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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für Abgasanlagen von
Brennkraftmaschinen.
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Herkömmliche Sensorvorrichtungen, wie sie beispielsweise zur Messung
von Gaskomponenten in Abgasen verwendet werden, sind in Strömungsrichtung nach der
Brennkraftmaschine bzw.
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an der Abgasanlage befestigt und der Meßfühlerteil wird den Abgasen
der Brennkraftmaschine ausgesetzt. Die Meßfühlersignale werden über Leitungen einer
Auswerteschaltung zugeführt, die in einem Abstand von der Abgasanlage oder in einem
anderen Teil des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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Dabei hat sich herausgestellt, daß die Meßfühlersignale durch äußere
Einflüsse, wie Einstrahlungen usw., beeinflußt werden und dadurch eine fehlerhafte
Messung angezeigt oder eine fehlerhafte Regelung durchgeführt wird. Um dies zu verhindern,
sind bei den herkömmlichen Anordnungen aufwendige AbsJdDmnahmen erforderlich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvorrichtung
zu schaffen, die keine Abschirmprobleme aufwirft, und bei der das Statussignal des
Meßfühlers von äußeren Störungen im wesentlichen unabhängig ist. Darüber hinaus
istes Aufgabe, eine Sensorvorrichtung zu schaffen, die inho-Xhen Stückzahlen sehr
kostengünstig hergestellt und auf einfachste Weise auch von Laien an der Abgasanlage
angebracht bzw. ausgetauscht werden kann.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein
dem Abgas ausgesetzter Meßfühler und eine das Meßfühlersignal auswertende Schaltungsanordnung
an bzw. in einem einstückigen Bauelement angeordnet ist, das an der Abgasanlage
abnehmbar befestigt ist.
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Auf Grund der erfindungsgemäßen Maßnahme, ein einstückiges Einbauelelement
zu schaffen, das sowohl den Meßfühler selbst, als auch die das Meßfühlersignal auswertende
Schaltungsanordnung umfaßt, können die Meßfühlersignale an Ort und Stelle direkt
ausgewertet werden und erst das ausgewertete Signal wird einer zentralen Steuer-
oder Regelschaltung zugeleitet.
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Durch die Kombination des Meßfühlers und seiner Auswerteschaltung
im selben Bauelement treten keine Abschirmprobleme auf, so daß die Anzeige und Übermittlung
des Meßfühler bzw. Statussignals wesentlich sicherer ist.
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Vorzugsweise ist der Meßfühler ein Festkörper-Meßfühler, wie er beispielsweise
in der dasselbe Anmeldedatum aufweisenden deutschen Patentanmeldung Nr. *. beschrieben
ist.
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Der Festkörper- Meßfühler ist vorzugsweise auf einer Trägerplatte,
die etwa aus Aluminiumoxid, Keramik oder vorbehandeltem Stahl besteht, aufgebracht
und diese Trägerplatte ist dann im Einbauelement vorzugsweise durch Einschrauben
so befestigt, daß der Meßfühler dem Abgas ausgesetzt ist. Als Meßfühler werden insbesondere
Sensoren bzw. Meßfühlermaterialien verwendet, die auch bei Abgastemperaturen, die
bis zu 500 OC betragen können, beständig sind.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
auf einer Seite der Trägerplatte der dem Abgas ausgesetzte Meßfühler und auf der
anderen Seite der Trägerplatte ein identischer Meßfühler ausgebildet. Der identische
Meßfühler, der nicht dem Abgas ausqesetzt ist, steht mit einem rveferenzqas, vorzugsweise
Außenluft, in Berührung, so daß sich ein Referenzsignal ergibt, das mit dem Signal,
welches von dem dem Abgas ausgesetzten Meßfühler erzeugt wird, verglichen wird,
um ein Differenzsignal zu erhalten, das eine wesentlich sicherere Aussaae über die
Konzentration der zu ermittelnden Abgaskomponente zuläßt. Insbesondere bei dieser
Ausführungsform ist es von groBen Vorteil, die Auswertung der Signale unmittelbar
an Ort und Stelle vorzunehmen, da dadurch die Signalleitungen er-
heblich
verkürzt werden können und von außen auf die Signalleitung hervorgerufenen Störungen
nicht auftreten können.
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Die gesamte Auswertung erfolgt also bereits in dem einstückigen Einbauelement,
so daß nur das sich aus der Verarbeitung ergebende eigentliche Statussignal weitergeleitet
werden muß.
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Die Zahl der Anschlüsse und damit die Anfälligkeit gegen mechanische
Defekte wird dadurch wesentlich verringert.
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Vorzugsweise ist der dem Abgas ausgesetzte Meßfühler von einem Schutzkorb
umgeben, der abgasdurchlässig ist und den Meßfühler gegen Partikel schützt, die
sich im Abgasstrom befinden können.
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Besonders vorteilhaft ist es, eine Kammer für die Schaltungsanordnung
vorzusehen, die gegenüber den Teilen des Einbauelements, die mit der Abgasanlage
und/oder den Abgasen in Berührung stehen, wärmemäßig isoliert ist. Dadurch wird
sichergestellt, daß die Auswerteschaltung im Einbauelement, die vorzugsweise in
Hybridtechnik aufgebaut ist, auch bei hohen Abgas- und Auspufftemperaturen keine
Schaden leidet.
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Vorzugsweise besteht die Kammer, in der sich die Auswerteschaltung
befindet, aus Keramik, oder die die Schaltungsanordnung aufnehmende Kammer ist über
eine wärmeisolierende Schicht, etwa ein Keramikteil, vom übrigen Teil des Einbauelements
wärmemäßig getrennt.
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Vorzugsweise kann in der Abgasanlage ein Flansch mit einem Gewinde
vorgesehen sein, in das das Einbauelement als Ganzes einschraubbar ist. Auf diese
Weise ist die Sensorvorrichtung auch von technischen Laien auf einfachste Weise
anzubringen oder auszuwechseln. Das Einbauelement weist dabei vorzugsweise die Form
einer Zündkerze auf und kann auch wie eine Zündkerze in den Flansch eingeschraubt
werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezug auf die Zeichnung erläutert.
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Ein Abgasrohr 1 ist mit einem Flansch 2 versehen, der ein Innengewinde
aufweist. In dieses Innengewinde ist die erfindungsgemäß als einstückiges Einbauelement
ausgebildete Sensorvorrichtung 3 eingeschraubt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
Weist das Einbauelement 3 einen zylindrischen Mantel 4 auf, an dessen Unterseite
die Träaerplatte 5 des Sensors eingesetzt ist. Die Trägerplatte 5 kann selbst ein
Gewinde aufweisen und im zylindrischen Mantel 4 eingeschraubt sein. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel wird die Träoerplatte 5 mittels eines Schraubrings 6 gehalten.
Vorzugsweise ist der Innenraum 7 gegenüber der Abgasanlage bzw. dem Abgas etwa durch
eine Lippendichtung luftdicht abgeschlossen, was im weiteren noch erläutert werden
wird.
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Auf der zum Abgas hin gerichteten Seite der Träaerplatte 5 ist ein
Festkörper-Meßfühler ausgebildet, der in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 8 versehen
und schematisch dargestellt ist. Festkörper-Meßfühler sind beispielsweise in der
dasselbe Anmeldedatum aufweisenden Patentanmeldung Nr. -derselben Anmelderin ausführlich
beschrieben, so daß darauf Bezug genommen werden kann.
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Um den Festkörper-Meßfühler 8 gegen mechanische Schäden, etwa gegen
das Auftreffen von im Abgasstrom vorhandenen Partikeln zu schützen, ist ein Schutzkorb
9 vorgesehen, der für die Abgase durchlässig ist, so daß diese zum Meßfühler 8 gelangen
können. Die Meßfühler-Anschlußleitungen 10 und 11 verbinden den Meßfühler 8 mit
einer Auswerteschaltung 12, in denen die vom Meßfühler 8 erzeugten Signale ausgewertet
werden.
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Die Auswerteschaltung 12 befindet sich in einer Kammer 13, die mittels
einer Isolierschicht oder eines Isolierelements 14, beispielsweise einer Keramikplatte,
gegenüber den Teilen der
Sensorvorrichtung wärmemäßig isoliert ist,
die mit der Auspuffanlage 1 oder 2 wärmemäßig in Verbindung stehen. Die Anschlußleitungen
10 und 11 sind durch das Isolierelement 14 hindurchgeführt. Alternativ ist es auch
möglich, die gesamten Wände der Kammer 13 aus einem wärmeisolierenden Material,
etwa Keramikmaterial, herzustellen.
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An der Oberseite der Sensorvorrichtung 3 befinden sich Kontaktanschlüsse
15, an denen Kabelschuhe von Kabeln aufgesteckt werden, die einerseits der elektrischen
Versorgung der Auswertescha].tuna und des Meßfühlers bzw. der Meßfühler und andererseits
dazu dienen, das Statussiqna] einer zentralen Steuer- oder Regelschaltung zuzuleiten.
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Vorzugsweise ist auf der Seite der Träaerplatte 5, die in den Innenraum
7 weist, ein Festkörper-Meßfühler 8' ausgebildet, der zu dem dem Abgas ausgesetzten
Festkörper-Meßfühler 8 identisch ist. Über Leitungen 10' und 11' ist dieser dem
Innenraum 7 zugewandte Meßfühler 8' ebenfalls mit der Auswerteschaltung 12 verbunden.
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Der identische, in den Innenraum 7 weisende Meßfühler 8' hat im wesentlichen
dieselbe Temperatur wie der dem Abgas ausgesetzte Meßfühler 8, da sich beide auf
der Trägerplatte 5 befinden, die etwa aus Aluminiumoxid, Keramik oder einem metallischen
Material sein kann. Der in den Innenraum 7 weisende Meßfühler 8' kommt jedoch nicht
mit dem Abgas in Berührung, da der Innenraum 7 gegenüber der Abgasleitung dicht
abgeschlossen ist. Im Innenraum 7 befindet sich ein Referenzgas, vorzugsweise Atmosphärluft.
Der Innenraum 7 kann auch über einem Kanal 16 mit derAußenluft in Verbindung stehen.
Durch die x7erwendanq zweier identischer Meßfühler 8 und 8', die im wesentlichen
der gleichen Urçeratur ausgesetzt sind, wobei jedoch der eine nur mit dem Abgas
und der andere nur mit dem Referenzcras beaufschlagt wird, lassen sich Temperatureinflüsse,
die bei Verwendung nur eines Meßfühlers das Meß- und damit Status signal beeinflussen
würden, voll-
ständig kompensieren.
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Vorzugsweise kann die gesamte Sensorvorrichtung nach Art und/oder
in Form einer herkömmlichen Zündkerze ausgebildet sein, so daß sich ein kompaktes,
leicht handhabbares einstückiges Einbauelement als Sensorvorrichtung ergibt, das
in großen Stückzahlen auf einfache Weise und kostengünstig hergestellt werden kann.