Ventil (5), eine Abgaskühlvorrichtung (8) und ein Heißfilm-Anemometer (10) aufweist, mit einem Eintrittsbereich (2) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist, wobei das Heißfilm-Anemometer (10) einen Heizwiderstand (29, 128, 203, 207) und einen Temperaturmesswiderstand (27, 129, 202, 208) aufweist, der Heizwiderstand (29, 128, 203, 207) und der Temperaturmesswiderstand (27, 202, 129, 208) separate Schichtwiderstände (128, 129, 202, 203, 207, 208, 211) sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturmesswiderstand (27, 129, 202, 208) und der Heizwiderstand (29, 128, 203, 207) jeweils an einem keramischen Träger (7, 201) befestigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtwiderstände (202, 203, 207, 208, 211) mit Leiterbahnen (202a, 203a) beschichtete keramische Substrate (202c, 203c) sind.
Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 oder 2, zur Abgasrückführung aus einem Austrittsbereich (4) einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine (1) in einen Lufteintrittsbereich (2), dem ein einstellbares Gemisch aus Abgas und einströmender Luft der Maschine (1) zuführbar ist, und eine Kraftstoffmenge einstellbar ist, wobei der Austrittsbereich (4) über eine Abgasrückführleitung, die ein steuerbares Ventil (5), eine Abgaskühlvorrichtung (8) und ein Heißfilm-Anemometer (10) aufweist, mit einem Eintrittsbereich (2) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist, wobei das Heißfilm-Anemometer (10) einen Heizwiderstand (29) und einen Temperaturmesswiderstand (27, 202, 129, 208) aufweist, der Heizwiderstand (29, 128, 203, 207) und der Temperaturmesswiderstand (27, 202, 129, 208) separate Schichtwiderstände sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißfilm-Anemometer (10) in einem Abgasrückführkanal vor der Kühlung (8) angeordnet ist oder in einem luftgekühlten Kühler.
Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Abgasrückführung aus einem Austrittsbereich einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine in einen Lufteintrittsbereich, dem ein einstellbares Gemisch aus Abgas und einströmender Luft der Maschine zuführbar ist, und eine Kraftstoffmenge einstellbar ist, wobei der Austrittsbereich (4) über eine Abgasrückführleitung, die ein steuerbares Ventil (5), eine Abgaskühlvorrichtung (8) und ein Heißfilm-Anemometer (10) aufweist, mit einem Eintrittsbereich (2) der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei der Massenstrom-Sensor einen Heizwiderstand (29, 128, 203, 207) und einen Temperaturmesswiderstand (27, 202, 129, 208) aufweist, der Heizwiderstand und der Temperaturmesswiderstand (27, 202, 129, 208) separate Schichtwiderstände sind, dadurch gekennzeichnet, dass weder für die Frischluft noch für das gekühlte Abgas ein weiteres Heißfilm-Anemometer (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmesselement (27, 202, 129, 208) zwei Platin-Dünnfilm-Widerstände (202a, 202d, 208a, 208d) auf keramischem Untergrund (202c, 208c) aufweist, deren Widerstände um ein Vielfaches auseinander liegen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrteiliges Keramikbauteil des Heißfilm-Anemometers (10) ein Trägerelement (7), ein Temperaturmesselement (27, 202, 129, 208) und ein Heizelement (29, 128, 203, 207) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass deren Heißfilm-Anemometer (10) eine Öffnung eines Deckels (107) oder einer Hohlkörperfläche aufweist, in der ein Temperaturmesselement (27, 129) und ein Heizelement (29, 128) befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Widerstände (202a, 202d, 203a, 207a, 208a, 208d) des Temperaturmesselements (27, 129, 202, 208) in einer Ebene liegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinere Widerstand (Heizer 202d) des Temperaturmesselements (27, 129, 202, 208) den größeren Widerstand (202a zur Temperaturmessung) des Temperaturmesselements (27, 129, 202, 208) einrahmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, deren Heißfilm-Anemometer (10), Schichtwiderstände aus einem Substrat mit elektrisch isolierender Oberfläche und darauf angeordneter strukturierter Widerstandsschicht (202a, 202d, 208a, 208d) in einer oder mehrerer Öffnung(en) eines Deckels (107) oder einer Hohlkörperstirnseite enthält, wobei die Schichtwiderstände (128, 129) in der oder den Öffnung(en) befestigt sind und wobei sich zwei Schichtwiderstände bezüglich ihres Widerstandes um ein bis drei Größenordnungen unterscheiden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schichtwiderstände (128, 129) auf einem gemeinsamen keramischen Untergrund (107) in einer Öffnung gehalten werden.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf keramischen Untergründen (202c, 203c, 207c, 208c) jeweils zwei Schichtwiderstände im engeren Sinn als Widerstände in Form von Leiterbahnen (202a, 203a, 207a, 208a) angeordnet sind und die zwei keramischen Untergründe (202c, 203c, 207c, 208c) in jeweils einer Öffnung befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche der Öffnung(en) um ein bis fünf Größenordnungen kleiner ist als die Deckelgrundfläche oder Stirnseite.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (107) scheibenförmig ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der ein Temperatursensor (27, 202, 129, 208) und ein Heizleistungssensor (29, 128, 203, 207) in ein Trägerelement (107) gesteckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (27, 202, 129, 208) einen Temperaturmesswiderstand und einen Heizleiter als Platin-Dünnfilm- oder Dickfilm-Widerstände (202a, 202d, 208a, 208d) auf keramischen Untergrund aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (107, 201) aus temperaturbeständigem anorganischem Material (250°C, insbesondere > 400°C Dauereinsatztemperatur) besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmesselement (129) und das Heizelement (128) senkrecht zu dem Trägerelement (107) angeordnet sind.
Verfahren zur Abgasrückführung in einen Lufteintrittsbereich einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine, dem ein einstellbares Gemisch aus abgekühltem Abgas und einströmender Luft der Maschine zugeführt wird, und eine Kraftstoffmenge zugeführt wird und aus rückgeführtem Abgas mittels einem Heißfilm-Anemometer (10) ein Istwert-Signal (X, X1, X2) gebildet und mit einem Sollwert-Signal (w) für einen optimalen Arbeitspunkt der Maschine verglichen wird, wobei eine Regelabweichung des Istwert-Signals zu einem Stellsignal (Y, Y1, Y2) führt, das in die Abgasrückführung eingreift, das Heißfilm-Anemometer (10) einen Temperaturmesswiderstand (27, 202, 129, 208) und einen Heizwiderstand (29, 128, 203, 207) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas vor einem Kühler (8) oder in einem luftgekühlten Kühler einem Schichtwiderstände aufweisenden Heißfilm-Anemometer (10) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmesselement (27, 202, 129, 208) einen Platin-Dünnfilm-Widerstand (202a) auf keramischem Untergrund zur Temperaturmessung aufweist und mit einem zusätzlichen Platin-Dünnfilm-Widerstand (202d) geheizt wird.
Verfahren zur Selbstreinigung eines Heißfilm-Anemometers (10) einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 bei dem ein Temperaturmesselement (27, 129, 202, 208) und ein Heizelement (29, 128, 203, 207) auf einem gemeinsamen Träger element (107, 201) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmesselement (27, 202, 129, 208) einen Platin-Dünnfilm-Widerstand (202a) auf keramischem Untergrund (202c) zur Temperaturmessung aufweist und mit einem zusätzlichen PlatinDünnfilm-Widerstand (202d) geheizt wird.
Verfahren zur Selbstreinigung eines Heißfilm-Anemometers (10) einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 bei dem ein Temperaturmesselement und ein Heizelement (29, 128, 203, 207) in einer Öffnung eines Deckels (107) oder einer Hohlkörperfläche befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmesselement (27, 202, 129, 208) einen Platin-Dünnfilm-Widerstand (202a) auf keramischem Untergrund (202c) zur Temperaturmessung aufweist und mit einem zusätzlichen Platin-Dünnfilm-Widerstand (202d) geheizt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Heißfilm-Anemometers (10) einer Vorrichtung nach Anspruch 6, bei dem ein Temperaturmesselement (27, 129, 202, 208) und ein Heizelement (29, 128, 203, 207) auf einem Trägerelement (107, 201) angeordnet werden dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (201) aus Keramikfolien (201a, 201b, 201c) laminiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Heißfilm-Anemometers (10) einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17 aus Schichtwiderständen und einem Deckel (107) oder einem Hohlkörper, wobei wenigstens zwei Schichtwiderstände, deren Widerstand sich um ein bis zwei Größenordnungen unterscheiden, in Öffnungen des Deckels (107) oder Hohlkörpers gesteckt und in den Öffnungen befestigt werden.
Verfahren zur Selbstreinigung eines Heißfilm-Anemometers (10) einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, bei dem ein Temperaturmesselement und ein Heizelement (29, 128, 203, 207) in ein Trägerelement gesteckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmesselement (27, 202, 129, 208) einen Platin-Dünnfilm-Widerstand (202a) auf keramischem Untergrund (202c) zur Temperaturmessung aufweist und mit einem zusätzlichen Platin-Dünnfilm-Widerstand (202d) geheizt wird.
Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Massendurchflussmessung gasförmiger oder flüssiger Medien durch Rohrleitungen (12), wobei Trägerfolien (2c, 3c, 7c, 8c, 11c) parallel zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnet sind.