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Die
Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für den Ansaugtrakt
und/oder den Abgastrakt eines Kraftfahrzeuges mit Brennkraftmaschine,
umfassend mindestens zwei Sensorelemente zur jeweiligen Erfassung
eines Messwertes betreffend ein Gas im Ansaugtrakt oder im Abgastrakt
und zur jeweiligen Ausgabe eines Messsignals.
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Eine
derartige Sensorvorrichtung, beschrieben beispielsweise in der
DE 10 2007 031 767
A1 für den Fall einer im Abgastrakt anzuordnenden
Sensorvorrichtung mit drei Sensorelementen, dient zur Erfassung
des Zustands des Gases. Hierfür umfasst die Sensorvorrichtung
mindestens zwei Sensorelemente, mit denen Messwerte von Kenngrößen
des Gases erfassbar sind. Die von den mindestens zwei Sensorelementen
ausgegebenen Messsignale können beispielsweise einem Steuergerät
des Kraftfahrzeuges bereitgestellt und von diesem bei der Bestimmung
des Zustands des Gases verwertet werden.
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”Gas” ist
vorliegend nicht auf ein bestimmtes chemisches Element beschränkt,
sondern umfasst auch Gasgemische verschiedener chemischer Elemente
sowie gegebenenfalls darin mitgeführte feste oder flüssige
Bestandteile. ”Kenngrößen” umfassen vorliegend über
Zustandsgrößen des Gases hinaus beispielsweise
auch Konzentrationen von im Gas mitgeführten festen oder
flüssigen Bestandteilen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße
Sensorvorrichtung derart weiterzubilden, dass eine genauere Bestimmung
des Zustandes des Gases ermöglicht wird.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Sensorvorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Sensorvorrichtung eine den mindestens zwei Sensorelementen zugeordnete Auswertungseinrichtung
zur Auswertung von Informationen aufweist, die in den von den mindestens zwei
Sensorelementen ausgegebenen Messsignalen enthalten sind.
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Die
erfindungsgemäße Sensorvorrichtung weist eine
integrierte Auswertungseinrichtung auf, welcher die Messsignale
beispielsweise über Signaleingänge zugeführt
werden können, über die die Auswertungseinrichtung
mit den mindestens zwei Sensorelementen in insbesondere elektrischer
Wirkverbindung stehen kann. Die Auswertungseinrichtung ist allen
Sensorelementen zugeordnet und kann Informationen auswerten, die
in den von den Sensorelementen ausgegebenen Messsignalen enthalten sind.
Beispielsweise können an den Informationen mathematische
Operationen wie Umrechnungen, Mittelwertbildungen, Linearisierungen,
Erarbeitungen steuerungs- und/oder regelungstechnischer Parameter,
Filterungen oder dergleichen von der Auswertungseinrichtung vorgenommen
werden und einem Steuergerät Daten auf Basis der derart
ausgewerteten Informationen bereitgestellt werden. Dies gibt die
Möglichkeit, Operationen, welche andernfalls im Steuergerät
des Kraftfahrzeuges durchzuführen wären, von der
Auswertungseinrichtung in der Sensorvorrichtung am Ort der Erfassung
der Messwerte durchführen zu lassen und auf diese Weise
das Steuergerät zu entlasten. Die Entlastung des Steuergerätes
hin sichtlich der von ihm durchzuführenden Operationen erlaubt
es, dieses mit einer verringerten Anzahl von Aufgaben zu betrauen
und dadurch dessen Fehleranfälligkeit zu verringern. Auf
diese Weise wird eine genauere Erfassung des Zustands des Gases ermöglicht.
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Vorzugsweise
ist mittels der Auswertungseinrichtung die im Messsignal zumindest
eines ersten Sensorelementes enthaltene Information in Abhängigkeit
der im Messsignal zumindest eines zweiten Sensorelementes enthaltenen
Information auswertbar. Mit auf dieser Weise ausgewerteten Informationen
wird eine noch bessere Ermittlung des Zustands des Gases ermöglicht.
Eine Kenngröße betreffende Messwerte, die mittels
des zumindest einen ersten Sensorelementes erfasst werden, können
beispielsweise eine Abhängigkeit vom Zustand einer zweiten
Kenngröße aufweisen, zu deren Erfassung das zumindest
eine zweite Sensorelement ausgebildet ist. Bei der Auswertung der
Informationen kann die Auswertungseinrichtung deren Abhängigkeit
voneinander, die ”Korrelation” zwischen den Informationen,
berücksichtigen. Dies gibt zum Beispiel die Möglichkeit,
dem Steuergerät Daten auf der Basis von im Messsignal des
mindestens einen ersten Sensorelementes enthaltenen Informationen
abhängigkeitsbereinigt zur Verfügung zu stellen.
In entsprechender Weise ist die Möglichkeit gegeben, dem
Steuergerät Daten, die auf den Informationen basieren,
welche im Messsignal des zumindest einen zweiten Sensorelementes
enthalten sind, abhängigkeitsbereinigt zur Verfügung
zu stellen.
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Insbesondere
lässt sich in dem Fall, in dem das zumindest eine erste
Sensorelement zum Zwecke der Erfassung eines Messwertes eine Kenngröße
des Gases beeinflusst, zu deren Erfassung das zumindest eine zweite
Sensorelement ausgebildet ist, bei dieser Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sensorvor richtung
eine genauere Bestimmung des Zustandes des Gases vornehmen. Ist
bekannt, zu welchem Grad das mindestens eine erste Sensorelement
die mittels des mindestens einen zweiten Sensorelementes erfassbare
Kenngröße beeinflusst, kann dies berücksichtigt
werden. Eine derartige ”Querempfindlichkeit” zwischen
dem mindestens einen ersten Sensorelement und dem mindestens einen
zweiten Sensorelement kann bei der Auswertung der Informationen
von der Auswertungseinrichtung beispielsweise rechnerisch kompensiert
werden.
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Günstig
ist es, wenn mittels der Auswertungseinrichtung die im Messsignal
des ersten Sensorelementes enthaltene Information anhand der im Messsignal
des zweiten Sensorelementes enthaltenen Information kalibrierbar
ist. Hierfür kann die Auswertungseinrichtung ein Kalibrierelement
umfassen, mit dessen Hilfe ermittelbar ist, wie die im Messsignal des
ersten Sensorelementes enthaltene Information in Abhängigkeit
der im Messsignal des zweiten Sensorelementes enthaltenen Information
auszuwerten ist. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, dem
Steuergerät möglichst fehlerbereinigte und möglicherweise
sogar fehlerfreie Messdaten zur Verfügung zu stellen. Auch
die bereits angesprochenen Korrelationen zwischen den Kenngrößen
und die Querempfindlichkeiten zwischen den Sensorelementen lassen
sich auf diese Weise mittels der Auswertungseinrichtung korrigieren.
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Von
Vorteil ist es, wenn mittels der Auswertungseinrichtung die im Messsignal
des ersten Sensorelementes enthaltene Information anhand der im Messsignal
des zweiten Sensorelementes enthaltenen Information verifizierbar
ist. Die von dem ersten Sensorelement und von dem zweiten Sensorelement erfassten
Messwerte lassen sich auf diese Weise von der Auswertungseinrichtung
hin sichtlich ihrer Plausibilität überprüfen.
Hierfür kann die Auswertungseinrichtung ein die Plausibilitätsprüfung
durchführendes Verifikationselement umfassen. Es kann vorgesehen sein,
dass ausgewertete Informationen von der Sensorvorrichtung an das
Steuergerät erst dann weitergegeben werden, wenn die Plausibilitätsprüfung
das Überschreiten einer gewissen Plausibilitätsschwelle ergeben
hat. Möglich ist es auch, dass bei Vorliegen eines negativen
Plausibilitätsergebnisses dem Steuergerät eine
Information bereitgestellt wird, die beispielsweise zur Kontrolle
der Sensorvorrichtung auffordert.
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Günstig
ist es, wenn mittels der Auswertungseinrichtung die im Messsignal
zumindest eines Sensorelementes enthaltene Information in vorgebbaren
Intervallen auswertbar und/oder ausgebbar ist. Dadurch ist die Möglichkeit
einer bedarfsgerechten Auswertung und/oder Ausgabe von Informationen gegeben.
Die Intervalle, in denen Informationen ausgewertet und/oder darauf
basierende Daten ausgegeben werden, können je nach Art
des Sensorelementes und der zu erfassenden Kenngröße
variieren. Sie können beispielsweise für jedes
Sensorelement unterschiedlich und/oder unabhängig vom Betriebszustand
des Kraftfahrzeuges sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das
Steuergerät des Kraftfahrzeuges der Auswertungseinrichtung
dynamisch abhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Kraftfahrzeuges
Intervalle zum Auswerten von Informationen und/oder zur Ausgabe
von darauf beruhenden Daten übermittelt.
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Vorzugsweise
ist die Auswertungseinrichtung programmierbar ausgebildet, denn
auf diese Weise ist eine benutzerfreundliche Möglichkeit
gegeben, die Funktionalität der Auswertungseinrichtung den
zum jeweiligen Einsatz der Sensorvorrichtung erforderlichen Anforderungen
entsprechend einzurichten.
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Auf
diese Weise ist die Sensorvorrichtung vielseitiger einsetzbar. Es
ist beispielsweise möglich, dass die Auswertungseinrichtung
im Betrieb des Kraftfahrzeuges durch von dem Steuergerät
ausgesendete Signale dynamisch programmiert wird. Es kann auch vorgesehen
sein, dass die Auswertungseinrichtung nur bei der Montage oder der
Inbetriebnahme der Sensorvorrichtung einmalig programmiert wird.
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Die
vorstehend beschriebenen Funktionen der Auswertungseinrichtung lassen
sich auf technisch günstige Weise dadurch erzielen, dass
die Auswertungseinrichtung einen Mikrokontroller umfasst und insbesondere
als ein solcher ausgebildet ist. Dieser weist günstigerweise
eine Mehrzahl von Signaleingängen auf, von denen jeder
einem der zumindest zwei Sensorelemente der Sensorvorrichtung zugeordnet
ist.
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Bevorzugt
weist die Sensorvorrichtung mindestens ein mindestens einem Sensorelement
zugeordnetes Signalbearbeitungsglied zur Bearbeitung des von dem
mindestens einen Sensorelement ausgegebenen oder auszugebenden Messsignals
auf. Hierbei ist jedem Sensorelement günstigerweise jeweils
ein Signalbearbeitungsglied zugeordnet, das günstigerweise
in ihm integriert ist. Auf diese Weise wird das mindestens eine
Signalbearbeitungsglied von dem Sensorelement umfasst. Mittels des
Signalbearbeitungsgliedes kann das Messsignal vorverarbeitet und
beispielsweise in eine Form gebracht werden, die eine Verarbeitung
des Messsignals und Auswertung der darin enthaltenen Informationen
durch die Auswertungseinrichtung vereinfacht. Beispielsweise kann
das mindestens eine Signalbearbeitungsglied eine Signalverstärkung
vornehmen. Es kann auch einen A/D-Wandler oder einen D/A-Wandler
zur Wandlung des Messsignales umfassen.
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Von
Vorteil ist es, wenn die Sensorvorrichtung einen einzigen Signalausgang
umfasst, über den auf der ausgewerteten Information basierende Daten
ausgebbar sind. Bei dem einzigen Signalausgang der Sensorvorrichtung
kann es sich insbesondere um einen einzigen Signalausgang der Auswertungseinrichtung
handeln, oder dem einzigen Signalausgang der Sensorvorrichtung ist
ein einziger Signalausgang der Auswertungseinrichtung zugeordnet. Dies
erleichtert die Integration der Sensorvorrichtung in die Gesamtheit
der Kraftfahrzeugelektrik. Unabhängig davon, wie viele
Sensorelemente die Sensorvorrichtung aufweist, bedarf es zur Ausgabe
von Daten an das Steuergerät nur eines einzigen Signalausganges
und damit einer einzigen Schnittstelle. Die Entstehung von Verbindungsfehlern
lässt sich auf diese Weise reduzieren, und Verbindungsfehler
lassen sich bei ihrem Auftreten auf einfachere Weise lokalisieren.
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Von
Vorteil ist es, wenn der Signalausgang zum Anschluss der Sensorvorrichtung
an ein Datenbussystem ausgebildet ist. Dadurch lässt sich
die Sensorvorrichtung an ein im Kraftfahrzeug vorhandenes Datenbussystem
anschließen. Der Signalausgang kann insbesondere zum Anschluss
an einen SENT-Bus oder an einen LIN-Bus ausgebildet sein. Um die
von der Sensorvorrichtung ausgegebenen Daten buskompatibel bereitzustellen,
kann sie ein entsprechendes Bearbeitungsglied aufweisen, welches
in die Auswertungseinrichtung integriert sein kann.
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Vorzugsweise
weist die Sensorvorrichtung einen einzigen Stromanschluss zu ihrem
Anschluss an eine Energieversorgungseinrichtung des Kraftfahrzeuges
auf. Über den Stromanschluss, der insbesondere an der Auswertungseinrich tung
angeordnet sein kann, kann die Sensorvorrichtung mit Energie versorgt
werden. Zur Verwaltung und Verteilung der ihr zugeführten
Energie kann die Sensorvorrichtung ein Energieversorgungsglied aufweisen,
welches vorzugsweise von der Auswertungseinrichtung umfasst wird.
Durch den einzigen Stromanschluss reduziert sich die Zahl der Schnittstellen
der Sensorvorrichtung zur Energieversorgungseinrichtung des Kraftfahrzeuges
unabhängig von der Anzahl der Sensorelemente der Sensorvorrichtung.
Fehler beim Verbinden der Sensorvorrichtung mit der Energieversorgungseinrichtung
lassen sich damit weitgehend vermeiden und bei ihrem Auftreten einfacher
identifizieren.
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Günstig
ist es, wenn die Sensorvorrichtung mindestens zwei Sensorelemente
zur Erfassung verschiedener Kenngrößen des Gases
umfasst. Auf diese Weise können Messwerte zumindest bezüglich zweier
Kenngrößen des Gases erfasst werden, so dass die
Sensorvorrichtung vielseitiger einsetzbar und der Zustand des Gases
auf genauere Weise bestimmbar ist. Insbesondere kann vorgesehen
sein, dass sämtliche Sensorelemente unterschiedliche Kenngrößen
des Gases erfassen.
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Bei
einer andersartigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Sensorvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Sensorvorrichtung
mindestens zwei Sensorelemente zur Erfassung derselben Kenngröße
des Gases umfasst, wobei insbesondere sämtliche Sensorelemente
zur Erfassung derselben Kenngröße ausgebildet
sein können.
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Vorteilhafterweise
ist mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit
des Gases ausgebildet. Anhand des Messsignals dieses mindestens
einen Sensorelementes kann zum Beispiel durch die Auswertungs einrichtung der
von der Brennkraftmaschine angesaugte Gasmassenstrom und insbesondere
Luftmassenstrom ermittelt werden. Die Kenntnis des von der Brennkraftmaschine
angesaugten Gasmassenstromes ermöglicht eine Steuerung
und/oder Regelung des Verbrennungsvorganges, bei der beispielsweise
die der Brennkraftmaschine zugeführte Treibstoffmenge in Abhängigkeit
der pro Zeiteinheit angesaugten Gasmasse ermittelt wird. Ein derartiges
Sensorelement wird üblicherweise als Luftmassenmesser oder
Luftmengenmesser bezeichnet und ist beispielsweise in Form eines
Heißfilm- oder Hitzdrahtanemometers ausgestaltet.
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Bevorzugt
ist mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der Feuchte des Gases
ausgebildet und insbesondere zur Erfassung der relativen Feuchte
des Gases, vorzugsweise Luft. Die Kenntnis der Feuchte des Gases
erlaubt eine noch genauere Steuerung und/oder Regelung des Verbrennungsprozesses
der Brennkraftmaschine. Darüber hinaus kann die Kenntnis
der Feuchte bei der Steuerung und/oder Regelung der Abgasnachbehandlung
von Vorteil sein, beispielsweise dann, wenn dem Abgas ein Harnstoff-Wasser-Gemisch
zur Reduktion von Stickoxiden mittels eines SCR-Katalysators zugesetzt
wird. Das mindestens eine Sensorelement ist beispielsweise als kapazitives
Sensorelement ausgestaltet, mit dem die Änderung eines
Dielektrizitätsbeiwertes erfassbar ist.
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Günstigerweise
ist mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der Temperatur des
Gases ausgebildet, denn auf diese Weise lässt sich der
Zustand des Gases noch genauer bestimmen. Die Kenntnis der Temperatur
des Gases erlaubt eine noch bessere Steuerung und/oder Regelung
des Verbrennungspro zesses. Das mindestens eine Sensorelement ist
beispielsweise als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet.
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Bei
einer Umsetzung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung
hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Sensorvorrichtung
ein Sensorelement zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit
des von der Brennkraftmaschine angesaugten Gases aufweist, ein Sensorelement
zur Erfassung der Feuchte des Gases sowie ein Sensorelement zur
Erfassung der Temperatur des Gases, um eine umfassende Steuerung
und/oder Regelung des Verbrennungsprozesses sowie gegebenenfalls
der Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Sensorvorrichtung weitere Sensorelemente
aufweist zur Erfassung weiterer, noch nicht genannter Kenngrößen des
Gases, beispielsweise des Druckes des angesaugten Gases oder des
Gehaltes von Stickoxiden von Gas im Abgastrakt, sollte die Sensorvorrichtung im
Abgastrakt angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise
ist mindestens ein Sensorelement und/oder die Auswertungseinrichtung
in Mikrostrukturbauweise gefertigt. Dies gibt die Möglichkeit,
der Sensorvorrichtung eine kompakte Bauform zu verleihen. Beispielsweise
können mindestens ein Sensorelement und/oder die Auswertungseinrichtung
in Form integrierter Mikroschaltkreise vorliegen oder diese umfassen.
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Als
günstig für die Konstruktion der Sensorvorrichtung
hat es sich erwiesen, wenn die Sensorvorrichtung mindestens ein
Trägerteil umfasst, auf dem mindestens ein Sensorelement
und/oder die Auswertungseinrichtung festgelegt sind.
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Insbesondere
kann das mindestens eine Trägerteil als planares Substrat
ausgebildet sein, beispielsweise als Leiterplatte, als Keramiksubstrat
oder als monolithisches Halbleitersubstrat. Auf dem Substrat können
mindestens ein Sensorelement und/oder die Auswertungseinrichtung,
vorzugsweise in Dünnschichttechnik und beispielsweise in
Form von integrierten Schaltungen ausgestaltet sein. Dies ermöglicht
eine kompakte Bauweise der Sensorvorrichtung. Auch lassen sich die
Herstellungskosten für die Sensorvorrichtung gering halten,
wenn mindestens ein Sensorelement, bevorzugt alle Sensorelemente,
und/oder die Auswertungseinrichtung auf mindestens einem Substrat
integriert sind.
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Von
Vorteil ist es, wenn zwei Sensorelemente, deren erstes zum Zwecke
der Erfassung eines Messwertes eine Kenngröße
des Gases beeinflusst, zu deren Erfassung das zweite Sensorelement
ausgebildet ist, auf verschiedenen Trägerteilen festgelegt
sind. Die Beeinflussung der vom zweiten Sensorelement erfassten
Messwerte durch den Betrieb des ersten Sensorelementes lässt
sich auf diese Weise verringern. Beispielsweise hat es sich als
günstig erwiesen, ein erstes Sensorelement in Form eines
beheizbaren Luftmassenmessers und ein zweites Sensorelement in Gestalt
eines Temperaturmessers auf unterschiedlichen Trägerteilen
festzulegen, um eine Störung des Temperaturmessers durch
den Betrieb des Luftmassenmessers aufgrund einer Erhöhung der
Temperatur desjenigen Trägerteils, auf dem der Luftmassenmesser
festgelegt ist, möglichst gering zu halten.
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Vorteilhafterweise
bildet die Sensorvorrichtung mindestens einen von einer oder mehreren Wandungen
mindestens teilweise begrenzten Messraum aus, in dem mindestens
ein Sensorelement angeordnet ist. Auf diese Weise ist das mindestens
eine Sensorelement dem Gas nicht gänzlich ungeschützt ausgesetzt.
Der mindestens eine Messraum kann durch die eine oder die mehreren
Wandungen derart begrenzt sein, dass möglichst vorteilhafte
Bedingungen zum Erfassen von Messwerten derjenigen Kenngröße
bereitgestellt werden, zu deren Erfassung das mindestens eine Sensorelement
ausgebildet ist.
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Vorzugsweise
weisen die eine oder die mehreren Wandungen zumindest eine Durchbrechung als
Eintrittsöffnung für Gas in den mindestens einen Messraum
auf. Dies ermöglicht es dem Gas, in den mindestens einen
Messraum einzutreten und in Kontakt mit mindestens einem Sensorelement
zu geraten, welches in dem mindestens einen Messraum angeordnet
ist.
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Günstig
ist es, wenn die Sensorvorrichtung zwei oder mehr Messräume
ausbildet, wobei die mindestens eine Durchbrechung der einen oder
der mehreren Wandungen, die einen ersten Messraum begrenzen, eine
andere Größe aufweist als die mindestens eine
Durchbrechung der einen oder der mehreren Wandungen, die zumindest
einen der weiteren Messräume begrenzen. Dies gibt die Möglichkeit,
zwei oder mehr Messräume auszubilden, in deren einer oder
mehreren Wandungen Eintrittsöffnungen mit unterschiedlicher
Größe ausgebildet sind. Beispielsweise kann vorgesehen
sein, dass in einem ersten Messraum ein erstes Sensorelement angeordnet
ist, dem zur Gewährleistung einer genauen Messung eine
große Menge an Gas zugeführt werden muss, etwa
in laminarer Strömung. Die den ersten Aufnahmeraum begrenzende(n)
Wandung(en) sollte(n) daher große Eintrittsöffnungen
aufweisen. In einem der weiteren Messräume kann demgegenüber ein
zweites Sensorelement angeordnet sein, welches empfindlich auf im
Gas mitgeführte Partikel reagiert, so dass die eine oder
die mehreren diesen Messraum begrenzenden Wandungen vorzugsweise
kleine Eintrittsöffnungen aufweisen, um ein Eintreten der im
Gas geführten Partikel in dem Messraum zu verhindern.
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Vorteilhafterweise
ist mindestens ein Messraum als längserstreckter Strömungskanal
ausgebildet, in dem insbesondere eine laminare Gasströmung
erzielbar ist. In diesem Messraum ist günstigerweise ein
Sensorelement angeordnet zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit
des von der Brennkraftmaschine angesaugten Gases, zum Beispiel ein Heißfilm-
oder Hitzdrahtanemometer.
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Bevorzugt
sind zwei Sensorelemente, deren erstes zum Zwecke der Erfassung
eines Messwertes eine Kenngröße des Gases beeinflusst,
zu deren Erfassung das zweite Sensorelement ausgebildet ist, in verschiedenen
Messräumen angeordnet. Auf diese Weise ist die Möglichkeit
gegeben, die von dem zweiten Sensorelement erfasste Kenngröße
des Gases durch den Betrieb des ersten Sensorelementes möglichst
wenig zu beeinflussen, so dass eine genauere Bestimmung des Zustandes
des Gases ermöglicht wird.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Sensorvorrichtung ein die eine oder die mehreren Wandungen ausbildendes
Sensorgehäuse, denn dies ermöglicht eine einfache
Ausgestaltung der Sensorvorrichtung. Im Sensorgehäuse können
mindestens ein Sensorelement und/oder die Auswertungseinrichtung
gehalten sein, beispielsweise indem sie auf mindestens einem im
Sensorgehäuse gehaltenen Trägerteil festgelegt
sind. Ferner ist am Sensorgehäuse bevorzugt mindestens
ein Verbindungselement und/oder mindestens ein Dichtelement angeordnet
zur Verbindung der Sensorvorrichtung mit einem Gas führenden Körper
des Kraftfahrzeuges im Ansaugtrakt oder im Abgastrakt bzw. zur Abdichtung
dieses Körpers im eingebauten Zustand der Sensorvorrichtung.
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Es
kann vorgesehen sein, dass je nach Einsatzort der Sensorvorrichtung
das Sensorgehäuse zum Beispiel aus einem Kunststoffmaterial
oder aus einem Metallmaterial gefertigt ist.
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Günstig
ist es, wenn die Sensorvorrichtung mindestens ein zumindest ein
Sensorelement zumindest teilweise umgebendes Schutzelement zum Schutz
des mindestens einen Sensorelementes vor einem im Gas enthaltenen
Stoff aufweist. Dadurch kann eine Beschädigung des mindestens
einen Sensorelementes sowie eine Beeinträchtigung der Messung
durch den im Gas enthaltenen Stoff vermieden werden. Bei dem Stoff
kann es sich beispielsweise um einen Bestandteil des Gasgemisches
handeln, insbesondere handelt es sich aber um im Gas geführte
Partikel, welche dann beim Auftreffen auf das mindestens eine Sensorelement
eine Beschädigung desselben hervorrufen können.
Weist die Sensorvorrichtung ein Sensorelement auf, welches zur Erfassung
der Feuchte des Gases ausgebildet ist, ist insbesondere dieses vom
Schutzelement zumindest teilweise umgeben.
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Es
kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Schutzelement als
feinporige Membran ausgebildet ist. Insbesondere dann, wenn das
mindestens eine Sensorelement wie vorstehend beschrieben zur Messung
der Feuchte des Gases ausgebildet ist, wird auf diese Weise ermöglicht,
dass eine im Gas mitgeführte Feuchtemenge durch die Membran
hindurch treten kann, um eine Messung der Feuchte durch das mindestens
eine Sensorelement zu ermög lichen. Zugleich bleibt das
Sensorelement vor im Gas mitgeführten schädlichen
Partikeln, beispielsweise aus Öl und Schmutz, geschützt.
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Alternativ
oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das mindestens
eine Schutzelement als Gitter ausgebildet ist. Durch ein Gitter
können beispielsweise im Gas mitgeführte Partikel
zurückgehalten und dadurch am Auftreffen auf das mindestens eine
Sensorelement gehindert werden.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
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2:
ein Blockschaltbild von elektrisch wirksamen Komponenten der Sensorvorrichtung
aus 1;
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3:
eine schematische Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung im eingebauten
Zustand;
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4:
eine schematische Schnittansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung im eingebauten Zustand;
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5:
eine schematische Schnittansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung im eingebauten Zustand
und
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6:
eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges
mit einem Ansaugtrakt und einem Abgastrakt mit daran angeordneten
und mit einem Steuergerät des Kraftfahrzeuges verbundenen
Sensorvorrichtungen.
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Eine
erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Sensorvorrichtung ist in 1 der Zeichnung schematisch
dargestellt und dort insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegt. Die
Sensorvorrichtung 10 kann beispielsweise wie weiter unten
beschrieben im Ansaugtrakt für eine Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeuges angeordnet werden, um Informationen über
den Zustand des von der Brennkraftmaschine angesaugten Gases zu gewinnen
und diese an ein Steuergerät des Kraftfahrzeuges weiterzugeben.
Erforderliche Temperaturstabilität vorausgesetzt, kann
die Sensorvorrichtung 10 auch im Abgastrakt des Kraftfahrzeuges
angeordnet werden.
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Die
Sensorvorrichtung 10 umfasst ein Sensorgehäuse 12 mit
einer Gehäusewand 14, in dem auf bekannte und
deswegen nicht näher erläuterte Weise ein erstes
Trägerteil in Form eines planaren Substrates 16 gehalten
ist. Bei dem Substrat 16 kann es sich vorliegend beispielsweise
um eine Leiterplatte, ein Keramiksubstrat oder um ein monolithisches Halbleitersubstrat
handeln. Auf dem Substrat 16 sind ein erstes Sensorelement 18,
ein zweites Sensorelement 20 sowie ein drittes Sensorelement 22 der
Sensorvorrichtung 10 festgelegt, beispielsweise in Dünnschichttechnik
und bevorzugt in Form integrierter Schaltungen in Mikrostrukturbauweise.
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Mittels
des ersten Sensorelementes 18 ist die Strömungsgeschwindigkeit
von Gas erfassbar, insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit
der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft. Weil auf der Basis
der vom Sensorelement 18 erfassten Messwerte der von der
Brennkraftmaschine angesaugte Luftmassenstrom, d. h. die pro Zeiteinheit
angesaugte Luftmasse oder auch Luftmenge ermittelt werden kann,
wird das erste Sensorelement 18 auch als Luftmassenmesser 24 bezeichnet
wird. Es kann beispielsweise in Form eines Heißfilm- oder
Hitzdrahtanemometers ausgestaltet sein.
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Mittels
des zweiten Sensorelementes 20 kann die Feuchte, insbesondere
die relative Feuchte, des von der Brennkraftmaschine angesaugten
Gases erfasst werden, weswegen das zweite Sensorelement 20 auch
als Feuchtemesser 26 bezeichnet wird. Die Erfassung der
Feuchte des Gases kann beispielsweise unter Ausnutzung eines kapazitiven Messeffektes
erfolgen.
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Das
dritte Sensorelement 22 dient der Erfassung der Temperatur
des von der Brennkraftmaschine angesaugten Gases, weswegen es auch
als Temperaturmesser 28 bezeichnet wird. Beispielsweise kann
es in Form eines temperaturabhängigen Widerstandes ausgestaltet
sein.
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Kommt
die Sensorvorrichtung 10 im Abgastrakt des Kraftfahrzeuges
zum Einsatz, ist es möglich, dass der Luftmassenmesser 24 nicht
zum Erfassen der Strömungsgeschwindigkeit des von der Brennkraftmaschine
ausgestoßenen Abgases betrieben wird. Ein Einsatz der Sensorvorrichtung 10 im Abgastrakt bietet
sich allerdings beispielsweise selbst dann an, wenn lediglich Feuchte
und/oder Temperatur des Abgases mit der kostengünstig herstellbaren
Sensorvorrichtung 10 zu ermitteln sind.
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Das
Substrat 16 mit den darauf festgelegten Sensorelementen 18, 20 und 22 ist
in einem von der Gehäusewand 14 begrenzten und
von der Sensorvorrichtung 10 ausgebildeten Messraum 30 angeordnet.
In diesen Messraum 30 kann ein Teil des von der Brennkraftmaschine
angesaugten Gases eintreten, wofür die Gehäusewand 14 eine
Vielzahl von Durchbrechungen 32 aufweist, die als Eintrittsöffnungen
für das Gas dienen. Gleichzeitig können die Sensorelemente 18, 20 und 22 vor
im Gas mitgeführten Partikeln geschützt werden,
die größer als die Durchbrechungen 32 sind. Über
die Durchbrechungen 32 in den Messraum 30 eingetretenes
Gas kann in Kontakt mit dem Luftmassenmesser 24, dem Feuchtemesser 26 und
dem Temperaturmesser 28 treten, so dass diese jeweils Messwerte
betreffend die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten
Luft, die Feuchte bzw. die Temperatur des Gases erfassen können.
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Weil
der Feuchtemesser 26 sehr empfindlich gegenüber
im Gas mitgeführten Partikeln, etwa aus Schmutz und Öl,
ist, ist er von einem Schutzelement 34 in Gestalt einer
feinporigen Membran 36 umgeben. Die Membran 36 ist
auf dem Substrat 16 festgelegt und umgibt den Feuchtemesser 26 derart,
dass nur Gasmoleküle sowie eine mit dem Gas mitgeführte
Feuchtemenge, insbesondere aus Wasser, die Membran 36 durchdringen
können, um an den Feuchtemesser 26 zu gelangen.
Im Gas mitgeführte und für den Feuchtemesser 26 schädliche
Partikel wie Schmutz oder dergleichen, die zwar in den Messraum 30 eintreten
können, können die Membran 36 aber nicht
durchdringen und so keine Verfälschung der Feuchtemessung
oder gar eine Beschädigung des Feuchtemessers 26 bewirken.
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Im
Sensorgehäuse 12 ist ferner ein zweites Trägerteil
in Form eines zweiten Substrates 38 angeordnet und darin
auf ebenfalls bekannte und nicht näher erläuterte
Weise gehalten. Auch das Substrat 38 kann beispielsweise
in Form einer Leiterplatte, eines Keramiksubstrates oder eines monolithischen
Halbleitersubstrates ausgebildet sein. Auf dem Substrat 38 ist
eine Auswertungseinrichtung 40, beispielsweise in Form
einer integrierten Schaltung in Mikrostrukturbauweise und insbesondere
in Gestalt eines Mikrokontrollers 42 festgelegt sowie ferner
ein Datenverarbeitungsglied 44 und ein Energieversorgungsglied.
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Wie
in dem in 2 gezeigten Blockschaltbild
der Sensorvorrichtung 10 – das im Übrigen
auch auf die nachfolgend beschriebenen Sensorvorrichtungen 100, 200 und 300 zutrifft – zu
erkennen ist, steht der Luftmassenmesser 24 mit dem Mikrokontroller 42 über
eine erste Signalleitung 48, die an einem ersten Signaleingang 50 des
Mikrokontrollers 42 angeschlossen ist, in elektrischer
Wirkverbindung. Zwei Abschnitte der ersten Signalleitung sind auf
den Substraten 16 bzw. 38 in bekannter und deswegen nicht
gezeigter und erläuterter Weise integriert ausgebildet,
so dass in 1 von der ersten Signalleitung 48 nur
ein Leitungsabschnitt 52 dargestellt ist. Dieser kann endseitig
mit den Substraten 16 und 38 beispielsweise mittels
Steckverbindungen und damit mit den nicht gezeigten Leitungsabschnitten
verbunden werden.
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In
entsprechender Weise steht der Feuchtemesser 26 über
eine zweite Signalleitung 54, die an einen zweiten Signaleingang 56 des
Mikrokontrollers 42 an geschlossen ist, mit diesem in elektrischer Wirkverbindung.
Von der zweiten Signalleitung 54 ist in 1 nur
ein Leitungsabschnitt 58 gezeigt, über den die
Verbindung zwischen dem Substrat 15 und dem Substrat 38 hergestellt
wird.
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Weiter
steht in entsprechender Weise der Temperaturmesser 28 mit
dem Mikrokontroller 42 über eine dritte Signalleitung 60,
die an einen dritten Signaleingang 62 des Mikrokontrollers 42 angeschlossen
ist, in elektrischer Wirkverbindung. In 1 ist von
der dritten Signalleitung 62 nur ein Leitungsabschnitt 64 gezeigt, über
den das Substrat 16 mit dem Substrat 38 verbunden
ist.
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Über
die drei Signaleingänge 48, 50 und 52 hinaus
weist der Mikrokontroller 42 einen Energieversorgungseingang 66 auf, über
welchen er mit dem Energieversorgungsglied 46 verbunden
ist, welches seinerseits mit dem einzigen Stromanschluss 68 der Sensorvorrichtung 10 in
Verbindung steht. Über diesen Stromanschluss 68 kann
der Sensorvorrichtung 10 über einen einzigen Eingang
von einer Energieversorgungseinrichtung des Kraftfahrzeuges Energie zugeführt
werden.
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Des
weiteren weist der Mikrokontroller 42 einen einzigen Signalausgang 70 auf, über
den der Mikrokontroller 42 mit dem Datenbearbeitungsglied 44 verbunden
ist, an dem sich ein einziger Datenausgang 72 der Sensorvorrichtung 10 anschließt. Über diesen
können Daten, die auf von der Sensorvorrichtung 10 erfassten
Messwerten betreffend das Gas im Ansaugtrakt basieren, an das Steuergerät
des Kraftfahrzeuges wie nachfolgend beschrieben ausgegeben werden.
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Wie
bereits erwähnt, kann Gas in den Messraum 30 eintreten
und dort in Kontakt mit dem Luftmassenmesser 24, dem Feuchtemesser 26 und
dem Temperaturmesser 28 geraten. Der Luftmassenmesser 24 weist
zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten
Luft ein eigentliches erstes Messglied 74 auf sowie ein
erstes Signalbearbeitungsglied 76, die beide in das erste
Sensorelement 18 integriert sind. In entsprechender Weise
weist der Feuchtemesser 26 zur Erfassung der Feuchte des Gases
ein eigentliches zweites Messglied 78 sowie ein zweites
Signalbearbeitungsglied 80 auf, welche in das zweite Sensorelement 20 integriert
sind. Weiter weist in entsprechender Weise der Temperaturmesser 28 ein
eigentliches drittes Messglied 82 sowie ein drittes Signalbearbeitungsglied 84 auf,
welche in das dritte Sensorelement 22 integriert sind.
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Bei
einer Variante der Sensorvorrichtung 10 sind die Signalbearbeitungsglieder 76, 80 und 84 nicht
in die Sensorelemente 18, 20 und 22 integriert, sondern
sie stellen eigenständige Bauteile dar.
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Die
mittels der Messglieder 74, 78 und 82 erfassten
Messwerte betreffend die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten
Luft, die Feuchte sowie die Temperatur des Gases können
mittels der Signalbearbeitungsglieder 76, 80 bzw. 84 in
eine für den Mikrokontroller 42 geeignete Messsignalform umgewandelt
werden. Beispielsweise können die Signalbearbeitungsglieder 76, 80 und 84 hierfür
Signalverstärkungen vornehmen und/oder A/D-Wandler oder
D/A-Wandler umfassen. Über die Signalleitungen 48, 54 und 60 können
die Messsignale der Sensorelemente 18, 20 bzw. 22 dem
Mikrokontroller 42 zugeführt werden.
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Mittels
des Mikrokontrollers 42 können Informationen,
die in den ihm zugeführten Messsignalen enthalten sind,
ausgewertet werden. Insbesondere kann vom Mikrokontroller 42 anhand
des Messsignals des Luftmassenmessers 24 der von der Brennkraftmaschine
angesaugte Luftmassenstrom ermittelt werden. Weiter können
etwa mathematische Rechenoperationen, etwa Umrechnungen, Mittelwertbildungen,
Linearisierungen, Erarbeitungen von steuerungs- und/oder regelungstechnischen
Parametern, Filterungen oder dergleichen vorgenommen werden. Im
Mikrokontroller 42 kann die mit dem jeweiligen Messsignal
vorzunehmende Art der Auswertung gespeichert sein. Es ist insbesondere
aber auch möglich, dass der Mikrokontroller 42 programmierbar
ist, um vorzugeben, wann welche Auswertungen vorgenommen werden
müssen, insbesondere in welchen Intervallen die Auswertungen
durchgeführt werden müssen.
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Durch
die Möglichkeit, Operationen, welche andernfalls im Steuergerät
des Kraftfahrzeuges durchzuführen wären, vom Mikrokontroller 42 am
Ort der Erfassung der Messwerte durchführen zu lassen, kann
das Steuergerät entlastet werden. Dies erlaubt es, das
Steuergerät mit einer verringerten Anzahl von Aufgaben
zu betrauen und dadurch dessen Fehleranfälligkeit zu verringern.
Auf diese Weise wird eine genauere Erfassung des Zustands des Gases
ermöglicht.
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Weil
für die drei Sensorelemente 18, 20 und 22 ein
gemeinsamer Mikrokontroller 42 verwendet wird, ist es insbesondere
möglich, Informationen, die im Messsignal zumindest eines
der Sensorelemente 18, 20 und 22 enthalten
sind, in Abhängigkeit der Informationen auszuwerten, die
in einem weiteren der Sensorelemente 18, 20 und 22 enthalten
sind. So ist es beispielsweise möglich, dass der Mikrokontroller 42 Informationen,
welche er vom Luftmassenmesser 24 erhält, beim
Auswerten anhand jener Informationen kalibriert, die ihm vom Temperaturmesser 28 zugeführt
werden. Hierfür kann der Mikrokontroller 42 ein
entsprechendes Kalibrierelement aufweisen. Eine derartige Abhängigkeit
von Messwerten von zwei der Sensorelemente 18, 20 und 22 voneinander, die ”Korrelation” zwischen
den Informationen, kann somit vom Mikrokontroller 42 berücksichtigt
werden, so dass eine verbesserte Bestimmung des Zustands des Gases
ermöglicht wird.
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Auch
im Falle von sogenannten ”Querempfindlichkeiten” zwischen
den Sensorelementen 18, 20 und 22 kann
mittels des Mikrokontrollers 42 eine genauere Bestimmung über
den Zustand des Gases getroffen werden. Der beispielsweise als Heißfilmanemometer
ausgebildete beheizbare Luftmassenmesser 24 kann im Betrieb
den Temperaturmesser 28 aufgrund des Heizens beeinflussen,
so dass das vom Temperaturmesser 28 dem Mikrokontroller 42 zugeführte
Messsignal einen systematischen Fehler aufweisen kann. Der Mikrokontroller 42 kann,
da er sowohl mit dem Luftmassenmesser 24 als auch mit dem
Temperaturmesser 28 in Wirkverbindung steht, diese Störung
bei der Auswertung der Daten berücksichtigen, so dass die
Querempfindlichkeit des Temperaturmessers 28 bezüglich
des Luftmassenmessers 24 kompensiert werden kann.
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Eine
weitere Möglichkeit, Korrelationen zwischen Informationen,
die dem Mikrokontroller 42 zugeführt werden, zu
berücksichtigen, besteht beispielsweise zwischen den vom
Feuchtemesser 26 und dem vom Luftmassenmesser 24 erfassten
Messwerten. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass der Feuchtegehalt
der Luft Einfluss auf das Messergebnis des Luftmassenmessers 24 hat.
Infor mationen, die im Messsignal des Luftmassenmessers 24 enthalten
sind, können somit vom Mikrokontroller 42 anhand
der Informationen, welche im Messsignal des Feuchtemessers 26 enthalten
sind, kalibriert werden.
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Es
ist auch möglich, dass mittels des Mikrokontrollers 42 eine
Plausibilitätsprüfung der ihm zugeführten
Informationen erfolgt, bei welcher Informationen eines der Sensorelemente 18, 20 und 22 auf Basis
der Informationen eines anderen der Sensorelemente 18, 20 und 22 hinsichtlich
ihrer Plausibilität überprüft werden.
Hierfür kann der Mikrokontroller 42 ein entsprechendes
Verifikationselement aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass der
Mikrokontroller 42 erst dann ausgewertete Daten an das
Steuergerät weitergibt, wenn eine gewisse Plausibilitätsschwelle überschritten
ist.
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Daten
basierend auf der Auswertung von Informationen durch den Mikrokontroller 42 können über
den Signalausgang 70 dem Datenbearbeitungsglied 44 zugeführt
werden. Das Datenbearbeitungsglied 44 ist in der Lage,
die Daten in ein busfähiges Format zu überführen,
beispielsweise in ein SENT-Bus- oder in ein LIN-Bus-Format. Über
den einzigen Datenausgang 72 können diese Daten
einem Datenbus des Kraftfahrzeuges und insbesondere einem an den
Datenbus angeschlossenen Steuergerät des Kraftfahrzeuges
zugeführt werden. Die Sensorvorrichtung 10 ist
somit nur über einen einzigen Datenausgang 72 an
den Datenbus anschließbar. Auf diese Weise ist die Anzahl
erforderlicher Schnittstellen für die Sensorvorrichtung 10 verringert. Dies
vermeidet nicht nur Fehler beim Anschließen der Sensorvorrichtung 10,
weil weniger Verbindungen erfolgen müssen, sondern es ermöglicht
auch bei Vorhandensein eines Fehlers, diesen zügiger zu lokalisieren.
Dieselben Vorteile lassen sich im Übrigen hinsichtlich
der Energieversorgung der Sensorvorrichtung 10 mittels
des einzigen Stromanschlusses 68, somit die einzige Energieschnittstelle
der Sensorvorrichtung 10 darstellend, sicherstellen.
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Eine
zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Sensorvorrichtung ist in 3 in schematischer Schnittansicht
gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 100 belegt. Merkmale und
Bauteile der Sensorvorrichtung, die gleich oder gleichwirkend zu
Merkmalen und Bauteilen der Sensorvorrichtung 10 sind,
sind mit denselben Bezugszeichen belegt. Bezüglich dieser
Merkmale und Bauteile wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die
voranstehenden Erläuterungen Bezug genommen. Die voranstehend
beschriebenen Vorteile der Sensorvorrichtung 10 können
mit der Sensorvorrichtung 100 ebenfalls erzielt werden.
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3 zeigt
die Sensorvorrichtung 100 im eingebauten Zustand im Ansaugtrakt
des Kraftfahrzeuges. Der Ansaugtrakt weist hierfür ein
von Luft durchströmtes Ansaugrohr auf, von dem in der Zeichnung
nur eine Wand 102 angedeutet ist. In dieser ist eine seitliche Öffnung 104 ausgebildet,
die von der Sensorvorrichtung 100 mit einem Messbereich 106 durchgriffen
wird, wohingegen ein Kopfbereich 108 der Sensorvorrichtung 100 außerhalb
des Rohres angeordnet ist. Der Kopfbereich 108 ist außenseitig an
der Wand 102 mit mechanischen Verbindungselementen 110 und 112 festgelegt.
Ein zwischen dem Kopfbereich 108 und der Wand 102 angeordnetes umlaufendes
Dichtelement 114 sichert den gasdichten Einbau der Sensorvorrichtung 100 im
Ansaugtrakt.
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Die
Gehäusewand 14 des Sensorgehäuses 12 weist
eine Außenwand 116 auf sowie eine Deckenwand 118,
eine erste Zwischenwand 120 und eine zweite Zwischenwand 122.
Die Deckenwand 118 bildet einen stirnseitigen Abschluss des
Messbereiches 106 und begrenzt den Messraum 30,
nachfolgend erster Messraum 30, ebenso wie die erste Zwischenwand 120,
die der Deckenwand 118 gegenüberliegt, sowie die
Außenwand 116 mit einem Bereich, in dem die Durchbrechungen 32 angeordnet sind.
Ein zweiter Messraum 124 der Sensorvorrichtung 100 wird
von der ersten Zwischenwand 120, der zweiten Zwischenwand 122 sowie
der Außenwand 116 begrenzt, in welcher zwei große
Durchbrechungen 126 und 128 ausgebildet sind.
Diese dienen als große Eintrittsöffnungen für
Gas 130 in den zweiten Messraum 124, der aufgrund
seiner längserstreckten Ausbildung einen Strömungskanal 132 ausbildet.
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Eine
in der ersten Zwischenwand 120 gebildete Durchbrechung 134 wird
vom Substrat 16 durchgriffen, so dass der Luftmassenmesser 24 im zweiten
Messraum 124 angeordnet ist und der Feuchtemesser 26 sowie
der Temperaturmesser 28 im ersten Messraum 30 angeordnet
sind. Zwei das Substrat 16 umgebende Dichtelemente 136 und 138 sorgen
für eine gasdichte Abdichtung zwischen dem ersten Messraum 30 und
dem zweiten Messraum 124 im Bereich der Durchbrechung 134.
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Anstelle
der Membran 36 der Sensorvorrichtung 10 kommt
bei der Sensorvorrichtung 100 zum Schutz des Feuchtemessers 26 ein
Schutzelement in Gestalt eines engmaschigen Gitters 140 zum
Einsatz. Das Gitter 140 kleidet die Außenwand 116 zum ersten
Messraum 30 hin innenseitig aus, so dass vom Gas 130 mitgeführte
Partikel nicht oder nur zu sehr geringem Anteil in dem Messraum 30 eintreten können.
Der Einsatz des Gitters 140 zusätzlich zu den
Durchbrechungen 32 der Außenwand 116 empfiehlt
sich, weil sich mittels des Gitters eine engmaschige Partikelsperre
auf einfachere Weise ausüben lässt als durch die
Perforation der Außenwand 116 mittels der Durchbrechungen 32 allein.
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Es
kann vorgesehen sein, dass bei der Sensorvorrichtung 100 zusätzlich
die Membran 36 zum Schutz des Feuchtemessers 26 zum
Einsatz kommt oder anstelle des Gitters 140 nur die Membran 36.
In entsprechender Weise kann bei der Sensorvorrichtung 10 ergänzend
oder alternativ zur Membran 36 das Gitter 140 zum
Einsatz kommen. Die voranstehenden Aussagen gelten in entsprechender
Weise für die nachfolgend beschriebenen Sensorvorrichtungen 200 und 300.
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Gegenüber
der Sensorvorrichtung 10 bietet die Sensorvorrichtung 100 den
Vorteil, dass sich im Strömungskanal 132 aufgrund
dessen Geometrie eine näherungsweise laminare Strömung
des Gases 130 ausbildet. Der Luftmassenmesser 24 kann
somit bei Vorliegen einer laminaren Gasströmung die Strömungsgeschwindigkeit
der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft auf genauere Weise
bestimmen. Demgegenüber herrscht im ersten Messraum 30 eine
nur sehr geringe Strömungsgeschwindigkeit des Gases 130 vor,
so dass der Feuchtemesser 26 und der Temperaturmesser 28 ihre
Messwerte ebenfalls auf sehr genaue Weise ermitteln können.
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Eine
dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Sensorvorrichtung ist in 4 in schematischer Schnittansicht
gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 200 belegt. Merkmale und
Bauteile der Sensorvorrichtung, die gleich oder gleichwirkend zu
Merkmalen und Bauteilen der Sensorvorrichtungen 10 und 100 sind,
sind mit denselben Bezugszeichen belegt. Bezüglich dieser
Merkmale und Bauteile wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die
voranstehenden Erläuterungen Bezug genommen. Die voranstehend
beschriebenen Vorteile der Sensorvorrichtungen 10 und 100 können
mit der Sensorvorrichtung 200 ebenfalls erzielt werden.
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Die
Sensorvorrichtung 200 unterscheidet sich von der Sensorvorrichtung 100 u.
a. dadurch, dass die erste Zwischenwand 120 nicht die Durchbrechung 134 aufweist.
Die Sensorelemente 18, 20 und 22 sind
auf unterschiedlichen Substraten festgelegt. Insbesondere ist der
Luftmassenmesser 24 auf einem Substrat 202 festgelegt,
welches im Strömungskanal 132 angeordnet ist,
und der Feuchtemesser 26 sowie der Temperaturmesser 28 sind
auf einem Substrat 204 festgelegt, welches im ersten Messraum 30 angeordnet
ist. Auf diese Weise kann Wärme, die beim Beheizen des
Luftmassenmessers 24 entsteht, sich nicht mehr wie bei
den Sensorvorrichtungen 10 und 100 über
das dort benutzte Substrat 16 ausbreiten und so eine mögliche
Störung des Messwertes beim Temperaturmesser 28 hervorrufen. Durch
den Einsatz der zwei Substrate 202 und 204 lässt
sich somit eine genauere Bestimmung der vom Temperaturmesser 28 erfassten
Temperatur sicherstellen.
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Darüber
hinaus unterscheidet sich die Sensorvorrichtung 200 von
der Sensorvorrichtung 100 dadurch, dass anstelle des Gitters 140 zum
Schutz des Feuchtemessers 26 wie bei der Sensorvorrichtung 10 die
Membran 36 zum Einsatz kommt.
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Eine
vierte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Sensorvorrichtung ist in 5 in schematischer Schnittansicht
gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 300 belegt. Merkmale und
Bauteile der Sensorvorrichtung, die gleich oder gleichwirkend zu
Merkmalen und Bauteilen der Sensorvorrich tungen 10, 100 und 200 sind,
sind mit denselben Bezugszeichen belegt. Bezüglich dieser Merkmale
und Bauteile wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die voranstehenden
Erläuterungen Bezug genommen. Die voranstehend beschriebenen
Vorteile der Sensorvorrichtungen 10, 100 und 200 können
mit der Sensorvorrichtungen 300 ebenfalls erzielt werden.
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Die
Sensorvorrichtung unterscheidet sich von der Sensorvorrichtung 200 u.
a. dadurch, dass sie nicht den Messraum 30 ausbildet, sondern
nur den Messraum 124 in Form des Strömungskanales 132,
der das Sensorgehäuse 12 bei der in 5 gezeigten
Darstellung senkrecht zur Zeichenebene durchgreift. Das Substrat 202,
auf dem der Luftmassenmesser 24 festgelegt ist, und das
Substrat 204, auf dem der Feuchtemesser 26 und
der Temperaturmesser 28 festgelegt sind, sind beide teilweise
im Strömungskanal 132 angeordnet.
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Das
Substrat 202 umfasst einen Abschnitt 302, mit
dem es die zweite Zwischenwand 122 durchgreift und auf
dem Substrat 38 für den Mikrokontroller 42 festgelegt
ist. In entsprechender Weise umfasst das Substrat 204 einen
Abschnitt 304, der die zweite Zwischenwand 122 durchgreift
und mit dem es am Substrat 38 festgelegt ist. Die Festlegung
der Substrate 202 und 204 am Substrat 38 erfolgt
selbstverständlich derart, dass von den Sensorelementen 18, 20 und 22 jeweils
eine elektrisch leitende Verbindung zum Mikrokontroller 42 besteht.
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Der
Luftmassenmesser 24 ist auf der dem Substrat 204 abgewandten
Seite des Substrates 202 angeordnet, und der Temperaturmesser 28 sowie
der Feuchtemesser 26 sind auf der dem Substrat 202 abgewandten
Seite des Substrates 204 angeordnet. Auf diese Weise lässt
sich der Einfluss des beheizba ren Luftmassenmessers 24 zumindest
auf den Temperaturmesser 28 möglichst gering halten.
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6 zeigt
eine Brennkraftmaschine 350 mit dazugehörigem
Ansaugtrakt 352 sowie dazugehörigem Abgastrakt 354.
Bei der Brennkraftmaschine 350 handelt es sich z. B. um
einen Ottomotor oder um einen Dieselmotor.
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In
Strömungsrichtung betrachtet, umfasst der Ansaugtrakt einen
Luftfilter 356 und eine Drosselklappe 358, und
der Abgastrakt 354 umfasst einen ersten Katalysator 360,
einen zweiten Katalysator 362 sowie einen Schalldämpfer 364.
Bei dem ersten Katalysator 360 und dem zweiten Katalysator 362 kann
es sich im Fall eines Ottomotors z. B. um einen Dreiwegekatalysator
bzw. um einen NOx-Speicherkatalysator handeln
und im Fall eines Dieselmotors um einen Oxidationskatalysator bzw.
einen SCR-Katalysator. Zur Reduktion von Stickoxiden im SCR-Katalysator
kann am Abgastrakt 354 eine strichpunktiert gezeichnete
Zugabeeinrichtung 366 für ein Harnstoff-Wasser-Gemisch
angeordnet sein.
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Ein
Steuergerät 368 des Kraftfahrzeuges mit daran
angeschlossenem Datenbus 370 ist ebenfalls dargestellt.
An den Datenbus 370 können beispielsweise ein
Drucksensor 372 im Ansaugtrakt 352, ein Motorsensor 374 an
der Brennkraftmaschine 350, Abgassensoren in Gestalt von λ-Sonden 376 und 378 sowie
ein NOx-Sensor 380 im Abgastrakt 354 angeschlossen
sein.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Sensorvorrichtung, dargestellt am Beispiel der Sensorvorrichtung 10,
ist in den Ansaugtrakt 352 geschaltet und ebenfalls an
den Datenbus 370 angeschlossen, um dem Steuergerät 368 die
von den Sensorelementen 18, 20 und 22 erfassten
Messwerte nach der Auswertung durch den Mikrokontroller 42 zu übermitteln.
Die Sensorvorrichtungen 100, 200 oder 300 können
in identischer Weise in den Ansaugtrakt 352 geschaltet
sein.
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Auf
Basis der von der Sensorvorrichtung 10 bereitgestellten
Daten kann das Steuergerät 368 beispielsweise
den Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine 350 und
gegebenenfalls die Zugabeeinrichtung 366 steuern und/oder
regeln.
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Temperaturstabilität
vorausgesetzt, kann die Sensorvorrichtung 10 – entsprechend
die Sensorvorrichtungen 100, 200 oder 300 – auch
beispielsweise in den Abgastrakt 354 geschaltet sein, wie
dies in 6 unmittelbar strömungsaufwärts
und strömungsabwärts des zweiten Katalysators
strichliniert dargestellt ist. Weil die Sensorvorrichtung 10 den Feuchtemesser 26 umfasst,
lässt sich damit wirkungsvoll die Funktion der Zugabeeinrichtung 366 und
des zweiten Katalysators 362 kontrollieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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