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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung ist ferner auf einen einen derartigen Sauerstoffsensor aufweisenden Verbrennungsmotor gerichtet.
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Bei Verbrennungsmotoren ist es in einer Reihe von Fällen gewünscht, den Sauerstoffgehalt in der Ansaugluft im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erfassen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Verbrennungsmotor mit Einrichtungen zur Abgasrückführung in den Ansaugtrakt versehen ist. In diesem Fall ist der Sauerstoffsensor hinter dem Punkt der Einspeisung der rückgeführten Abgase im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angeordnet. Hier soll über die Erfassung des Sauerstoffgehaltes die Abgasrückführungsrate ermittelt werden. Ohne Abgasrückführung beträgt der O2-Gehalt in der Ansaugluft ca. 21 % und sinkt mit zunehmendem Abgasrückführungsanteil.
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Nach dem Stand der Technik werden hierbei Sauerstoffsensoren verwendet, deren Rohsignal bedingt durch das Messprinzip in Abhängigkeit vom Druck korrigiert werden muss. Dabei tritt das Problem auf, dass die Druckabhängigkeit des Rohsignals bei jedem neu hergestellten Sauerstoffsensor etwas unterschiedlich ist. Wenn man diese unterschiedliche Abhängigkeit der Rohsignale vom Druck, die auch als Teilestreuung bezeichnet wird, unbeachtet lässt, ergeben sich für verschiedene Sauerstoffsensoren unterschiedlich starke Messfehler, die sich nachteilig auf die Steuerung des Verbrennungsmotors auswirken. Bei den Lösungen nach dem Stand der Technik hat man diesen Nachteil in Kauf genommen und eine einheitliche Druckkorrektur für Sauerstoffsensoren vorgesehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sauerstoffsensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors zu schaffen, bei dem die Teilestreuung der Abhängigkeit der Rohsignale vom Druck kompensierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sauerstoffsensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Dadurch, dass der Drucksensor in dem Sauerstoffsensor mindestens einen Datenträger aufweist, der für den jeweiligen Sauerstoffsensor spezifische durch die Teilestreuung bedingte Sensordaten beinhaltet, kann während des Produktionsprozesses des Sauerstoffsensors dessen Abhängigkeit der Rohsignale vom Druck gemessen werden und auf dem Datenträger abgelegt werden. Der Sauerstoffsensor kann dann während eines Einbaus in das Kraftfahrzeug oder auch im Betrieb des Kraftfahrzeuges gezielt seine Besonderheiten zum Beispiel an das Motorsteuergerät übertagen und damit entsprechend ausgelesen werden.
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Dazu ist es vorteilhaft, wenn die spezifischen Sensordaten beim Einbau des Sauerstoffsensors in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine an ein Motorsteuergerät übertagen werden. Nach der Übertragung dieser spezifischen Sensordaten kann das Motorsteuergerät eine sensorspezifische und druckkompensierte Auswertung der Rohdaten des Sauerstoffsensors vornehmen.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Datenträger als elektronisches Speicherelement ausgebildet. Elektronische Speicherelemente sind sehr kostengünstig und leicht in den Sauerstoffsensor zu integrieren.
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Das elektronische Speicherelement kann zum Beispiel im Sauerstoffsensorstecker des Sauerstoffsensors ausgebildet sein. Wenn beim Einbau des Sauerstoffsensors in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors der Sauerstoffsensorstecker mit dem des Motorsteuergerätes verbunden wird, können die im elektronischen Speicherelement abgelegten spezifischen Sensordaten an das Motorsteuergerät auf elektronischem Wege übertragen werden.
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Es ist auch möglich, die spezifischen Sensordaten über seine SENT-Schnittstelle zum Beispiel während des Betriebes des Kraftfahrzeuges an das Motorsteuergerät zu übertragen. Dabei können das die spezifischen Sensordaten im SENT-Slow-Channel parallel zu den Messergebnissen des Drucksensors an das Steuergerät übertragen werden.
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Das das elektronische Speicherelement kann als EEPROM in dem Gehäuse des im Sauerstoffsensor integrierten Drucksensors ausgebildet sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 die Anordnung eines Sauerstoffsensors im Ansaugstrang eines Verbrennungsmotors,
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2 den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor mit einem Sauerstoffsensorkabel,
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3 einen schematisch dargestellte Sauerstoffsensor.
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1 zeigt die Anordnung eines Sauerstoffsensors 14 im Ansaugstrang 7 eines Verbrennungsmotors 1. Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Ansaugstrang 7 und einen Abgasstrang 3 auf. Von den Zylindern des Verbrennungsmotors 1 werden Verbrennungsabgase 8 über die Abgaskrümmer 2 und einen Katalysator 4 bzw. einen Schalldämpfer zum Auspuff eines Kraftfahrzeuges geführt. Von den Abgasen 8 kann ein Teil des Volumenstromes abgezweigt werden, um den in den Abgasen vorhandenen Sauerstoff dem Verbrennungsmotor 1 zur Verbrennung zur Verfügung zu stellen. Dazu wird von der Motorsteuerung 13 ein Abgasrückführventil 5 angesteuert, das einen Teil des Abgasstromes 8 in die Abgasrückführleitung 6 einleitet, die wiederum mit dem Ansaugstrang 7 verbunden ist. Durch den Ansaugstrang 7 wird Ansaugluft 9 über einen Luftfilter 10 angesaugt und im Bereich der Verbindung der Abgasrückführleitung 6 mit dem Ansaugstrang 7 mit rückgeführtem Abgas 8 vermischt. Der Sauerstoffsensor 14 ist in Strömungsrichtung der Ansaugluft 9 hinter dem Punkt im Ansaugstrang 7 angeordnet, an dem die Abgasrückführleitung 6 an den Ansaugstrang 7 angekoppelt ist. Damit kann der Sauerstoffsensor 14 den in der mit Abgasen vermischten Ansaugluft 9 (Abgas-Ansaugluft-Gemisch) enthaltenen Sauerstoff messen und diese Information an das Motorsteuergerät 13 weitergeben. Da Sauerstoffsensoren jedoch druckabhängige Rohsignale liefern, ist ein Drucksensor 12 vorgesehen, der im Ansaugstrang 7 beispielsweise im Bereich der Ansaugkrümmer angeordnet sein kann und dem Motorsteuergerät 13 Informationen über den im Ansaugstrang 7 herrschenden Druck liefert. Mit dem Drucksensor 12 können die Rohsignale des Sauerstoffsensors 14 derart korrigiert werden, dass der relative Anteil des Sauerstoffes im Abgas-Ansaugluft-Gemisch bestimmt werden kann. Um die absolute Menge des Sauerstoffs zu bestimmen, die den Zylindern des Verbrennungsmotors 1 zugeführt wird, ist weiterhin ein Luftmassenmesser 21 im Ansaugstrang 7 angeordnet. Der Drucksensor 12, der Luftmassenmesser 21 und der erfindungsgemäße Sauerstoffsensor 14 sind mit dem Motorsteuergerät 13 elektrisch verbunden und liefern zusammen hochgenaue Daten über die Sauerstoffmenge, die zur Verbrennung im Verbrennungsmotor 1 zur Verfügung steht. Mit diesen Informationen kann eine optimale Verbrennung des Kraftstoffes im Verbrennungsmotor erfolgen, so dass der Verbrennungsmotor höchst effizient arbeitet und die Umwelt mit möglichst wenig Abgasen 8 belastet. Die elektrischen Verbindungen 20 zwischen dem Motorsteuergerät und den verschiedenen Sensoren sowie dem Abgasrückführventil 5 und dem Verbrennungsmotor sind hier nur schematisch dargestellt. Der erfindungsgemäße Sauerstoffsensor 14 enthält selber einen Drucksensor 12, der in das Gehäuse 23 des Sauerstoffsensors 14 integriert ist. Da die Rohdaten des erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors 14 jedoch druckabhängig sind, und diese Druckabhängigkeit starken Bauteilschwankungen unterliegt, weist der Drucksensor 12 in dem Sauerstoffsensor 14 mindestens einen Datenträger 18 auf, der für den jeweiligen Sauerstoffsensor 14 spezifische, durch die Teilestreuung bedingte Sensordaten beinhaltet. Diese spezifischen, durch die Teilestreuung bedingten Sensordaten (sensorspezifische Daten) können während des Herstellungsprozesses des Sauerstoffsensors 14 ermittelt werden und in den Datenträger 18 eingeschrieben werden. Wenn der erfindungsgemäße Sauerstoffsensor 14 dann in den Ansaugstrang 7 des Verbrennungsmotors 1 eingebaut wird, können die sensorspezifischen Daten aus dem Datenträger 18 ausgelesen werden und an das Motorsteuergerät 13 übertragen werden. Als Datenträger 18 kommen zum Beispiel elektronische Speicherelemente 18 in Frage. Als elektronisches Speicherelement 18 kann zum Beispiel ein EEPROM eingesetzt werden.
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2 zeigt den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor 14 mit einem Sauerstoffsensorkabel 15 und einem daran ausgebildeten Sauerstoffsensorstecker 17. Hier ist der Drucksensor 12 in dem Sensorgehäuse 23 des Sauerstoffsensors 14 ausgebildet. Die im elektronischen Datenspeicher 18 abgelegten sensorspezifischen Daten können beim Einbau des Sauerstoffsensors 14 in den Ansaugstrang 7 ausgelesenen und an das Motorsteuergerät 13 übertragen werden, wo diese sauerstoffsensorspezifischen Daten abgelegt und zur weiteren Verarbeitung genutzt werden. Darüber hinaus ist es denkbar, zum Beispiel ein elektronisches Speicherelement 18 als EEPROM auszubilden. Sobald der Sauerstoffsensorstecker 17 mit dem Motorsteuergerät 13 elektrisch verbunden wird, werden über die elektrische Leitung 20 die sensorspezifischen Daten an das Motorsteuergerät 13 gesendet. Auf diese Weise kann das Motorsteuergerät 13 die Rohdaten des Sauerstoffsensors 14 höchstgenau und druckabhängig auswerten, wobei die sauerstoffsensorspezifische Bauteilstreuung berücksichtigt wird.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, die sensorspezifischen Daten während des Betriebes des Kraftfahrzeuges über eine SENT-Schnittstelle an das Motorsteuergerät zu übertragen. Dabei können das die sensorspezifischen Daten im SENT-Slow-Channel parallel zu den Messergebnissen des Drucksensors 12 und des Sauerstoffsensors 14 an das Motorsteuergerät 13 übertragen werden.
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Der in 3 schematisch dargestellte Sauerstoffsensor 14 besitzt ein Sensorelement 22, das auf dem vorderen Ende eines stabförmigen Trägerelementes 25 angeordnet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Interdigitalelektrode handeln. Die Leiterbahnen des Sensorelementes 22 erstrecken sich in 3 nach rechts bis in einen Kontaktbereich des Sauerstoffsensorsteckers 17. Ein Sensorgehäuse 23 bildet eine Halterung für das Sensorelement 22 und weist eine hier nicht dargestellte Auswerteelektronik für das Sensorelement 22 auf.
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Das Sensorelement 22 kann von einer Metallkappe 26, die als Schutzrohr ausgebildet sein kann, umgeben sein. Das Sensorelement 6 erstreckt sich coaxial zur Metallkappe 26, die mit mehreren Öffnungen 27 versehen ist, damit das Sensorelement 22 mit dem Abgas-Ansaugluft-Gemisch in Kontakt treten kann, dessen Sauerstoffgehalt gemessen werden soll. Die vom Sensorelement 22 selbst erzeugte Wärme wird abgeführt, bevor sie zum die Halterung für das Sensorelement 6 bildenden Kunststoffgehäuse gelangt. Hierzu ist ein plattenförmiges Wärmeableitelement 24 vorgesehen, das das Sensorelement 22 mit der Metallkappe verbindet. Das Wärmeableitelement 24 gilt dabei gleichzeitig das Trägerelement für die Metallkappe 26. In dem Gehäuse des Sauerstoffsensors 14 ist ein Drucksensor 12 ausgebildet, der ein elektronisches Speicherelement 18 aufweist. Am Sauerstoffsensor 14 sind als Datenträger ein elektronisches Speicherelement 18 und/oder ein optisch lesbares Speicherelement 19 ausgebildet. Das elektronische Speicherelement 18 ist zum Beispiel als EPROM im Sensorgehäuse 23 des Sauerstoffsensors innerhalb des Drucksensors 12 ausgebildet.
