DE102011089483A1

DE102011089483A1 - Sensor assembly for determining parameter or flow characteristic of fluid medium, particularly intake air mass of internal combustion engine, has channel formed in a sensor plug, and sensor chip for determining parameter of fluid medium

Info

Publication number: DE102011089483A1
Application number: DE102011089483A
Authority: DE
Inventors: Achim Briese
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-06-27

Abstract

The sensor assembly (10) has a sensor housing (12,46), particularly sensor plug that is introduced or attached in a flow pipe. A channel is formed in the sensor plug. A sensor chip (30) is provided for determining the parameter of the fluid medium. A surface (25) of the sensor housing has a recess in a main flow direction (18) viewed downstream to an outlet (26). The fluid medium is passed by the outlet in the channel.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung wenigstens einer Strömungseigenschaft fluider Medien, also von Flüssigkeiten und/oder Gasen, bekannt. Bei den Strömungseigenschaften als möglichem Parameter kann es sich dabei grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemisch messbare Eigenschaften handeln, welche eine Strömung des fluiden Mediums qualifizieren oder quantifizieren. Insbesondere kann es sich dabei um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom handeln. Numerous methods and devices for determining at least one flow property of fluid media, ie of liquids and / or gases, are known from the prior art. In principle, the flow properties as a possible parameter may be any physical and / or chemically measurable properties which qualify or quantify a flow of the fluid medium. In particular, this may be a flow velocity and / or a mass flow and / or a volume flow.

Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere beschrieben unter Bezugnahme auf so genannte Heißfilmluftmassenmesser, wie sie beispielsweise in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seite, 146–148 beschrieben sind. Derartige Heißfilmluftmassenmesser basieren in der Regel auf einem Sensorchip, insbesondere einem Silizium-Sensorchip, beispielsweise mit einer Sensormembran als Messoberfläche oder Sensorbereich, welche von dem strömenden fluiden Medium überströmbar ist. Der Sensorchip umfasst in der Regel mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sind, wobei ein Temperaturfühler stromaufwärts des Heizelements und der andere Temperaturfühler stromabwärts des Heizelements gelagert ist. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden. The invention will be described in more detail below with reference to so-called hot film air mass meter, as they are for example in Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, page, 146-148 are described. Such hot-film air mass meters are generally based on a sensor chip, in particular a silicon sensor chip, for example with a sensor membrane as the measurement surface or sensor region, which can be overflowed by the flowing fluid medium. The sensor chip usually comprises at least one heating element and at least two temperature sensors, which are arranged for example on the measuring surface of the sensor chip, wherein a temperature sensor is mounted upstream of the heating element and the other temperature sensor downstream of the heating element. From an asymmetry of the temperature profile detected by the temperature sensors, which is influenced by the flow of the fluid medium, it is possible to deduce a mass flow and / or volume flow of the fluid medium.

Heißfilmluftmassenmesser sind üblicherweise als Steckfühler ausgestaltet, welcher fest oder austauschbar in ein Strömungsrohr einbringbar sind. Beispielsweise kann es sich bei diesem Strömungsrohr um einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine handeln. Heißfileinuftmassenmesser are usually designed as plug-in sensor, which are fixed or interchangeable introduced into a flow tube. For example, this flow tube may be an intake tract of an internal combustion engine.

Dabei durchströmt ein Teilstrom des Mediums wenigstens einen in dem Heißfilmluftmassenmesser vorgesehenen Hauptkanal. Zwischen dem Einlass und dem Auslass des Hauptkanals ist ein Bypasskanal ausgebildet. Insbesondere ist der Bypasskanal derart ausgebildet, dass er einen gekrümmten Abschnitt zur Umlenkung des durch den Einlass des Hauptkanals eingetretenen Teilstroms des Mediums aufweist, wobei der gekrümmte Abschnitt im weiteren Verlauf in einen Abschnitt übergeht, in welchem der Sensorchip angeordnet ist. Der zuletzt genannte Abschnitt stellt den eigentlichen Messkanal dar, in dem der Sensorchip angeordnet ist. Dabei ist in dem Bypasskanal ein Mittel vorgesehen, welches die Strömung leitet und eine Ablösung der Strömung des Medienteilstroms von den Kanalwänden des Messkanals entgegenwirkt. Weiterhin kann der Einlassbereich des Hauptkanals im Bereich seiner Öffnung, welche der Hauptströmungsrichtung entgegenweist, mit schrägen oder gekrümmten Flächen versehen sein, welche so gestaltet sind, dass in den Einlassbereich einströmendes Medium von dem Teil des Hauptkanals, welcher zu dem Sensorchip führt, weggelenkt wird. Dies bewirkt, dass im Medium enthaltene Flüssigkeits- oder Festkörperteilchen aufgrund ihrer Massenträgheit nicht zu dem Sensorchip gelangen und diesen verschmutzen können.In this case, a partial flow of the medium flows through at least one provided in the Heißfiluuftmassenmesser main channel. Between the inlet and the outlet of the main channel, a bypass channel is formed. In particular, the bypass channel is designed such that it has a curved section for deflecting the partial flow of the medium that has entered through the inlet of the main channel, wherein the curved section in the further course merges into a section in which the sensor chip is arranged. The latter section represents the actual measuring channel in which the sensor chip is arranged. In this case, a means is provided in the bypass channel, which directs the flow and counteracts a detachment of the flow of the medium part flow from the channel walls of the measuring channel. Furthermore, the inlet region of the main channel may be provided in the region of its opening, which opposes the main flow direction, with inclined or curved surfaces which are designed such that medium flowing into the inlet region is deflected away from the part of the main channel leading to the sensor chip. This causes that contained in the medium liquid or solid particles due to their inertia can not get to the sensor chip and pollute it.

Derartige Heißfilmluftmassenmesser müssen in der Praxis einer Vielzahl von Anforderungen und Randbedingungen genügen. Neben dem Ziel, einen Druckabfall an dem Heißfilmluftmassenmesser insgesamt durch geeignete strömungstechnische Ausgestaltungen zu verringern, besteht eine der hauptsächlichen Herausforderungen darin, die Signalqualität sowie die Robustheit derartiger Vorrichtungen gegenüber Kontamination durch Öl- und Wassertröpfchen sowie Ruß-, Staub- und sonstige Festkörper-Partikel weiter zu verbessern. Diese Signalqualität bezieht sich beispielsweise auf einen Massenstrom des Mediums durch den zu dem Sensorchip führenden Messkanal sowie gegebenenfalls auf die Verminderung einer Signaldrift und die Verbesserung des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses. Die Signaldrift bezieht sich dabei auf die Abweichung beispielsweise des Massenstroms des Mediums im Sinne einer Veränderung der Kennlinien-Beziehung zwischen dem tatsächlich auftretenden Massenstrom und dem im Rahmen der Kalibrierung bei der Fertigung ermittelten auszugebenden Signal. Bei der Ermittlung des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses werden die in schneller zeitlicher Folge ausgegebenen Sensorsignale betrachtet, wohingegen sich die Kennlinien- oder Signaldrift auf eine Veränderung des Mittelwertes bezieht. Such Heißfileinuftmassenmesser must meet in practice a variety of requirements and constraints. In addition to the goal of reducing a total pressure drop across the hot film air mass meter through suitable fluidic designs, one of the major challenges is to further improve the signal quality and robustness of such devices against contamination by oil and water droplets as well as soot, dust and other solid particles to improve. This signal quality relates, for example, to a mass flow of the medium through the measuring channel leading to the sensor chip and, if appropriate, to the reduction of signal drift and the improvement of the signal-to-noise ratio. The signal drift refers to the deviation, for example, of the mass flow of the medium in the sense of a change in the characteristic relationship between the mass flow actually occurring and the signal to be output during calibration during production. When determining the signal-to-noise ratio, the sensor signals output in rapid succession are considered, whereas the characteristic or signal drift refers to a change in the mean value.

Bei herkömmlichen Heißfilmluftmassenmessern der beschriebenen Art ragt in der Regel ein Sensorträgermit einem darauf angebrachten oder eingebrachten Sensorchip in den Messkanal hinein. Beispielsweise kann der Sensorchip in den Sensorträger eingeklebt oder auf diesen aufgeklebt sein. Der Sensorträger kann beispielsweise mit einem Bodenblech aus Metall, auf welchem auch eine Elektronik, eine Ansteuer- und Auswerteschaltung (beispielsweise mit einem Schaltungsträger, insbesondere einer Leiterplatte) aufgeklebt sein kann, eine Einheit bilden. Beispielsweise kann der Sensorträger als angespritztes Kunststoffteil eines Elektronikmoduls ausgestaltet sein. Der Sensorchip und die Ansteuer- und Auswerteschaltung können beispielsweise durch Bondverbindungen miteinander verbunden werden. Das derart entstandene Elektronikmodul kann beispielsweise in ein Sensorgehäuse eingeklebt werden und der gesamte Steckfühler kann mit Deckeln verschlossen werden. In conventional hot-film air mass meters of the type described, a sensor carrier with a sensor chip mounted or inserted thereon usually projects into the measuring channel. For example, the sensor chip can be glued into the sensor carrier or adhesively bonded thereto. The sensor carrier can form a unit, for example, with a base plate made of metal, on which also electronics, a drive and evaluation circuit (for example with a circuit carrier, in particular a printed circuit board) can be glued. For example, the sensor carrier can be designed as a molded plastic part of an electronic module. The sensor chip and the drive and evaluation circuit can be connected to one another, for example, by bond connections. The resulting electronic module can For example, be glued into a sensor housing and the entire plug-in sensor can be closed with lids.

Die DE 198 15 656 A1 offenbart eine Sensoranordnung zur Bestimmung wenigsten eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine. Die Sensoranordnung weist mindestens einen in dem Kanal angeordneten Sensorchip zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf. Der Sensorchip ist in einem in den Kanal ragenden Sensorträger aufgenommen. Der Kanal führt zu einer an einer Außenfläche der Sensoranordnung in ein Strömungsrohr mündenden Auslassöffnung. An der die Auslassöffnung aufweisenden Außenfläche der Sensoranordnung ist in der Umgebung der Auslassöffnung zumindest eine Erhebung vorgesehen. The DE 198 15 656 A1 discloses a sensor arrangement for determining at least one parameter of a fluid flowing through a channel, in particular an intake air mass of an internal combustion engine. The sensor arrangement has at least one sensor chip arranged in the channel for determining the parameter of the fluid medium. The sensor chip is received in a sensor carrier projecting into the channel. The channel leads to an outlet opening on an outer surface of the sensor arrangement into a flow tube. At least one elevation is provided in the vicinity of the outlet opening at the outer surface of the sensor arrangement having the outlet opening.

Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Verringern des Signalrauchens beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial bezüglich anderer funktionaler Aspekte. Bei einer Ausbildung der Sensoranordnung als Heißfilmluftmassenmesser im Bereich eines Ansaugtrakts eines Brennkraftmotors liegt nicht nur der Fall einer pulsationsfreien Strömung in einer Hauptströmungsrichtung vor, sondern es treten auch Pulsationen mit instationären, also zeitlich veränderlichen Strömungen in und entgegen der Hauptströmungsrichtung auf. Aufgrund aerodynamischer Gegebenheiten, insbesondere den sich instationär einstellenden Druckverhältnissen, der sich in den Kanälen befindlichen Luftmasse und der Reibung an den Wänden des Kanals, stellen sich im Bereich der mikromechanischen Sensormembran ebenfalls zeitlich schwankende Geschwindigkeiten ein. Das Messprinzip mit zwei Temperaturfühlern auf der Sensormembran gestattet dabei eine Erkennung der Strömungsrichtung. In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn das Design, insbesondere der Kanäle und der Einlass- und Auslassbereich eine der Hauptströmung entsprechende Pulsation auch im Bereich des Sensors bewirkt. Die dabei vorliegenden Amplituden, insbesondere der Strömungen entgegen der Hauptströmungsrichtung, müssen jedoch groß genug sein, um einen aufgrund der nichtlinearen Sensor-Kennlinie auftretenden Fehler durch Anpassung der Kennlinie im Rückwärtsströmungs-Bereich ausgleichen zu können. Dies ist bei der oben beschriebenen Gestaltung teilweise nicht in dem erforderlichen Maß möglich. Despite the numerous advantages of prior art methods of reducing signal smoke, these still have room for improvement with respect to other functional aspects. When the sensor arrangement is designed as a hot-film air mass meter in the region of an intake tract of an internal combustion engine, not only is the case of a pulsation-free flow in a main flow direction, but pulsations also occur with transient, ie time-variable, flows in and against the main flow direction. Due to aerodynamic conditions, in particular the transiently adjusting pressure conditions, the air mass located in the channels and the friction on the walls of the channel, temporally fluctuating velocities also occur in the area of the micromechanical sensor membrane. The measuring principle with two temperature sensors on the sensor membrane allows detection of the flow direction. In this connection, it is favorable if the design, in particular of the channels and the inlet and outlet region, effects a pulsation corresponding to the main flow, also in the region of the sensor. However, the amplitudes present here, in particular the currents against the main flow direction, must be large enough to be able to compensate for an error occurring due to the non-linear sensor characteristic curve by adapting the characteristic in the reverse flow range. This is partly not possible to the required extent in the design described above.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird daher eine Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Strategien zumindest vermeiden kann und bei der bei einer Strömung entgegen der Hauptströmungsrichtung im Strömungsrohr auch eine ausreichende Rückströmung im Bypasskanal, insbesondere im Bereich der mikromechanischen Sensormembran, gewährleistet werden kann, ohne andere Funktionsgrößen wie Kennlinien-Reproduzierbarkeit oder Signalrauschen negativ zu beeinflussen. Therefore, a sensor arrangement is proposed for determining at least one parameter of a fluid medium flowing through a channel, which can at least avoid the disadvantages of known methods and strategies and in the case of a flow counter to the main flow direction in the flow tube also a sufficient backflow in the bypass channel, in particular in the area the micromechanical sensor membrane can be ensured without adversely affecting other functional variables such as characteristic reproducibility or signal noise.

Die Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, weist ein Sensorgehäuse, insbesondere einen in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler, in dem der Kanal ausgebildet ist, und mindestens einen in dem Kanal angeordneten Sensorchip zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf. Das Sensorgehäuse weist einen Einlass in den Kanal, der der Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums entgegenweist, und mindestens einen Auslass aus dem Kanal in einer Oberfläche des Sensorgehäuses auf. Die Oberfläche des Sensorgehäuses weist in der Hauptströmungsrichtung gesehen stromabwärts des Auslasses eine Vertiefung auf, wobei durch die Vertiefung bei einer Rückströmung des fluiden Mediums in einer Strömungsrichtung entgegen der Hauptströmungsrichtung das fluide Medium durch den Auslass in den Kanal geleitet wird. The sensor arrangement for determining at least one parameter of a fluid medium flowing through a channel, in particular an intake air mass of an internal combustion engine, has a sensor housing, in particular a plug-in sensor inserted or insertable into a flow pipe, in which the channel is formed, and at least one sensor chip arranged in the channel for determining the parameter of the fluid medium. The sensor housing has an inlet into the channel facing the main flow direction of the fluid medium and at least one outlet from the channel in a surface of the sensor housing. The surface of the sensor housing has a recess downstream of the outlet as viewed in the main flow direction, through which recess the fluid is directed through the outlet into the channel when the fluid flows back in a flow direction opposite to the main flow direction.

Die Vertiefung kann sich von dem Auslass bis zu einem stromabwärtigen Ende des Sensorgehäuses in der Hauptströmungsrichtung erstrecken. Die Vertiefung kann sich entgegen der Hauptströmungsrichtung zu dem Auslass hin verjüngen. Der Auslass und die Vertiefung können in einer in das strömende fluide Medium hineinragenden Stirnfläche des Sensorgehäuses ausgebildet sein. Die Vertiefung kann als im Wesentlichen zur Hauptströmungsrichtung parallel verlaufende Rinne in der Stirnfläche ausgestaltet sein. Der Kanal kann unmittelbar vor dem Auslass eine Kurve beschreiben, wobei in der Kurve das fluide Medium vorzugsweise um mindestens 60°, insbesondere um mindestens 90° und besonders bevorzugt um mindestens 120° umgelenkt wird. Das Sensorgehäuse kann auf einer stromaufwärtigen Seite bezüglich der Hauptströmungsrichtung an dem Auslass eine scharfe Kante aufweisen. Die Vertiefung kann sich in einer Draufsicht auf die Oberfläche, in der sich der Auslass befindet, entgegen der Hauptströmungsrichtung zu dem Auslass in der Form eines Konus oder Flaschenhalses hin verjüngen. Die Vertiefung kann eine Breite unmittelbar an den Auslass angrenzend oder an dem in der Hauptströmungsrichtung gesehen stromabwärtigen Ende der Oberfläche von 1 bis 15 mm und besonders bevorzugt von 5 bis 12 mm aufweisen. Die Vertiefung kann eine Tiefe von 1 bis 10 mm und besonders bevorzugt von 2 bis 5 mm aufweisen. In der Vertiefung kann mindestens eine Rippe angeordnet sein, deren Haupterstreckungsrichtung parallel zu der Hauptströmungsrichtung ist. Die Rippe kann eine Breite von 1 bis 5 mm und besonders bevorzugt von 1 bis 2 mm und/oder eine Höhe von 1 bis 12 mm und besonders bevorzugt von 2 bis 5 mm aufweisen. An dem stromabwärtigen Ende der Oberfläche, in der sich der Auslass befindet, kann eine Fase ausgebildet sein. Die Fase kann eine Länge in der Hauptströmungsrichtung von 1 bis 20 mm und besonders bevorzugt von 5 bis 15 mm und/oder eine Höhe von 1 bis 10 mm und besonders bevorzugt von 3 bis 8 mm aufweisen.The recess may extend from the outlet to a downstream end of the sensor housing in the main flow direction. The recess may taper towards the outlet opposite the main flow direction. The outlet and the recess may be formed in an end face of the sensor housing projecting into the flowing fluid medium. The depression can be configured as a groove running essentially parallel to the main flow direction in the end face. The channel may describe a curve immediately before the outlet, wherein in the curve the fluid medium is preferably deflected by at least 60 °, in particular by at least 90 ° and particularly preferably by at least 120 °. The sensor housing may have a sharp edge on an upstream side with respect to the main flow direction at the outlet. The recess may taper in a plan view of the surface in which the outlet is located, counter to the main flow direction, to the outlet in the form of a cone or bottle neck. The recess may have a width immediately adjacent to the outlet or at the downstream end of the surface, as viewed in the main flow direction, of from 1 to 15 mm, and more preferably from 5 to 12 mm. The recess may have a depth of 1 to 10 mm, and more preferably 2 to 5 mm. In the recess at least one rib may be arranged, whose main extension direction parallel to the Main flow direction is. The rib may have a width of 1 to 5 mm, and more preferably 1 to 2 mm, and / or a height of 1 to 12 mm, and more preferably 2 to 5 mm. At the downstream end of the surface in which the outlet is located, a chamfer may be formed. The chamfer may have a length in the main flow direction of 1 to 20 mm, and more preferably 5 to 15 mm, and / or a height of 1 to 10 mm, and more preferably 3 to 8 mm.

Unter der Hauptströmungsrichtung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die lokale Strömungsrichtung des fluiden Mediums am Ort des Sensors bzw. der Sensoranordnung zu verstehen, wobei beispielsweise lokale Unregelmäßigkeiten wie z. B. Turbulenzen unberücksichtigt belieben können. Insbesondere kann unter der Hauptströmungsrichtung somit die lokale gemittelte Transportrichtung des strömenden fluiden Mediums am Ort der Sensoranordnung verstanden werden. Dabei bezieht sich die gemittelte Transportrichtung auf eine Transportrichtung, in der das fluide Medium im zeitlichen Mittel überwiegend strömt. In the context of the present invention, the main direction of flow is to be understood as meaning the local flow direction of the fluid medium at the location of the sensor or the sensor arrangement, for example local irregularities such as, for example, B. turbulence can be disregarded. In particular, the main mean direction of flow can thus be understood to be the local average transport direction of the flowing fluid medium at the location of the sensor arrangement. In this case, the averaged transport direction refers to a transport direction in which the fluid medium predominantly flows in the time average.

Unter einer Vertiefung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine lokale Absenkung von der umgebenden Oberfläche zu verstehen, die insbesondere von Rändern umgeben wird, die sich in oder im Wesentlichen in der Hauptströmungsrichtung erstrecken. In the context of the present invention, a depression is to be understood as meaning a local depression from the surrounding surface, which is surrounded in particular by edges which extend in or substantially in the main flow direction.

Unter einer Rückströmung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Strömung mit einer Transportrichtung entgegen der Hauptströmungsrichtung zu verstehen. In the context of the present invention, a backflow is to be understood as meaning a flow with a transport direction counter to the main flow direction.

Unter „im Wesentlichen“ ist Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abweichung von maximal 20°, bevorzugt maximal 10° und noch bevorzugter maximal 5°, von der angegebenen Bezugsrichtung zu verstehen. By "substantially" is the scope of the present invention, a deviation of not more than 20 °, preferably not more than 10 ° and more preferably not more than 5 °, to be understood by the specified reference direction.

Unter der Angabe der Breite ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abmessung parallel zu der Oberfläche des Sensorgehäuses, in der sich der Auslass befindet, und senkrecht zur Hauptströmungsrichtung zu verstehen. In the context of the present invention, the indication of the width means a dimension parallel to the surface of the sensor housing in which the outlet is located and perpendicular to the main flow direction.

Unter der Angabe einer Höhe ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abmessung senkrecht zu der Oberfläche des Sensorgehäuses, in der sich der Auslass befindet, und senkrecht zur Hauptströmungsrichtung zu verstehen. In the context of the present invention, a height is to be understood as meaning a dimension perpendicular to the surface of the sensor housing in which the outlet is located and perpendicular to the main flow direction.

Unter der Angabe der Länge ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abmessung parallel zu der Oberfläche des Sensorgehäuses, in der sich der Auslass befindet, und parallel zur Hauptströmungsrichtung zu verstehen. The term "length" in the context of the present invention means a dimension parallel to the surface of the sensor housing in which the outlet is located and parallel to the main flow direction.

Unter einer Fase ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine abgeschrägte Fläche an einer Kante eines Gegenstands zu verstehen, also in demjenigen Bereich des Gegenstands, in dem zwei Oberflächen des Gegenstands aneinanderstoßen. In the context of the present invention, a chamfer is to be understood as meaning a chamfered surface on an edge of an object, that is to say in that region of the object in which two surfaces of the object abut each other.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Sensorträger ganz oder teilweise als Schaltungsträger, insbesondere als Leiterplatte, ausgestaltet sein oder Teil eines Schaltungsträgers, insbesondere einer Leiterplatte, sein. Beispielsweise kann der Schaltungsträger, insbesondere die Leiterplatte, einen Fortsatz aufweisen, welcher den Sensorträger bildet und welcher in den Kanal, beispielsweise den Messkanal eines Heißfilmluftmassenmessers, hineinragt. Der übrige Teil des Schaltungsträgers, insbesondere der Leiterplatte, kann beispielsweise in einem Elektronikraum, in einem Gehäuse der Sensoranordnung oder eines Steckfühlers der Sensoranordnung untergebracht sein. In the context of the present invention, the sensor carrier may be wholly or partly designed as a circuit carrier, in particular as a printed circuit board, or be part of a circuit carrier, in particular a printed circuit board. For example, the circuit carrier, in particular the printed circuit board, have an extension which forms the sensor carrier and which projects into the channel, for example the measuring channel of a hot-film air mass meter. The remaining part of the circuit carrier, in particular the printed circuit board, can be accommodated for example in an electronics compartment, in a housing of the sensor arrangement or a plug-in sensor of the sensor arrangement.

Unter einer Leiterplatte ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein im Wesentlichen plattenförmiges Element zu verstehen, welches auch als Träger elektronischer Strukturen, wie beispielsweise Leiterbahnen, Anschlusskontakte oder Ähnliches, genutzt werden kann und vorzugsweise auch eine oder mehrere derartiger Strukturen aufweist. Grundsätzlich kommen dabei auch zumindest leichte Abweichungen von der Plattenform in Betracht und sollen begrifflich mit erfasst sein. Der Schaltungsträger, insbesondere die Leiterplatte, kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial und/oder einem Keramikmaterial hergestellt sein, beispielsweise einem Epoxidharz, insbesondere einem faserverstärkten Epoxidharz. Insbesondere kann die Leiterplatte beispielsweise als Leiterplatte mit Leiterbahnen, insbesondere aufgedruckten Leiterbahnen (printed circuit board, PCB), ausgestaltet sein. In the context of the present invention, a printed circuit board is generally understood to be a substantially plate-shaped element which can also be used as a carrier for electronic structures, such as strip conductors, connection contacts or the like, and preferably also has one or more such structures. In principle, at least slight deviations from the plate shape come into consideration and should be covered conceptually. The circuit carrier, in particular the printed circuit board, may for example be made of a plastic material and / or a ceramic material, for example an epoxy resin, in particular a fiber-reinforced epoxy resin. In particular, the printed circuit board, for example, as a printed circuit board with printed conductors, in particular printed printed circuit board (PCB), be designed.

Auf diese Weise lässt sich das Elektronikmodul der Sensoranordnung stark vereinfachen und lässt sich beispielsweise auf ein Bodenblech und einen separaten Sensorträger verzichten. Bodenblech und Sensorträger können durch einen einzigen Schaltungsträger, insbesondere eine einzige Leiterplatte, ersetzt werden, auf welcher beispielsweise auch eine Ansteuer- und Auswerteschaltung der Sensoranordnung ganz oder teilweise angeordnet sein kann. Diese Ansteuer- und Auswerteschaltung der Sensoranordnung dient der Ansteuerung des mindestens einen Sensorchips und/oder der Auswertung der von diesem Sensorchip generierten Signale. Auf diese Weise lässt sich durch Zusammenfassung der genannten Elemente der Herstellaufwand der Sensoranordnung erheblich vermindern und der Bauraumbedarf für das Elektronikmodul stark verringern. In this way, the electronic module of the sensor arrangement can be greatly simplified and can be dispensed with, for example, a bottom plate and a separate sensor carrier. Bottom plate and sensor carrier can be replaced by a single circuit carrier, in particular a single circuit board, on which, for example, a control and evaluation circuit of the sensor arrangement can be arranged wholly or partially. This control and evaluation circuit of the sensor arrangement is used to control the at least one sensor chip and / or the evaluation of the signals generated by this sensor chip. In this way, the production costs of the sensor arrangement can be considerably reduced by combining the elements mentioned, and the space required for the electronic module can be greatly reduced.

Die Sensoranordnung kann insbesondere mindestens ein Sensorgehäuse aufweisen, wobei der Kanal in dem Sensorgehäuse ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Kanal einen Hauptkanal und einen Bypasskanal bzw. Messkanal umfassen, wobei der Sensorträger und der Sensorchip beispielsweise in dem Bypass- bzw. Messkanal angeordnet sein können. Weiterhin kann das Sensorgehäuse einen von dem Bypasskanal getrennten Elektronikraum aufweisen, wobei das Elektronikmodul oder der Schaltungsträger bzw. die Leiterplatte im Wesentlichen in dem Elektronikraum aufgenommen sind. Der Sensorträger kann dann als ein in den Kanal hineinragender Fortsatz des Schaltungsträgers, insbesondere der Leiterplatte, ausgebildet sein. Diese Anordnung ist technisch vergleichsweise einfach zu realisieren, im Gegensatz zu den aufwändigen Elektronikmodulen, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind. The sensor arrangement may in particular comprise at least one sensor housing, wherein the channel is formed in the sensor housing. For example, the channel may comprise a main channel and a bypass channel or measuring channel, wherein the sensor carrier and the sensor chip may be arranged, for example, in the bypass or measuring channel. Furthermore, the sensor housing may have an electronics compartment which is separate from the bypass channel, the electronics module or the circuit carrier or the printed circuit board being accommodated substantially in the electronics compartment. The sensor carrier can then be designed as an extension of the circuit carrier, in particular the printed circuit board, projecting into the channel. This arrangement is technically relatively easy to implement, in contrast to the complex electronic modules, which are known from the prior art.

Insbesondere in dem Fall, in welchem ein Schaltungsträger, insbesondere eine Leiterplatte, als Sensorträger verwendet wird, jedoch auch in anderen Fällen und/oder unter Verwendung anderer Medien als Sensorträger, kann der Sensorträger zumindest teilweise als mehrschichtiger Sensorträger ausgestaltet sein. So kann der Sensorträger in einer so genannten Multilayer-Technik ausgestaltet sein und zwei oder mehrere miteinander verbundene Trägerschichten aufweisen. Beispielsweise können diese Trägerschichten wiederum aus einem Metall, einem Kunststoff oder einem Keramikmaterial oder einem Verbundmaterial hergestellt sein und durch Verbindungstechniken, wie beispielsweise Kleben, miteinander verbunden sein. In particular in the case in which a circuit carrier, in particular a printed circuit board, is used as a sensor carrier, but also in other cases and / or using other media as a sensor carrier, the sensor carrier may be at least partially designed as a multilayer sensor carrier. Thus, the sensor carrier can be configured in a so-called multi-layer technique and have two or more interconnected carrier layers. For example, these carrier layers may in turn be made of a metal, a plastic or a ceramic material or a composite material and joined together by joining techniques such as gluing.

In diesem Fall, in welchem eine Multilayer-Technik mit mehreren Sensorschichten des Sensorträgers verwendet wird, kann die Anströmkante durch eine unterschiedliche Dimensionierung der Trägerschichten entgegen der Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums zumindest teilweise gestuft ausgeführt sein. Auf diese Weise lassen sich die Profile zumindest gestuft angenähert realisieren. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise rechteckig geformte oder – angenähert durch eine Stufenform – zumindest näherungsweise runde-, abgerundete oder keilförmig geformte Profile in einer Schnittebene senkrecht zur Erstreckungsebene des Sensorträgers ausbilden. Der Sensorchip kann auf bzw. in dem Sensorträger derart angeordnet sein, dass dieser senkrecht zur lokalen Hauptströmungsrichtung ausgerichtet ist. Beispielsweise kann der Sensorchip rechteckig ausgestaltet sein, wobei eine Seite dieses Rechtecks senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht, beispielsweise mit einer Ausrichtung, welche um nicht mehr als 10° von der Senkrechten abweicht, zur lokalen Hauptströmungsrichtung angeordnet ist. In this case, in which a multilayer technique with a plurality of sensor layers of the sensor carrier is used, the leading edge can be designed at least partially stepped by a different dimensioning of the carrier layers against the main flow direction of the fluid medium. In this way, the profiles can be realized at least step-by-step approximated. For example, in this way rectangular-shaped or -approximately by a step shape-at least approximately round, rounded or wedge-shaped profiles can be formed in a sectional plane perpendicular to the plane of extension of the sensor carrier. The sensor chip can be arranged on or in the sensor carrier such that it is aligned perpendicular to the local main flow direction. For example, the sensor chip can be designed rectangular, wherein one side of this rectangle is perpendicular or substantially perpendicular, for example, with an orientation which does not deviate by more than 10 ° from the vertical to the local main flow direction.

Der Sensorchip kann über mindestens eine elektrische Verbindung elektrisch kontaktiert werden. Beispielsweise kann der Sensorträger, insbesondere ein den Sensorträger bildender Schaltungsträger und besonders bevorzugt eine Leiterplatte oder ein Fortsatz dieser Leiterplatte, einen oder mehrere Leiterbahnen und/oder Kontaktpads aufweisen, welche mit entsprechenden Kontakten auf dem Sensorchip beispielsweise durch ein Bondingverfahren verbunden sind. In diesem Fall kann die elektrische Verbindung durch mindestens eine Abdeckung geschützt und von dem fluiden Medium getrennt werden. Diese Abdeckung kann insbesondere als so genannter Glob-Top ausgestaltet sein, beispielsweise als Kunststofftropfen und/oder Klebstofftropfen, welcher die elektrische Verbindung, beispielsweise die Bonddrähte, abdeckt. Auf diese Weise lassen sich insbesondere auch Beeinflussungen der Strömung durch die elektrische Verbindung vermindern, da der Glob-Top eine glatte Oberfläche aufweist. Ferner kann der Sensorchip mindestens einen Sensorbereich aufweisen. Dieser Sensorbereich kann beispielsweise eine Sensoroberfläche aus beispielsweise einem porösen, keramischen Material und/oder insbesondere eine Sensormembran sein. Die Sensormembran als Messoberfläche oder Sensorbereich kann von dem strömenden fluiden Medium überströmbar sein. Der Sensorchip umfasst beispielsweise mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sind, wobei ein Temperaturfühler stromaufwärts des Heizelements und der andere Temperaturfühler stromabwärts des Heizelements gelagert ist. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden.The sensor chip can be electrically contacted via at least one electrical connection. For example, the sensor carrier, in particular a circuit carrier forming the sensor carrier and particularly preferably a printed circuit board or an extension of this printed circuit board, can have one or more conductor tracks and / or contact pads, which are connected to corresponding contacts on the sensor chip, for example by a bonding method. In this case, the electrical connection can be protected by at least one cover and separated from the fluid medium. This cover may in particular be designed as a so-called glob top, for example as a plastic drop and / or adhesive drops, which covers the electrical connection, such as the bonding wires. In this way, in particular influences of the flow through the electrical connection can be reduced, since the glob top has a smooth surface. Furthermore, the sensor chip can have at least one sensor area. This sensor region can be, for example, a sensor surface of, for example, a porous, ceramic material and / or in particular a sensor membrane. The sensor membrane as measuring surface or sensor region can be overflowed by the flowing fluid medium. The sensor chip comprises, for example, at least one heating element and at least two temperature sensors, which are arranged for example on the measuring surface of the sensor chip, wherein a temperature sensor is mounted upstream of the heating element and the other temperature sensor downstream of the heating element. From an asymmetry of the temperature profile detected by the temperature sensors, which is influenced by the flow of the fluid medium, it is possible to deduce a mass flow and / or volume flow of the fluid medium.

Ferner kann die Sensoranordnung einen in den Kanal ragenden Temperaturfühler aufweisen. Beispielsweise kann der Temperaturfühler als elektrischer Widerstand, wie beispielsweise als NTC (negative temperature coefficient) ausgebildet sein, also als elektrischer Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, der zur Messung der Temperatur der Ansaugluft verwendet wird. Der Temperaturfühler kann beispielsweise Teil einer Regelschaltung sein, die gewährleistet, dass sich Änderungen der Temperatur der Ansaugluft nicht auf die Messgenauigkeit der Sensoranordnung auswirken. Furthermore, the sensor arrangement can have a temperature sensor projecting into the channel. For example, the temperature sensor can be designed as an electrical resistance, such as NTC (negative temperature coefficient), that is, as an electrical resistance with a negative temperature coefficient, which is used to measure the temperature of the intake air. The temperature sensor can be part of a control circuit, for example, which ensures that changes in the temperature of the intake air do not affect the measurement accuracy of the sensor arrangement.

Durch die Erfindung wird eine besondere Form des Bypasskanal-Auslasses eines Heißfilmluftmassenmessers ermöglicht, der eine der Hauptströmung entsprechende Pulsation im Bereich des Sensors bewirken und dabei Rückströmungen bewirken kann, die groß genug sind, um einen aufgrund der nichtlinearen Sensor-Kennlinie auftretenden Pulsationsfehler durch Anpassung der Kennlinie im Rückwärtsströmungsbereich ausgleichen zu können. Ein Gedanke der Erfindung ist dabei die ausgeprägte Erzeugung einer Rückströmung im Bypasskanal, insbesondere im Bereich der mikromechanischen Sensormembran. Gegenüber den oben beschriebenen herkömmlichen Heißfilmluftmassenmessern besteht hierbei der Vorteil einer überhaupt vorhandenen bzw. deutlicher ausgeprägten Rückströmung. Dies führt zu einer verbesserten Korrekturmöglichkeit bezüglich des Pulsationsfehlers, also der Abweichung des gemessenen, zeitlich über die Pulsationen gemittelten Massenstroms zum wahren zeitlichen Mittelwert des Massenstroms im Strömungsrohr. Durch die Erfindung wird also bei einer Rückströmung des fluiden Mediums in einer Strömungsrichtung entgegen der Hauptströmungsrichtung das fluide Medium bewusst durch den Auslass in den Kanal geleitet, um dort ein möglichst genaues Signal durch den Sensorchip zu erhalten. Durch konstruktive Elemente wie die konvergente Kanalführung, die Fase am stromabwärtigen Ende der Oberfläche, in der sich der Auslass befindet, sowie die Rippen wird außerdem eine gegenüber Schwankungen des Strömungszustandes der Rückströmung im Strömungsrohr, der z.B. durch den Turbulenzgrad der Rückströmung und den Anstellwinkel zwischen der Rückströmung und dem Heißfilmluftmassenmesser beeinflusst wird, relativ robuste Rückströmung im Bypasskanal erreicht.By means of the invention, a special shape of the bypass duct outlet of a hot-film air mass meter is made possible, which causes a pulsation corresponding to the main flow in the region of the sensor and can cause backflows which are large enough to produce a pulsation error occurring due to the non-linear sensor characteristic Characteristic in the To be able to compensate the reverse flow range. One idea of the invention is the pronounced generation of a backflow in the bypass channel, in particular in the region of the micromechanical sensor membrane. Compared with the conventional hot-film air mass meters described above, there is the advantage of an existing or significantly more pronounced backflow. This leads to an improved correction possibility with regard to the pulsation error, that is to say the deviation of the measured mass flow averaged over the pulsations over time to the true time average of the mass flow in the flow tube. By means of the invention, in the case of a backflow of the fluid medium in a flow direction opposite to the main flow direction, the fluid medium is consciously directed through the outlet into the channel in order to obtain the most accurate possible signal through the sensor chip. Constructive elements, such as the convergent ducting, the chamfer at the downstream end of the surface in which the outlet is located, and the ribs also become counter to fluctuations in the flow condition of the backflow in the flow tube, eg due to the degree of turbulence of the backflow and the angle of attack between the backflow Return flow and the Heißfileinuftmassenmesser is affected, achieved relatively robust backflow in the bypass channel.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen:Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures. Show it:

1 eine perspektivische Darstellung einer Sensoranordnung; 1 a perspective view of a sensor arrangement;

2 eine Ansicht eines Sensorträgers mit Sensorchip in einem Kanal; 2 a view of a sensor carrier with sensor chip in a channel;

3 eine vergrößerte Darstellung eines Elektronikmoduls der Sensoranordnung mit dem Sensorträger und montiertem Sensorchip; 3 an enlarged view of an electronic module of the sensor assembly with the sensor carrier and mounted sensor chip;

4 eine perspektivische Ansicht einer in ein Strömungsrohr gesteckten Sensoranordnung; 4 a perspective view of a plugged into a flow tube sensor assembly;

5 eine perspektivische Ansicht eines Sensorgehäuses im Bereich des Einlasses in den Kanal mit schematischer Darstellung der Funktionsweise der Durchströmung des Sensorgehäuses; 5 a perspective view of a sensor housing in the region of the inlet into the channel with a schematic representation of the operation of the flow through the sensor housing;

6 eine perspektivische Draufsicht auf ein unverschlossenes Sensorgehäuse mit der Kanalstruktur; 6 a top perspective view of an unlocked sensor housing with the channel structure;

7 ein Beispiel für einen Verlauf einer Strömungsgeschwindigkeit über die Zeit; 7 an example of a course of a flow velocity over time;

8 eine Ansicht des Sensorgehäuses im Bereich des Auslasses; 8th a view of the sensor housing in the region of the outlet;

9 eine weitere Ansicht des Sensorgehäuses im Bereich des Auslasses; 9 a further view of the sensor housing in the region of the outlet;

10 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 9; 10 a sectional view taken along the line AA 9 ;

11 eine mögliche Modifikation des in 9 gezeigten Beispiels, und 11 a possible modification of in 9 shown example, and

12 eine weitere mögliche Modifikation des in 10 gezeigten Beispiels. 12 another possible modification of the in 10 shown example.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Sensoranordnung 10 zur Bestimmung eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums. Die Sensoranordnung 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet und kann insbesondere eine Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine erfassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoranordnung 10 ein Steckerteil 12, welches beispielsweise in ein Strömungsrohr, insbesondere einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, eingesteckt werden kann. In dem Steckerteil 12 ist eine Kanalstruktur 14 aufgenommen, durch die über eine Einlassöffnung bzw. einen Einlass 16, die im eingesetzten Zustand einer Hauptströmungsrichtung 18 des fluiden Mediums entgegenweist, eine repräsentative Menge des fluiden Mediums strömen kann. 1 shows a sensor arrangement 10 for determining a parameter of a fluid flowing through a channel. The sensor arrangement 10 is configured in this embodiment as a hot-film air mass meter and can in particular detect an intake air mass of an internal combustion engine. In this embodiment, the sensor arrangement comprises 10 a plug part 12 which can be plugged, for example, into a flow tube, in particular an intake tract of the internal combustion engine. In the plug part 12 is a channel structure 14 received through the via an inlet opening or an inlet 16 in the inserted state of a main flow direction 18 of the fluid medium, a representative amount of the fluid medium can flow.

2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Steckerteils 12 im Bereich der Kanalstruktur 14. Die Kanalstruktur 14 weist eine Hauptkanal 20 auf, welcher in einen Hauptkanalauslass 22 auf einer Unterseite 23 des Steckerteils 12 bezogen auf die Darstellung in 1 mündet, sowie einen von dem Hauptkanal 20 abzweigenden Bypass- bzw. Messkanal 24, welcher in einen auf der Stirnseite 25 bzw. Stirnfläche bezogen auf die Darstelllung in 1 des Steckerteils 12 angeordneten Auslass 26 des Bypass- oder Messkanals 24 mündet, wie der 2 zu entnehmen ist. 2 shows an enlarged section of the plug part 12 in the area of the channel structure 14 , The channel structure 14 has a main channel 20 which is in a main channel outlet 22 on a bottom 23 of the plug part 12 referring to the illustration in 1 and one from the main channel 20 branching bypass or measuring channel 24 which is in one on the front 25 or face in relation to the representation in 1 of the plug part 12 arranged outlet 26 of the bypass or measuring channel 24 flows like the 2 can be seen.

In den Messkanal 24 ragt ein Sensorträger 28 in form eines Flügels, wie beispielsweise in 1 und 2 dargestellt ist. In diesen Sensorträger 28 ist ein Sensorchip 30 derart eingelassen, dass eine als Sensorbereich des Sensorchips 30 ausgebildete Sensormembran 32 von dem fluiden Medium überströmt wird. Wie insbesondere in 3 erkennbar, ist der Sensorträger 28 mit dem Sensorchip 30 Bestandteil eines Elektronikmoduls 34, das vergrößert dargestellt ist. Dieses Elektronikmodul 34 weist ein gebogenes Bodenblech 36 als Sensorträger sowie eine darauf angebrachte, beispielsweise aufgeklebte Leiterplatte 38 mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung 40 auf. Der Sensorträger 28 kann beispielsweise als Kunststoffbauteil an das Bodenblech 36 angespritzt sein. Der Sensorträger 28, welcher beispielsweise als Spritzgießbauteil an das Bodenblech 36 angespritzt ist oder mit dem Bodenblech 36 oder der Leiterplatte 38 integral ausgebildet sein kann, ist mit einer Anströmkante versehen, welche abgerundet ausgestaltet sein kann. Into the measuring channel 24 a sensor carrier protrudes 28 in the form of a grand piano, such as in 1 and 2 is shown. In this sensor carrier 28 is a sensor chip 30 inserted so that one as the sensor area of the sensor chip 30 trained sensor membrane 32 is flowed over by the fluid medium. As in particular in 3 recognizable, is the sensor carrier 28 with the sensor chip 30 Part of an electronic module 34 , which is shown enlarged. This electronic module 34 instructs curved bottom plate 36 as a sensor carrier and a mounted thereon, for example glued circuit board 38 with a control and evaluation circuit 40 on. The sensor carrier 28 For example, as a plastic component to the floor panel 36 be sprayed. The sensor carrier 28 , which, for example, as Spritzgießbauteil to the floor panel 36 is sprayed or with the floor panel 36 or the circuit board 38 may be integrally formed, is provided with a leading edge, which may be configured rounded.

Der Sensorchip 30 ist mit der Ansteuer- und Auswerteschaltung 40 über elektrische Verbindungen 42, welche hier als Draht-Bonding ausgestaltet sind, elektrisch verbunden, wie insbesondere der 3 zu entnehmen ist, das derart entstandene Elektronikmodul 34 wird in einen Elektronikraum 44 eines Sensorgehäuses 46 des Steckerteils 12, in welchem auch die Kanalstruktur 14 ausgebildet ist, eingebracht, wie beispielsweise eingeklebt, wie in 1 erkennbar ist. Dies kann derart erfolgen, dass der Sensorträger 28 dabei in die Kanalstruktur 14 hineinragt. Anschließend werden der Elektronikraum 44 und die Kanalstruktur 14 durch Deckel 48 verschlossen. The sensor chip 30 is with the control and evaluation circuit 40 via electrical connections 42 , which are configured here as wire bonding, electrically connected, in particular the 3 it can be seen, the resulting electronic module 34 will be in an electronics room 44 a sensor housing 46 of the plug part 12 in which also the channel structure 14 is formed, introduced, such as glued, as in 1 is recognizable. This can be done in such a way that the sensor carrier 28 doing so in the channel structure 14 protrudes. Subsequently, the electronics room 44 and the channel structure 14 through lid 48 locked.

Wie 4 zeigt, ist das Steckerteil 12 in ein Strömungsrohr 50 einbringbar. Das Strömungsrohr 50 ist beispielsweise der Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Das Strömungsrohr 50 kann an seinem Einlass 52 und an seinem Auslass 54 jeweils ein Kunststoffgitter 56 sowie am Einlass 52 zusätzlich ein Drahtgitter 58 zur Strömungsgleichrichtung bzw. Homogenisierung aufweisen. Ferner kann die Sensoranordnung 10 einen Temperaturfühler 60 aufweisen, wie beispielsweise in 1 gezeigt ist. Der Temperaturfühler 60 kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten sein, mittels dessen sich die Temperatur der Ansaugluft bestimmen lässt. As 4 shows is the plug part 12 in a flow tube 50 recoverable. The flow tube 50 is for example the intake tract of the internal combustion engine. The flow tube 50 can at his inlet 52 and at its outlet 54 one plastic grid each 56 as well as at the inlet 52 in addition a wire mesh 58 for flow rectification or homogenization. Furthermore, the sensor arrangement 10 a temperature sensor 60 such as in 1 is shown. The temperature sensor 60 For example, it may be an electrical resistor with a negative temperature coefficient, by means of which the temperature of the intake air can be determined.

5 zeigt schematisch die Durchströmung des Hauptstromkanals 20 und des Bypasskanals 24 sowie die Druckverhältnisse am Einlass 16 und an dem Hauptkanalauslass 22 sowie dem Auslass 26 des Bypasskanals 24 bei Normalbetrieb, also einer pulsationsfreien Strömung des fluiden Mediums in der Hauptströmungsrichtung 18. Wie in 5 gezeigt, herrscht an dem Einlass 16 ein hoher Staudruck vor, wie durch das Zeichen „+“ angegeben ist. Dieser hohe Staudruck liegt über dem statischen Umgebungsdruck und bewirkt im Zusammenspiel mit den niedrigeren Drücken, die durch ein Zeichen „–“ angegeben sind, an dem Hauptkanalauslass 22 und dem Auslass 26 eine Durchströmung der Kanalstruktur 14, insbesondere des Hauptkanals 20 und des Bypass- bzw. Messkanals 24. 5 shows schematically the flow through the main flow channel 20 and the bypass channel 24 as well as the pressure conditions at the inlet 16 and at the main channel outlet 22 as well as the outlet 26 of the bypass channel 24 in normal operation, ie a pulsation-free flow of the fluid medium in the main flow direction 18 , As in 5 shown, prevails at the inlet 16 a high dynamic pressure, as indicated by the sign "+". This high backpressure is above the static ambient pressure and, in conjunction with the lower pressures indicated by a "-" sign, causes the main duct outlet 22 and the outlet 26 a flow through the channel structure 14 , especially the main channel 20 and the bypass or measurement channel 24 ,

Bei den Druckverhältnissen gemäß 5 ergibt sich eine wie in 2 dargestellte Durchströmung von Hauptkanal 20 und Bypasskanal 24. Zu dem Sensorchip 30, der mikromechanischen Sensormembran 32 auf dem Sensorchip 30 gelangt die Luft von dem Einlass 16 über eine Fliehkraftumlenkung 62. Partikel und Tröpfchen, die schwerer als die Luft sind, können aufgrund der Fliehkraftumlenkung 62 der nicht folgen und verlassen den Steckfühler 12 durch den Hauptkanalauslass 20. Die übrige Luft durchströmt den Bypasskanal 24. Nach Überströmung der Sensormembran 32 wird unter anderem durch mehrere Stufen (nicht gezeigt) eine möglichst stabile Abströmung zu dem Auslass 26 an der Stirnseite 25 des Steckfühlers 12 realisiert. In the pressure conditions according to 5 results in a like in 2 shown flow through the main channel 20 and bypass channel 24 , To the sensor chip 30 , the micromechanical sensor membrane 32 on the sensor chip 30 The air comes from the inlet 16 via a centrifugal force deflection 62 , Particles and droplets heavier than the air may be due to centrifugal deflection 62 who does not follow and leave the plug-in sensor 12 through the main channel outlet 20 , The remaining air flows through the bypass channel 24 , After overflow of the sensor membrane 32 Among other things, by a plurality of stages (not shown) as stable as possible outflow to the outlet 26 at the front 25 of the plug-in sensor 12 realized.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine liegt allerdings nicht nur der Fall der pulsationsfreien Strömung in der Hauptströmungsrichtung 18 vor. Es treten auch Pulsationen mit instationären, also zeitlich veränderlichen Vorwärts- und Rückwärtsströmungszuständen in einer Strömungsrichtung entgegen der Hauptströmungsrichtung 18 auf. Diese Rückströmung und ihre Richtung ist beispielsweise in 6 durch einen Pfeil 64 angegeben. During operation of the internal combustion engine, however, not only is the case of the pulsation-free flow in the main flow direction 18 in front. Pulsations also occur with transient, ie temporally variable, forward and reverse flow states in a flow direction opposite to the main flow direction 18 on. This backflow and its direction is for example in 6 through an arrow 64 specified.

7 zeigt einen beispielhaften Verlauf des Luftmassenstromes ṁ im Strömungsrohr 50 über die Zeit. Dabei ist auf der X-Achse die Zeit t aufgetragen und auf der Y-Achse der Luftmassenstrom ṁ in Kilogramm pro Stunde (kg/h). Der Luftmassenstrom ṁ ist hierbei der zum jeweiligen Zeitpunkt t gemittelte Luftmassenstrom. Wie dem Diagramm der 7 zu entnehmen ist, kann es zu periodischen Rückströmung in der Richtung 64 kommen. Diese Rückströmungen in der Richtung 64 weisen aufgrund der der Hauptströmungsrichtung 18 entgegengesetzten Strömungsrichtung ein negatives Vorzeichen des Luftmassenstromes ṁ auf. Derartige zeitliche Bereiche der Rückströmung in der Richtung 64 sind in 7 mit Kreisen 66 markiert. So zeigt der Verlauf beispielsweise maximale Luftmassenströme ṁ in der Hauptströmungsrichtung 18 von 150 bis 200 kg/h. Die Luftmassenströme ṁ in der Rückströmung können beispielsweise bis zu –50 kg/h betragen. 7 shows an exemplary profile of the air mass flow ṁ in the flow tube 50 over time. The time t is plotted on the X-axis and the air mass flow ṁ in kilograms per hour (kg / h) on the Y-axis. The air mass flow ṁ here is the averaged at the respective time t air mass flow. Like the diagram of 7 It can be seen, there may be periodic backflow in the direction 64 come. These backflows in the direction 64 indicate due to the main flow direction 18 opposite direction of flow a negative sign of the air mass flow ṁ on. Such temporal regions of the backflow in the direction 64 are in 7 with circles 66 marked. For example, the curve shows maximum air mass flows ṁ in the main flow direction 18 from 150 to 200 kg / h. The air mass flows ṁ in the return flow can be, for example, up to -50 kg / h.

8 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Stirnseite 25 des Steckfühlers 12 im Bereich des Auslasses 26. Der Auslass 26 liegt in einer Ebene mit der Stirnseite 25 des Steckfühlers 12. Eine stromabseitige Fläche 68 stromaufwärts des Auslasses 26 ist zwischen einer anströmseitigen Fläche 70 und der Stirnseite 25 eine Abrundung 72 ausgebildet, die die anströmigseitige Fläche 70 mit einer konstanten Krümmung bzw. einem konstanten Radius in die Stirnseite 25 überführt. An einem stromabwärtigen Ende 74 des Auslasses 26 kann eine Rampe 76 angeordnet sein. 8th shows an enlarged view of the front side 25 of the plug-in sensor 12 in the area of the outlet 26 , The outlet 26 lies in a plane with the front side 25 of the plug-in sensor 12 , A downstream surface 68 upstream of the outlet 26 is between an upstream surface 70 and the front side 25 a rounding off 72 formed, which is the upstream surface 70 with a constant curvature or a constant radius in the front side 25 transferred. At a downstream end 74 the outlet 26 can be a ramp 76 be arranged.

Um nun im Fall von Rückströmungen auf die Strömungsrichtung schließen zu können und große Amplituden eines Messsignals zu erreichen, wird nun gemäß der Erfindung in die Oberfläche des Sensorgehäuses 46, bei diesem Beispiel in die Stirnseite 25, in der Hauptströmungsrichtung 18 gesehen stromabwärts des Auslasses 26 eine Vertiefung 78 eingebracht, wie in 9 gezeigt ist. Durch die Vertiefung 78 wird bei einer Rückströmung des fluiden Mediums in einer Strömungsrichtung 64 entgegen der Hauptströmungsrichtung 18 das fluide Medium durch den Auslass 26 in den Bypasskanal 24 geleitet. Die Vertiefung 78 kann sich von dem Auslass 26 bis zu einem stromabwärtigen Ende 80 des Sensorgehäuses 48 in der Hauptströmungsrichtung 18 erstrecken. Dabei kann sich die Vertiefung 78 entgegen der Hauptströmungsrichtung 18 zu dem Auslass 26 hin verjüngen. Das heißt die Breite b der Vertiefung 78 unmittelbar stromabwärts des Auslasses 26 ist kleiner als an dem stromabwärtigen Ende 80 des Sensorgehäuses 46 in der Hauptströmungsrichtung 18. Beispielsweise kann sich die Vertiefung 78 in einer Draufsicht auf die Stirnseite 25 entgegen der Hauptströmungsrichtung 18 zu dem Auslass 26 in der Form eines Konus oder Flaschenhalses hin verjüngen. Die Vertiefung 78 kann beispielsweise als im Wesentlichen zur Hauptströmungsrichtung 18 parallel verlaufende Rinne in der Stirnseite 25 ausgestaltet sein. Die Vertiefung 78 kann beispielsweise eine Breite b unmittelbar an den Auslass 26 angrenzend oder an dem in der Hauptströmungsrichtung 18 gesehen stromabwärtigen Ende 80 der Stirnseite 25 von 1 bis 15 mm und besonders bevorzugt von 5 bis 12 mm aufweisen, beispielsweise eine Breite b von 8 mm.In order to be able to close in the case of backflows to the flow direction and large Achieving amplitudes of a measuring signal is now according to the invention in the surface of the sensor housing 46 , in this example in the front page 25 , in the mainstream direction 18 seen downstream of the outlet 26 a depression 78 introduced, as in 9 is shown. Through the depression 78 becomes at a back flow of the fluid medium in a flow direction 64 against the main flow direction 18 the fluid medium through the outlet 26 in the bypass channel 24 directed. The depression 78 can be from the outlet 26 to a downstream end 80 of the sensor housing 48 in the main flow direction 18 extend. This can be the depression 78 against the main flow direction 18 to the outlet 26 rejuvenate. That is, the width b of the recess 78 immediately downstream of the outlet 26 is smaller than at the downstream end 80 of the sensor housing 46 in the main flow direction 18 , For example, the depression may 78 in a plan view of the front side 25 against the main flow direction 18 to the outlet 26 taper in the shape of a cone or bottle neck. The depression 78 may be, for example, as substantially to the main flow direction 18 parallel groove in the front 25 be designed. The depression 78 For example, a width b directly to the outlet 26 adjacent or at the main flow direction 18 seen downstream end 80 the front side 25 from 1 to 15 mm and more preferably from 5 to 12 mm, for example, a width b of 8 mm.

10 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 9. Der Bypasskanal 24 kann so ausgebildet sein, dass er unmittelbar vor dem Auslass 26 eine Kurve 82 beschreibt, wobei in der Kurve 82 das fluide Medium vorzugsweise um mindestens 60°, insbesondere um mindestens 90° und besonders bevorzugt um mindestens 120° umgelenkt wird. Bei dem in 10 gezeigten Beispiel erfolgt beispielsweise eine Umlenkung um 180°. Das Sensorgehäuse 46 kann auf einer stromaufwärtigen Seite bezüglich der Hauptströmungsrichtung 18 an dem Auslass 26 eine scharfe Kante 84 aufweisen. Die Vertiefung 78 kann eine Tiefe a von 1 bis 10 mm und besonders bevorzugt von 2 bis 5 mm aufweisen, beispielsweise eine Tiefe von 3 mm. Die Tiefe a kann sich an den tatsächlich spritzgusstechnischen Gegebenheiten des Designs orientieren. 10 shows a section along the line AA 9 , The bypass channel 24 can be designed so that it is just in front of the outlet 26 a curve 82 describes where in the curve 82 the fluid medium is preferably deflected by at least 60 °, in particular by at least 90 ° and particularly preferably by at least 120 °. At the in 10 example shown, for example, a deflection by 180 °. The sensor housing 46 may be on an upstream side with respect to the main flow direction 18 at the outlet 26 a sharp edge 84 exhibit. The depression 78 may have a depth a of from 1 to 10 mm, and more preferably from 2 to 5 mm, for example a depth of 3 mm. The depth a can be based on the actual injection molding conditions of the design.

11 zeigt eine mögliche Modifikation des in 9 gezeigten Beispiels, wobei lediglich die Unterschiede zu dem in 9 gezeigten Beispiel erläutert werden. Bei dem in 11 gezeigten Beispiel sind in der Vertiefung 78 zwei Rippen 86 angeordnet. Die Rippen 86 weisen eine Haupterstreckungsrichtung parallel zu der Hauptströmungsrichtung 18 auf. Die Rippen 86 können sich über die ganze Länge der Vertiefung 78 in der Hauptströmungsrichtung 18 gesehen oder nur über einen Teil der Länge in Hauptströmungsrichtung 18 gesehen in der Vertiefung 78 erstrecken. Die Rippen 86 können gerade oder geschwungen sein, wie in 11 gezeigt ist. Der Krümmungsverlauf kann den Rändern der Vertiefung 78 entsprechen oder auch weniger ausgeprägt sein. Auch die Position der Rippen 86 kann sowohl in der Hauptströmungsrichtung 18 als auch quer dazu variieren. Die Rippen 86 können eine Breite von 1 bis 5 mm, besonders bevorzugt von 1 bis 2 mm aufweisen, beispielsweise eine Breite von 1,5 mm und/oder eine Höhe von 1 bis 12 mm und besonders bevorzugt von 2 bis 5 mm aufweisen, beispielsweise eine Höhe von 3 mm. Die Höhe der Rippen 86 kann beispielsweise über die Ebene der Stirnseite 25 hinausgehen. 11 shows a possible modification of the in 9 shown, with only the differences from the in 9 illustrated example will be explained. At the in 11 example shown are in the recess 78 two ribs 86 arranged. Ribs 86 have a main extension direction parallel to the main flow direction 18 on. Ribs 86 can be over the full length of the recess 78 in the main flow direction 18 seen or only over a part of the length in the main flow direction 18 seen in the recess 78 extend. Ribs 86 can be straight or curved, as in 11 is shown. The curvature can be the edges of the recess 78 be equal or less pronounced. Also the position of the ribs 86 can be both in the main flow direction 18 as well as vary across. Ribs 86 may have a width of 1 to 5 mm, more preferably 1 to 2 mm, for example, have a width of 1.5 mm and / or a height of 1 to 12 mm and more preferably from 2 to 5 mm, for example, a height of 3 mm. The height of the ribs 86 can, for example, over the plane of the front page 25 go out.

12 zeigt eine weitere Modifikation, die alternativ oder zusätzlich zu der in 11 dargestellten Modifikation möglich ist. Dabei entspricht die Darstellung der 12 der Ansicht der 10. Wie in 12 gezeigt ist, kann an dem stromabwärtigen Ende 80 der Stirnfläche eine Fase 88 ausgebildet sein. Die Fase 88 kann eine Länge c in der Hauptströmungsrichtung 18 von 1 bis 20 mm und besonders bevorzugt von 5 bis 15 mm beispielsweise 10 mm, und/oder eine Höhe d von 1 bis 10 mm und besonders bevorzugt von 3 bis 8 mm aufweisen, beispielsweise eine Höhe von 6 mm. 12 shows a further modification, alternatively or in addition to the in 11 shown modification is possible. The representation corresponds to the 12 the view of 10 , As in 12 can be shown at the downstream end 80 the end face a chamfer 88 be educated. The chamfer 88 may be a length c in the main flow direction 18 from 1 to 20 mm and more preferably from 5 to 15 mm, for example 10 mm, and / or have a height d of 1 to 10 mm and particularly preferably of 3 to 8 mm, for example a height of 6 mm.

Es wird explizit betont, dass die Anordnung des Auslasses 26 nicht auf die Stirnseite 25 des Steckerteils 12 beschränkt ist. Eine Ausbildung des Auslasses 26 an der Oberseite oder Unterseite 23 des Steckerteils 12 ist ebenso bei allen oben beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen möglich. It is explicitly emphasized that the arrangement of the outlet 26 not on the front 25 of the plug part 12 is limited. A training of the outlet 26 at the top or bottom 23 of the plug part 12 is also possible with all embodiments described above and shown in the figures.

Durch die Vertiefung 78 in einem stromabwärtigen Bereich des Auslasses 26 wird quasi ein Rückstromkanal gebildet. Aufgrund der Vertiefung 78 wird impulsbehaftetes Fluid in den Bypasskanal 24 geführt. Im Falle einer Rückströmung 64 wird das fluide Medium aufgrund der von der Vertiefung 78 gebildeten Querschnittsverjüngung beschleunigt, bevor es in den Bypasskanal 24 einströmt. Im Vergleich zur Einströmung ohne Verjüngung verbessert sich dadurch auch das Verhältnis von Fluidimpuls zum Impulsverlust aufgrund der Wandreibung im Bypasskanal 24. Dadurch weist das fluide Medium auch in dem Bypasskanal 24 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit im Fall von Rückströmungen 64 auf, so dass auch für den Fall der Rückströmung 64 höhere Geschwindigkeiten über die Sensormembran 32 streichen. Dadurch werden entsprechend größere Amplituden des Signals des Sensorchips 30 erzielt und es können genauere Aussagen über die Strömungsgeschwindigkeit v auch im Fall der Rückströmung 64 getroffen werden. Im Normalbetrieb stellt sich weiterhin ein wirksamer Unterdruck am Auslass 26 und somit eine Vorwärtsströmung im Bypasskanal 24 ein. Through the depression 78 in a downstream area of the outlet 26 is virtually formed a return flow channel. Due to the depression 78 is impulsive fluid in the bypass channel 24 guided. In case of a backflow 64 the fluid medium becomes due to the depression 78 formed cross-sectional taper accelerates before entering the bypass channel 24 flows. Compared to the inflow without rejuvenation thereby also improves the ratio of fluid impulse to the loss of momentum due to the wall friction in the bypass channel 24 , As a result, the fluid medium also in the bypass channel 24 a higher flow rate in the case of backflow 64 on, so even in the case of backflow 64 higher speeds across the sensor membrane 32 to brush. As a result, correspondingly larger amplitudes of the signal of the sensor chip 30 achieved and it can be more accurate statements about the flow velocity v also in the case of backflow 64 to be hit. In normal operation continues to be an effective negative pressure at the outlet 26 and thus a forward flow in the bypass channel 24 one.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19815656 A1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, page, 146-148 [0002]

Claims

Sensor arrangement ( 10 ) for determining at least one parameter of a channel ( 24 ) flowing fluid medium, in particular an intake air mass of an internal combustion engine, wherein the sensor arrangement ( 10 ) a sensor housing ( 12 . 46 ), in particular in a flow tube ( 50 ) inserted or insertable plug-in sensor ( 12 ), in which the channel ( 24 ) is formed, and at least one in the channel ( 24 ) arranged sensor chip ( 30 ) for determining the parameter of the fluid medium, wherein the sensor housing ( 12 . 46 ) an inlet ( 16 ) into the channel ( 24 ), one of the main flow directions ( 18 ) of the fluid medium, and at least one outlet ( 26 ) from the canal ( 24 ) in a surface ( 25 ) of the sensor housing ( 12 . 46 ), characterized in that the surface ( 25 ) of the sensor housing ( 12 . 46 ) in the main flow direction ( 18 ) seen downstream of the outlet ( 26 ) a recess ( 78 ), whereby through the depression ( 78 ) in a backflow ( 64 ) of the fluid medium in a flow direction opposite to the main flow direction ( 18 ) the fluid medium through the outlet ( 26 ) into the channel ( 24 ).

Sensor arrangement ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the depression ( 78 ) from the outlet ( 26 ) to a downstream end ( 80 ) of the sensor housing ( 12 . 46 ) in the main flow direction ( 18 ).

Sensor arrangement ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the depression ( 78 ) counter to the main flow direction ( 18 ) to the outlet ( 26 ) tapers.

Sensor arrangement ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the recess ( 78 ) in a plan view of the surface ( 25 ), in which the outlet ( 26 ), contrary to the main flow direction ( 18 ) to the outlet ( 26 ) tapers in the shape of a cone or bottleneck.

Sensor arrangement ( 10 ) according to one of the two preceding claims, wherein the depression ( 78 ) a width (b) directly to the outlet ( 26 ) adjacent or at the main flow direction ( 18 ) seen downstream end ( 80 ) of the surface ( 25 ) from 1 to 15 mm and more preferably from 5 to 12 mm.

Sensor arrangement ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the recess ( 78 ) has a depth (a) of 1 to 10 mm and more preferably of 2 to 5 mm.

Sensor arrangement ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein in the recess ( 78 ) at least one rib ( 86 ) whose main extension direction is parallel or substantially parallel to the main flow direction (FIG. 18 ).

Sensor arrangement ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the rib ( 86 ) has a width of 1 to 5 mm and more preferably of 1 to 2 mm and / or has a height of 1 to 12 mm and more preferably of 2 to 5 mm.

Sensor arrangement ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein at the downstream end ( 70 ) of the surface ( 25 ), in which the outlet ( 26 ), a chamfer ( 88 ) is trained.

Sensor arrangement ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the chamfer ( 88 ) a length (c) in the main flow direction (FIG. 18 ) of 1 to 20 mm and more preferably of 5 to 15 mm and / or has a height (d) of 1 to 10 mm and more preferably of 3 to 8 mm.