DE102017128153B4

DE102017128153B4 - Sensoranordnung und Verfahren zum Bereitstellen derselben

Info

Publication number: DE102017128153B4
Application number: DE102017128153.3A
Authority: DE
Inventors: Uli Sofan; Marcel Noé
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2023-08-17
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: DE102017128153A1

Abstract

Sensoranordnung eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Sensor (4) zur Analyse von Abgas, wobei der Sensor (4) am Abgasstrang mit einem ersten Teil (5) in eine abgasführende Leitung (2) des Abgasstrangs hineinragend und mit einem zweiten Teil (6) außerhalb der abgasführenden Leitung (2) des Abgasstrangs vorgesehen ist, wobei der erste Teil (5) des Sensors (4) in Kontakt mit dem die abgasführende Leitung (2) durchströmenden Abgas und der zweite Teil (6) des Sensors (4) in Kontakt mit einer Umgebung der abgasführenden Leitung (2) des Abgasstrangs ist,wobei am zweiten Teil (6) des Sensors (4) ein separater Kühlkörper (8) angebracht ist, und wobei der separate Kühlkörper (8) mittels eines ersten Befestigungsmittels (12) am zweiten Teil (6) des Sensors (4) kraft- und/oder formschlüssig befestigt ist,dadurch gekennzeichnet, dassder separate Kühlkörper (8) mittels des ersten Befestigungsmittels (12) an einem zweiten Befestigungsmittel (7) des Sensors (4), welches zur Befestigung des Sensors (4) am Abgasstrang ausgebildet ist, kraft- und/oder formschlüssig befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen einer solchen Sensoranordnung.
Zur Analyse von Abgas aus einem Verbrennungsprozess einer Brennkraftmaschine werden Sensoren im Bereich eines Abgasstrangs der Brennkraftmaschine eingesetzt. Das Abgas strömt dabei durch abgasführende Leitungen des Abgasstrangs. Das heiße Abgas erwärmt die abgasführenden Leitungen und die Sensoren. Bei einer zu starken Erwärmung der Sensoren können diese fehl messen bzw. fehl funktionieren oder gänzlich ausfallen.
Aus dem Stand der Technik sind zwei grundsätzliche Konzepte bekannt, um eine zu starke Erwärmung der Sensoren zu vermeiden.
Nach einem ersten bekannten Konzept ist eine separate Analysekammer an der abgasführenden Leitung ausgebildet. Die separate Analysekammer ist von einem Gehäuse umgeben, in welches ein Messbereich eines Sensors hineinragt. Integraler Bestandteil des die separate Analysekammer ausbildenden Gehäuses sind Kühlrippen, welche das von einem die jeweilige abgasführende Leitung durchströmenden Abgasstrom abgezweigte und in die Analysekammer einströmende Abgas abkühlen, sodass der Messbereich des Sensors mit abgekühltem Abgas in Kontakt steht. Bei dem ersten Konzept steht demnach der Messbereich des Sensors nicht unmittelbar mit dem die jeweilige abgasführende Leitung durchströmenden Abgasstrom in Kontakt, sondern mit vom Abgasstrom in die separate Analysekammer abgeleitetem Abgas.
Ein solches Konzept, bei welchem ein Sensor mit Abgas in Kontakt steht, das von einem eine abgasführende Leitung durchströmenden Abgasstrom in eine separate Analysekammer abgeleitet wird, ist aus der US 7 089 811 B2 sowie EP 2 619 539 B1 bekannt, wobei in der EP 2 619 539 B1 die Analysekammer eine steuerbare Öffnung aufweist, welche das Einströmen von Abgas verhindert oder begünstigt. Dieses Konzept ist in Bezug auf die aufwendige und kostenintensive Herstellung der Analysekammer sowie der nicht vorhandenen Nachrüstmöglichkeit bestehender Sensoranordnungen nachteilhaft.
Nach einem zweiten bekannten Konzept, wie bspw. offenbart in der US 7 805 992 B2 JP 3 013 270 B2 und DE 195 36 136 A1 , ist ein am Sensor integral ausgebildeter Kühlkörper vorhanden, wobei der Messbereich des Sensors mit dem die jeweilige abgasführende Leitung durchströmenden Abgasstrom unmittelbar in Kontakt steht. An dem nicht in die jeweilige abgasführende Leitung des Abgasstrangs hineinragenden Teil des Sensors ist der Kühlkörper integral ausgebildet, welcher der Ableitung von Wärmeeintrag am Sensor an dessen Umgebung dient. Dies hat den Nachteil, dass der Sensor aufwendig und kostenintensiv hergestellt werden muss und zu einer Nachrüstung bestehender Sensoranordnungen ein bereits verbauter Sensor ohne integralen Kühlkörper ausgebaut und gegen einen anderen Sensor mit integralem Kühlkörper ausgetauscht werden muss.
DE 103 06 412 A1 offenbart eine Sensoranordnung eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
DE 10 2014 211 243 A1 und US 3 924 457A offenbaren weiteren Stand der Technik.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung einer abgasführenden Leitung eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs, bei welcher der jeweilige Sensor unmittelbar mit dem die jeweilige abgasführende Leitung durchströmenden Abgasstrom in Kontakt steht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine neuartige Sensoranordnung bereitzustellen, welche einfach und kostengünstig herzustellen ist und welche die Nachrüstung bestehender Sensoranordnungen ohne den Austausch bereits verbauter Sensoren ermöglicht. Des Weiteren soll ein Verfahren zum Bereitstellen einer solchen Sensoranordnung geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch die Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Sensoranordnung eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs weist zumindest einen Sensor zur Analyse von Abgas auf, wobei der Sensor am Abgasstrang mit einem ersten Teil in eine abgasführende Leitung des Abgasstrang hineinragend und mit einem zweiten Teil außerhalb der abgasführenden Leitung des Abgasstrangs vorgesehen ist, wobei der erste Teil des Sensors in Kontakt mit dem die abgasführende Leitung durchströmenden Abgas und der zweite Teil des Sensors in Kontakt mit einer Umgebung der abgasführenden Leitung des Abgasstrangs ist.
Am zweiten Teil des Sensors ist ein separater Kühlkörper angebracht. Damit ist in einer vorteilhaften Weise eine einfache und kostengünstige Herstellung und Nachrüstung bestehender Sensoranordnungen ohne den Austausch bereits verbauter Sensoren realisiert.
Der separate Kühlkörper ist mittels eines ersten Befestigungsmittels am zweiten Teil des Sensors kraft- und/oder formschlüssig und mittels des ersten Befestigungsmittels an einem zweiten Befestigungsmittel des Sensors, welches zur Befestigung des Sensors am Abgasstrang ausgebildet ist, kraft- und/oder formschlüssig befestigt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der separate Kühlkörper zumindest teilweise den zweiten Teil des Sensors umgibt sowie geometrisch ausgebildete Kühlelemente, bevorzugt als Kühlrippen ausgebildet, aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der separate Kühlkörper einen zylinderartigen oder kegelstumpfartigen Grundkörper und an seinen gegenüberliegen Enden Öffnungen zur Aufnahme des zweiten Teils des Sensors und insbesondere im Bereich der zumindest einen Öffnung einen Kragen auf, wobei an dem Kragen das erste Befestigungsmittel angreift und in einer vorteilhaften Weise das erste Befestigungsmittel den Kragen verformt und so den separaten Kühlkörper kraft- und/oder formschlüssig am zweiten Teil des Sensors befestigt.
Der Sensor ist vorzugsweise als Lambda-Sonde, NO_x-Sensor, Partikel-Sonde, Temperaturfühler oder als sonstige Vorrichtung zum Erhalten von Informationen aus Abgas ausgebildet.
Das Verfahren zum Bereitstellen der Sensoranordnung ist in Anspruch 10 definiert.
Eine weitere erfindungsgemäße Sensoranordnung weist die Merkmale des Anspruchs 11 auf.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung einer abgasführenden Leitung eines Abgasstrangs, eines Sensors und eines separaten Kühlkörpers in einem ersten Zustand, in welchem der separate Kühlkörper vom Sensor gelöst ist, und
2 die Darstellung der 1, in welcher der separate Kühlkörper am Sensor befestigt ist.

In 1 ist ein Ausschnitt eines Abgasstrangs mit einer Abgasanlage 1 eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Die Abgasanlage 1 weist eine abgasführende Leitung 2 auf, wobei die abgasführende Leitung 2 über Verbindungselemente 3 an weitere Teile der Abgasanlage 1 verbunden sein kann. Die abgasführende Leitung 2 der Abgasanlage 1 dient der Leitung von heißem Abgas, welches aus einem Verbrennungsprozess einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine stammt. Das heiße Abgas wird somit von der Brennkraftmaschine mittels der Abgasanlage 1 schlussendlich an die Umwelt abgegeben, nachdem es unterschiedliche auch nicht gezeigte Bereiche der Abgasanlage durchströmt hat. Das heiße Abgas erwärmt hierbei die abgasführende Leitung 2.
Um das Abgas zu analysieren ist ein Sensor 4 an der abgasführenden Leitung 2 vorgesehen. Der Sensor 4 ragt dabei mit einem ersten Teil 5, welches einen Messbereich zur Analyse des Abgases aufweist, in die abgasführende Leitung 2 hinein und steht unmittelbar mit dem die abgasführende Leitung 2 durchströmenden Abgas in Kontakt. Ein zweiter Teil 6 des Sensors 4 ragt in die Umgebung der abgasführenden Leitung 2 bzw. der Abgasanlage 1.
Um den Sensor 4 mit der abgasführenden Leitung 2 zu verbinden ist ein Befestigungsmittel 7 vorgesehen. Dieses Befestigungsmittel 7, welches nachfolgend als zweites Befestigungsmittel 7 bezeichnet wird, ist bevorzugt eine Schraubverbindung, so dass der Sensor 4 mit der abgasführenden Leitung 2 schraubbar angebunden ist.
1 zeigt weiterhin einen separaten Kühlkörper 8 in einem vorpositionierten Zustand. Der separate Kühlkörper 8 weist Öffnungen 9 an seinen gegenüberliegenden Enden auf, so dass ein Kabel 10, das mit dem zweiten Teil 6 des Sensors 4 verbunden ist, durch den Kühlkörper 8 und durch die Öffnungen 9 durchführbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlkörper 8 zylinderartig ausgebildet. Besonders bevorzugt weist der Kühlkörper 8 eine kegelstumpfartige Form auf. Ein Grundkörper des Kühlkörpers 8 weist demnach vorzugsweise eine zylinderartige oder kegelstumpfartige Form auf.
Der in 1 und 2 gezeigte Kühlkörpers 8 mit dem kegelstumpfartigen Grundkörper ist derart konturiert, dass es sich in montiertem Zustand ausgehend von einem Ende des Grundkörpers, welches der abgasführenden Leitung 2 zugewandt ist, in Richtung auf ein gegenüberliegendes Ende des Grundkörpers, welches von der abgasführenden Leitung 2 abgewandt ist, verjüngt.
Andere Formen oder geometrische Ausgestaltungen des Kühlkörpers 8 sind ebenfalls vorstellbar ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Um eine große wärmeabgebende Oberfläche des Kühlkörpers 8 zu realisieren sind Kühlelemente 11 am Kühlkörper 8 ausgebildet. Die Kühlelemente 11 sind bevorzugt Kühlrippen oder Kühlbleche. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kühlelemente 11 integraler Bestandteil des Kühlkörpers 8 und somit aus demselben, wärmeabgebenden Werkstoff hergestellt. Die als Kühlrippen ausgebildeten Kühlelemente 11 laufen vorzugsweise in Umfangsrichtung um den Kühlkörper 8 um oder erstrecken sich in Längsrichtung desselben.
Besonders vorteilhaft ist die Herstellung des Kühlkörpers 8 bzw. der Kühlelemente 11 aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Stahl. Es kann auch die Verwendung von anderen Metallen, wie bspw. Kupfer oder Legierungen zur Herstellung des Kühlkörpers 8 bzw. der Kühlelemente 11 in Betracht kommen.
In einer Ausbildung sind Kühlkörper 8 und Kühlelemente 11 aus unterschiedlichen wärmeleitfähigen Werkstoffen gebildet und miteinander in einer geeigneten Art und Weise verbunden. Der Kühlkörper 8 bzw. die Kühlelemente 11 können einfach und kostengünstig hergestellt werden. Besonders einfach und kostengünstig ist der Kühlkörper 8 bzw. sind die Kühlelemente 11 durch ein spanend bearbeitetes Strangpressprofil hergestellt.
Der separate Kühlkörper 8 ist über ein Befestigungsmittel 12, welches nachfolgend als erstes Befestigungsmittel 12 bezeichnet wird, an dem Sensor 4 befestigt. Bevorzugt weist der Kühlkörper 8 das erstes Befestigungsmittel 12 im Bereich einer Öffnung 9 auf.
Das erste Befestigungsmittel 12 ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform so ausgebildet, dass es mit einem an einer der Öffnungen 9 ausgebildeten Kragen 13 zusammenwirkt. Der Kragen 13 ist integraler Bestandteil des Grundkörpers, sprich Kragen 13 und Grundkörper sind einstückig ausgebildet. Es ist aber auch vorstellbar, dass der Kragen 13 separat vom Grundkörper hergestellt und am Grundkörper mittels geeignetem Fügeverfahren gefügt ist.
Der Kragen 13 ist im Bereich derjenigen Öffnung 9 bzw. desjenigen Endes des Grundkörpers ausgebildet, welche bzw. welches in montiertem Zustand der abgasführenden Leitung 2 zugewandt ist. Der Kragen ist dabei gegenüber dem kegelstumpfartigen Grundkörper unter Ausbildung eines Absatzes nach radial innen versetzt.
Am Kragen 13 greift das erste Befestigungsmittel 12 zum kraft- und/oder formschlüssigen Verbinden des Kühlkörpers 8 mit dem zweiten Teil 6 des Sensors 4 an. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das erste Befestigungsmittel 12 zum kraft- und/oder formschlüssigen Verbinden von Kühlkörper 8 mit dem zweiten Teil 6 des Sensors 4 als Schelle 14 ausgebildet.
Um den Kraft- und/oder Formschluss herzustellen ist eine Schraube 15 an der Schelle 14 vorgesehen. Beim Anziehen der Schraube 15 wird die Kraft über die Schelle 14 auf den Kragen 13 übertragen, so dass sich die Schelle 14 zusammenzieht und der Kragen 13 plastisch oder elastisch verformt wird und einen Kraft- und/oder Formschluss mit dem zweiten Teil 6 des Sensors 4 bildet. Somit ist ein einfaches und sicheres Anbinden des Kühlkörpers 8 am zweiten Teil 6 des Sensors 4 realisiert.
Im Bereich des Kragens 13 sind Schlitze 16 ausgebildet, die sich in Längsrichtung erstrecke und die Verformung des Kragens 13 erleichtern.
2 zeigt den Kühlkörper 8 im montierten und für einen Einsatz vorbereiteten Zustand im Bereich der Abgasanlage 1, so dass Wärme aus dem Abgas, übertragen auf den Sensor 4, in einer effektiven Weise an die Umgebung abgebbar ist. Der Kühlkörper 8 umgibt zumindest teilweise den zweiten Teil 6 des Sensors 4. Das erste Befestigungsmittel 12 greift an dem zweiten Teil 6 des Sensors 4 an.
Das erste Befestigungsmittel 12 greift an dem zweiten Befestigungsmittel 7 an. Der Kragen 13 umschließt dabei vorzugsweise das zweite Befestigungsmittel 7 und ist über das erste Befestigungsmittel 12 kraft- und/oder formschlüssig am ersten zweiten Befestigungsmittel 7 befestigt.
In einer alternativen nicht gezeigten Ausführungsform greift das erste Befestigungsmittel 12 an einem ebenfalls nicht gezeigten Befestigungsmittel mittelbar oder unmittelbar an der Abgasanlage 1 an.
Die Befestigung kann bevorzugt mittels einer Schraubverbindung realisiert werden. In alternativen Ausführungsformen ist der Kühlkörper 8 mit dem zweiten Teil 6 des Sensors 4 geklemmt, geclipst, vercrimpt oder in einer anderen Art und Weise kraft- und/oder formschlüssig lös- oder unlösbar befestigt.
Im verwendeten Zustand überträgt das Abgas Wärme an den Sensor 4, insbesondere auch an den zweiten Teil 6 des Sensors 4. Der zweite Teil 6 des Sensors 4 bzw. der Sensor 4 gibt die aufgenommene Wärme an die Umgebung und/oder an den Kühlkörper 8 und/oder an die Kühlelemente 11 und/oder an weitere mit dem Sensor 4 in Kontakt stehende Bauteile oder Elemente, wie beispielsweise ein an den Sensor 4 zur Übertragung von elektrischen Signalen angebundenes Kabel 10, ab.

Claims

Sensoranordnung eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Sensor (4) zur Analyse von Abgas, wobei der Sensor (4) am Abgasstrang mit einem ersten Teil (5) in eine abgasführende Leitung (2) des Abgasstrangs hineinragend und mit einem zweiten Teil (6) außerhalb der abgasführenden Leitung (2) des Abgasstrangs vorgesehen ist, wobei der erste Teil (5) des Sensors (4) in Kontakt mit dem die abgasführende Leitung (2) durchströmenden Abgas und der zweite Teil (6) des Sensors (4) in Kontakt mit einer Umgebung der abgasführenden Leitung (2) des Abgasstrangs ist, wobei am zweiten Teil (6) des Sensors (4) ein separater Kühlkörper (8) angebracht ist, und wobei der separate Kühlkörper (8) mittels eines ersten Befestigungsmittels (12) am zweiten Teil (6) des Sensors (4) kraft- und/oder formschlüssig befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Kühlkörper (8) mittels des ersten Befestigungsmittels (12) an einem zweiten Befestigungsmittel (7) des Sensors (4), welches zur Befestigung des Sensors (4) am Abgasstrang ausgebildet ist, kraft- und/oder formschlüssig befestigt ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Kühlkörper (8) zumindest teilweise den zweiten Teil (6) des Sensors (5) umgibt.
Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Kühlkörper (8) geometrisch ausgeformte Kühlelemente (11) aufweist.
Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrisch ausgeformten Kühlelemente (11) zumindest als Kühlrippe/n ausgebildet sind.
Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Kühlkörper (8) einen zylinderartigen oder kegelstumpfartigen Grundkörper und an seinen gegenüberliegen Enden Öffnungen (9) zur Aufnahme des zweiten Teils (6) des Sensors (5) aufweist.
Sensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des separaten Kühlkörpers (8) im Bereich der zumindest einen Öffnung (9) einen Kragen (13) aufweist, und dass an dem Kragen (13) das erste Befestigungsmittel (12) angreift.
Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Befestigungsmittel (12) den Kragen (13) verformt und so den separaten Kühlkörper (8) kraft- und/oder formschlüssig am zweiten Teil (6) des Sensors (4) befestigt.
Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) eine Lambda-Sonde, ein NO_x-Sensor, eine Partikel-Sonde oder ein Temperaturfühler ist.
Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Befestigungsmittel (12) zum kraft- und/oder formschlüssigen Verbinden des Kühlkörpers (8) mit dem zweiten Teil (6) des Sensors (4) als Schelle (14) ausgebildet ist.
Verfahren zum Bereitstellen einer Sensoranordnung nach einem der oben genannten Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch: Bereitstellen des Sensors (4), Bereitstellen des separaten Kühlkörpers (8), und Anbringen des Kühlkörpers (8) am zweiten Teil (6) des Sensors (4), wobei der separate Kühlkörper (8) mittels des ersten Befestigungsmittels (12) am zweiten Teil (6) des Sensors (4) kraft- und/oder formschlüssig befestigt wird, derart, dass der separate Kühlkörper (8) mittels des ersten Befestigungsmittels (12) am zweiten Befestigungsmittel (7) des Sensors (4), welches zur Befestigung des Sensors (4) am Abgasstrang ausgebildet ist, kraft- und/oder formschlüssig befestigt wird.
Sensoranordnung eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Sensor (4) zur Analyse von Abgas, wobei der Sensor (4) am Abgasstrang mit einem ersten Teil (5) in eine abgasführende Leitung (2) des Abgasstrangs hineinragend und mit einem zweiten Teil (6) außerhalb der abgasführenden Leitung (2) des Abgasstrangs vorgesehen ist, wobei der erste Teil (5) des Sensors (4) in Kontakt mit dem die abgasführende Leitung (2) durchströmenden Abgas und der zweite Teil (6) des Sensors (4) in Kontakt mit einer Umgebung der abgasführenden Leitung (2) des Abgasstrangs ist, wobei am zweiten Teil (6) des Sensors (4) ein separater Kühlkörper (8) angebracht ist, und wobei der separate Kühlkörper (8) mittels eines ersten Befestigungsmittels (12) am zweiten Teil (6) des Sensors (4) kraft- und/oder formschlüssig befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Befestigungsmittel 12 zum kraft- und/oder formschlüssigen Verbinden des Kühlkörpers (8) mit dem zweiten Teil (6) des Sensors (4) als Schelle (14) ausgebildet ist.