EP2791627A1 - Sensor zur erfassung des massenstroms und der temperatur eines fluidstromes - Google Patents

Sensor zur erfassung des massenstroms und der temperatur eines fluidstromes

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Publication number
EP2791627A1
EP2791627A1 EP12812200.9A EP12812200A EP2791627A1 EP 2791627 A1 EP2791627 A1 EP 2791627A1 EP 12812200 A EP12812200 A EP 12812200A EP 2791627 A1 EP2791627 A1 EP 2791627A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
mass flow
temperature
sensor element
analog
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12812200.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten Knittel
Stephan Schürer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP2791627A1 publication Critical patent/EP2791627A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6845—Micromachined devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/042—Testing internal-combustion engines by monitoring a single specific parameter not covered by groups G01M15/06 - G01M15/12
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2205/00—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle
    • G01K2205/02—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle for measuring inlet gas temperature

Definitions

  • the invention relates to a sensor for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow, wherein the sensor comprises a mass flow sensor with a mass flow sensor element and a temperature sensor with a temperature sensor element and an interface to the power supply, wherein the
  • Sensor converts the measured values acquired analogously from the mass flow sensor element and the temperature sensor element into digital output signals.
  • Fluid flow is of great importance, especially in the automotive industry, as these quantities are needed for optimized control of internal combustion engines in motor vehicles.
  • the values determined by sensors for measuring the mass flow and the temperature of a fluid flow were made available to the engine control unit in the automobile in analogous form.
  • analog signals have the disadvantage that they are susceptible to interference and can be significantly distorted, for example, by electromagnetic interference fields. Therefore, digitizing the analog measured values determined by the sensor element is still advantageous in the sensor itself. This is done with analog / digital converters, which can be arranged in the sensor itself. Since the mass flow and temperature sensor senses multiple physical quantities, a variety of analog-to-digital converters are required.
  • the invention is therefore based on the object to provide a simple and inexpensive sensor for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow. This object is achieved by the features of the independent claim.
  • the sensor according to the invention is particularly inexpensive to produce.
  • the sensor according to the invention is particularly error-free manufacturable and insensitive to interference, since all the essential functions for measuring the temperature and mass flow are combined in the sensor itself and the fully digitized measurement results of the mass flow sensor element and the temperature sensor element only via a single digital interface and a single line to the engine control unit be transmitted.
  • a humidity sensor with a humidity sensor element and / or a pressure sensor with a pressure sensor element in the sensor are arranged. Both the humidity sensor and the pressure sensor are suitable to compensate the signals of the sensor for detecting the mass flow and the temperature to variable in the intake air variables.
  • the mass flow signal gives the engine control unit information about the amount of oxygen available for combustion of the fuel, which of course primarily depends on the mass flow the intake air depends.
  • the prevailing pressure, the humidity of the intake air and the temperature of the intake air but can lead to different oxygen supply to the combustion chambers of the internal combustion engine at the same mass flow. Therefore, the physical quantities temperature, humidity and pressure are suitable to achieve an error compensation of the mass flow signal and to enable a highly accurate metering of the amount of fuel in the combustion chambers. This serves the conservation of resources and the environment.
  • the sensor Since at least one analog / digital converter is arranged in the sensor, which converts the analog measured value of the mass flow sensor element and the analog measured value of the temperature sensor element into a digital output signals and provides them on a single digital interface, the sensor is less complex and less expensive to manufacture. By eliminating at least one line between the sensor and the control unit, the total weight of the vehicle is reduced, in which the sensor according to the invention is installed.
  • At least one analog / digital converter in the Mas senstrom sensor is arranged.
  • at least one analog / digital converter is arranged in the temperature sensor and / or in the humidity sensor and / or in the pressure sensor.
  • the at least one analog / digital converter can convert the analog measured values of the mass flow sensor element, the temperature sensor element, the humidity sensor and / or the pressure sensor into digital output signals.
  • the sensor for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow is cheaper.
  • the analog measured values of the mass flow sensor element, the temperature sensor element, the humidity sensor element and / or the pressure sensor element can be passed to the analog / digital converter for digitization.
  • the sensor has a single interface to the power supply. As a result, a power supply line, for example between the control unit and the sensor can be saved. The sensor is thus cheaper and the vehicle weight is saved.
  • Interface which serves both as a digital interface for signal transmission and as an interface to the power supply.
  • a single line is required, which serves both as a power supply line and as a digital signal line
  • Fig. 1 shows a sensor for detecting the mass flow
  • Fig. 2 shows another sensor for detecting the masses
  • FIG. 3 shows a third sensor for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow
  • Fig. 4 shows a further embodiment of the sensor for
  • 5 shows a sensor for detecting the mass flow
  • Temperature of a fluid flow which is additionally equipped with a humidity sensor and a pressure sensor.
  • Fig. 1 shows a sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow.
  • fluid flow is in this context, for. B. refers to a gas stream which moves in a pipe. This gas stream transports air in the intake tract of an automobile to the internal combustion engine.
  • the temperature of this intake air must be determined in order to be able to optimally control the combustion process in the internal combustion engine.
  • the control of the combustion process is taken over by the engine control unit 4.
  • the measured values of the mass flow sensor 2 and the temperature sensor 3 are fed to the engine control unit 4.
  • the Mas senstromsensor 2 and the temperature sensor 3 are components of the sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow.
  • the mass flow sensor 2 and the temperature sensor 3 are arranged in all embodiments in a single housing 11 of the sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow.
  • the mass flow sensor element 5 can be seen. From the prior art, a plurality of mass flow sensor elements 5 is known, for. B. the hot film mass flow sensor element or modern micromechanically manufactured sensor elements for detecting a mass flow. From the mass flow sensor element 5 are the
  • Measured values for the mass flow of the fluid flow in analog form provided. Since analog signals are usually very susceptible to interference, a conversion of the analog signal into a digital signal takes place shortly behind the mass flow sensor element 5. This conversion takes place with a so-called analog / digital converter 7.
  • the analog / digital converter 7 transmits the digital signal which is proportional to the mass flow of the fluid is to a digital interface 12 of the sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow. From the digital interface 12, the digitized signal of the Mas senstromsensorimplantations 5 is transmitted via a signal line 8 to the engine control unit 4.
  • the engine control unit 4 can also supply power for the mass flow sensor 2 via the supply power line 9 and the interface 13 to
  • the temperature sensor 3 can be seen in FIG. 1 in the housing 11 of the sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow.
  • the temperature sensor 3 comprises a temperature sensor element 6.
  • the temperature sensor element 6 also supplies analog signals, which are forwarded to the engine control unit 4 by means of a second interface 15 and a second signal line 18.
  • the engine control unit 4 can supply the supply flow for the temperature sensor 3 via a second power supply line 19 and an interface 13 for the power supply to the temperature sensor 3.
  • the sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow in Fig. 1, two interfaces 12, 15 for the signals and two interfaces 13 for powering the sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow and two signal lines 8, 18 and two power supply lines 9, 19 has.
  • Fig. 2 shows a sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow with a single
  • the sensor comprises a mass flow sensor 2 with a Mas senstrom sensor element 5 and a temperature sensor 3 with a temperature sensor element 6.
  • the sensor 1 detects the measured values generated analogously by the mass flow sensor element 5 and the temperature sensor element 6 and converts them into digital output signals.
  • the digital output signals are provided on a single digital interface 12.
  • the sensor has only one single analog / digital converter 7, which converts both the analog measurements of the mass flow sensor element 5 and the analog measurements of the temperature sensor element 6 in a digital output signal and provides a single digital interface 12.
  • the digital output signals are then transmitted to the motor controller 4 via a single signal line 8.
  • the analog / digital converter 7 is arranged here in FIG. 2 in the mass flow sensor 2.
  • the signal of the temperature sensor 3 is transported by the temperature sensor element 6 toward a switch 14, which is arranged here, for example, in the mass flow sensor 2 and which forwards either the signals of the temperature sensor element 6 or the signals of the mass flow sensor element 5 to the analog / digital converter 7.
  • This switch 14 will typically be formed as an electronic switch on the ASIC (Application Specific Integrated Circuit) of the sensor 1.
  • the digital temperature signal and the digital mass flow signal are routed along the signal line 4 to the engine control unit 4 via the single digital interface 12 of the sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow.
  • the engine control unit 4 can supply a supply current to the single interface 13 for supplying power to the sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of the fluid flow, which supplies both the mass flow sensor 2 and the temperature sensor 3 with electrical energy via a single supply line 9.
  • the power supply line 9 is continued, so that the temperature sensor 3 is supplied with a supply current.
  • the sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow only one single analog / digital converter 7, which converts both the analog signals and measured values of the mass flow sensor element 5 and of the temperature sensor element 6 into digital output values and makes them available at the single digital interface 12.
  • Fig. 3 also shows a sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of the fluid flow.
  • a mass flow sensor 2 and a temperature sensor 3 can be seen.
  • the mass flow sensor 2 contains the mass flow sensor element 5, which conducts the analog measured values generated by it via a line to an electronic switch 14, which either forwards the measured values of the temperature sensor element 6 or of the mass flow sensor element 5 to the analog / digital converter 7.
  • the analog / digital converter 7 is now arranged in the temperature sensor 3.
  • the sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow only a single analog / digital converter, which supplies both the analog signals of the mass flow sensor element 5 and the temperature sensor element 6 in digital waveform of the single digital interface 12.
  • the supply power line 9 in turn leads from the motor control unit 4 to the single interface 13 to the power supply, which supplies both the temperature sensor 3 and the mass flow sensor 2 with an operation and thus supplied with electrical energy.
  • the sensors of Fig. 2 and 3 are simpler and less expensive to produce than the sensor 1 shown in Fig. 1 for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow.
  • the mass flow sensor 2 has a Mas senstromsensorelement 5 whose analog measurements are digitized by an analog-to-digital converter 7. From the analog-to-digital converter 7, the digitized measured values of the mass flow sensor element 5 are sent to the single digital interface 12 of the sensor 1. From the single digital interface 12, the digitized signals of the mass flow sensor element 5 are transmitted via the single signal line 8 to the motor control unit 4.
  • the sensor for detecting the mass flow and the temperature has a temperature sensor 3 with a temperature sensor element 6.
  • the temperature sensor 3 is an analog-to-digital converter 7, which converts the analog measured values of the temperature sensor element 6 into digital measured values.
  • a switch 14 which will usually be designed as an electronic switch, it can be determined which digitized measured values are conducted to the single digital interface 12.
  • the switch 14 may, for. B. so controlled that mainly the Mas senstromsensorelement 5 sends digitized readings to the single digital interface 12 and z. B. every second this transmission is interrupted, so that the recorded and digitized by the temperature sensor element 6 measured values can be transmitted to the single digital interface 12.
  • the transmission of the measured values of the temperature sensor element 6 takes place in a very small time window, so that the almost continuous measurement of the mass flow through the mass flow sensor element 5 is disturbed only insignificantly.
  • the sensor for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow has only a single interface 13 for the power supply, so that only a single power supply line 9 is required.
  • Fig. 5 shows a sensor 1 for detecting the mass flow and the temperature with an additional pressure sensor 17 and an additional humidity sensor 16.
  • the ultimately essential variable for controlling an internal combustion engine is the amount of oxygen introduced into the combustion chambers.
  • this amount of oxygen is essentially dependent on the mass flow, but is also influenced by the temperature in the mass flow, the pressure at which the mass flow is conveyed and the humidity in the mass flow. Therefore, in the sensor for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow are advantageously a mass flow sensor 2, a temperature sensor 3, a humidity sensor 16 and a
  • the mass flow sensor 2 has a Mas senstrom sensor element 5, whose measurement signals are digitized by an analog-to-digital converter 7.
  • the temperature sensor 3 has a temperature sensor element 6 whose measured values are digitized by an analog-to-digital converter 7.
  • the humidity sensor 16 has a humidity sensor element 20 whose measurement results are digitized by an analog-to-digital converter 7.
  • the pressure sensor 17 has a pressure sensor element 21 whose measured values are digitized by an analog-to-digital converter 7.
  • the digitized measured values of the mass flow sensor element 5, temperature sensor element 6, humidity sensor element 20 and pressure sensor element 21 are sent to a switch 14, with the aid of which it is determined which of the digitized signals is sent to the engine control unit 4 at the respective time.
  • the switch is also designed as a so-called current interface 22, with which it is possible, the digitized signals of Mas senstrom sensor element 5, the temperature sensor element 6, the humidity sensor element 20 and / or the pressure sensor element 21 via the interface 13 to the power supply, which now simultaneously as a digital interface 12 serves to send along the power supply line 9, which now serves as a signal line, to the engine control unit 4.
  • the sensor for detecting the mass flow and the temperature of a fluid flow only a single interface both as the only digital interface 12 and as the only interface 13 to the current Supply is used.
  • a digital signal line 8 and 9 serves as a power supply line.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes, wobei der Sensor einen Massenstromsensor mit einem Massenstromsensorelement und einen Temperatur sensor mit einem Temperatursensorelement sowie eine Schnittstelle zur Stromversorgung aufweist, wobei der Sensor die von dem Massenstromsensorelement und dem Temperatursensorelement analog erfassten Messwerte in digitale Ausgangssignale umwandelt. Um einen möglichst einfachen und kostengünstigen Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes anzugeben, ist in dem Sensor mindestens ein Analog/Digital- Wandler angeordnet, der die analogen Messwerte des Massenstromsensorelements und/oder die analogen Messwert des Temperatursensorelements in ein digitale Ausgangs Signale umwandelt und die digitalen Ausgangssignale an einer einzigen digitalen Schnittstelle bereitstellt.

Description

Beschreibung
Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes, wobei der Sensor einen Massenstromsensor mit einem Massenstromsensorelement und einen Temperatursensor mit einem Temperatursensorelement sowie eine Schnittstelle zur Stromversorgung aufweist, wobei der
Sensor die von dem Massenstromsensorelement und dem Temperatursensorelement analog erfassten Messwerte in digitale Ausgangssignale umwandelt. Die Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines
Fluidstromes ist, insbesondere in der Automobilindustrie, von hoher Bedeutung, da diese Größen zur optimierten Steuerung von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen benötigt werden. Bis lang wurden die von Sensoren zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes ermittelten Werte dem Motorsteuergerät im Automobil in analoger Form zur Verfügung gestellt . Analoge Signale haben jedoch den Nachteil, dass sie störanfällig sind und zum Beispiel durch elektromagnetische Störfelder erheblich verfälscht werden können. Daher ist eine Digitali- sierung der von dem Sensorelement ermittelten analogen Messwerte noch im Sensor selber vorteilhaft. Dies geschieht mit Ana- log/Digital-Wandlern, die im Sensor selber angeordnet sein können. Da der Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur mehrere physikalische Größen erfasst, ist eine Vielzahl von Analog/Digital-Wandlern notwendig. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Schnittstellen und Stromversorgungen an und/oder in dem Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes notwendig, um die einzelnen Sensorelemente zu betreiben und auszulesen. Dadurch wird die Erfassung der Messwerte für den Massenstrom und die Temperatur innerhalb eines Fluidstromes relativ komplex und teuer. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen möglichst einfachen und kostengünstigen Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Dadurch, dass in dem Sensor mindestens ein Analog/Digital- Wandler angeordnet ist, der die analogen Messwerte des Massenstromsensorelements und/oder die analogen Messwert des Temperatursensorelements in ein digitale Ausgangs Signale umwandelt und die digitalen Ausgangssignale an einer einzigen digitalen Schnittstelle bereitstellt, entfällt mindestens eine Leitung, die den Sensor mit einem nachfolgenden MotorSteuergerät verbindet. Es ist also nur noch einen einzige Leitung notwendig, um die Messwerte des Mas senstromsensor- elements und die Messwerte des Temperatursensorelements an die Motorsteuerung zu übertragen. Da bei modernen Sensoren die Verkabelung einen nicht unwesentlichen Teil des Gesamtpreises des Sensors ausmacht, ist der erfindungsgemäße Sensor besonders preiswert herstellbar. Zudem ist der erfindungsgemäße Sensor besonders fehlerfrei herstellbar und störungsunempfindlich, da alle wesentlichen Funktionen zur Messung der Temperatur und des Massenstroms im Sensor selber vereint sind und die vollständig digitalisierten Messergebnisse des Massenstromsensorelementes und des Temperatursensorelementes nur noch über eine einzige digitale Schnittstelle und eine einzige Leitung zum Motorsteuergerät übertragen werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung sind/ist zusätzlich zu dem Mas senstromsensor und dem Temperatursensor ein Feuchtesensor mit einem Feuchtesensorelement und/oder ein Drucksensor mit einem Drucksensorelement in dem Sensor angeordnet. Sowohl der Feuchtesensor als auch der Drucksensor ist geeignet die Signale des Sensors zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur um in der Ansaugluft veränderliche Größen zu kompensieren. Das Mas senstromsignal gibt dem MotorSteuergerät Auskunft über die zur Verbrennung des Kraftstoffes zur Verfügung stehende Sauerstoffmenge, die natürlich in erster Linie von dem Massenstrom der Ansaugluft abhängt. Der herrschende Druck, die Feuchte der Ansaugluft und die Temperatur der Ansaugluft können aber bei gleichem Massenstrom zu unterschiedlicher SauerStoffzufuhr zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine führen. Daher sind die physikalischen Größen Temperatur, Luftfeuchte und Druck geeignet, um eine Fehlerkompensation des Massenstromsignals zu erreichen und eine hochgenaue Dosierung der Kraftstoffmenge in den Brennräumen zu ermöglichen. Dies dient der Schonung von Ressourcen und der Umwelt.
Da in dem Sensor mindestens ein Analog/Digital-Wandler angeordnet ist, der die analogen Messwert des Massenstromsensor- elements und die analogen Messwert des Temperatursensorelements in ein digitale Ausgangssignale umwandelt und an einer einzigen digitalen Schnittstelle bereitstellt, ist der Sensor weniger komplex und kostengünstiger herstellbar. Durch den Wegfall mindestens einer Leitung zwischen dem Sensor und dem Steuergerät, wird das Gesamtgewicht des Fahrzeuges verringert, in dem der erfindungsgemäße Sensor verbaut ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist der mindestens eine Analog/Digital-Wandler in dem Mas senstromsensor angeordnet. Darüber hinaus ist es denkbar, dass mindestens eine Analog/Digital-Wandler in dem Temperatursensor und/oder in dem Feuchtesensor und/oder in dem Drucksensor angeordnet ist. Der mindestens eine Analog/Digital-Wandler kann die analogen Messwerte des Massenstromsensorelementes, des Temperatursensorelementes, des Feuchtesensors und/oder des Drucksensors in digitale Ausgangssignale umwandeln. Dadurch wird der Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes kostengünstiger. Mit einem elektronischen Schalter können die analogen Messwerte des Massenstromsensorelementes, des Temperatursensorelementes, des Feuchtesensorelementes und/oder des Drucksensorelementes zur Digitalisierung an den Ana- log/Digital-Wandler geleitet werden. Bei einer nächsten Weiterbildung der Erfindung weist der Sensor eine einzige Schnittstelle zur Stromversorgung auf. Hierdurch kann eine Stromversorgungsleitung zum Beispiel zwischen dem Steuergerät und dem Sensor eingespart werden. Der Sensor wird damit billiger und am Fahrzeug wird Gewicht eingespart.
Es ist auch möglich die digitalisierten Messwerte des Mas- senstromsensorelementes , des Temperatursensorelementes, des Feuchtesensorelementes und/oder des Drucksensorelementes über ein Strominterface in die Versorgungsleitung und über die Schnittstelle zur Stromversorgung an die Motorsteuerung zu übertragen. Damit ist an dem Sensor zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur nur noch einen einzige
Schnittstelle notwendig, die sowohl als digitale Schnittstelle zur Signalübertragung als auch als Schnittstelle zur Stromversorgung dient. Zwischen dem Sensor zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur und dem MotorSteuergerät ist nur noch eine einzige Leitung notwendig, die sowohl als Stromversorgungsleitung als auch als digitale Signalleitung dient
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ist die Erfindung in den Zeichnungen näher dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 einen Sensor zur Erfassung des Massenstromes und der
Temperatur eines Fluidstromes ,
Fig. 2 einen weiteren Sensor zur Erfassung des Massen
Stromes und der Temperatur eines Fluidstromes,
Fig. 3 einen dritten Sensor zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur eines Fluidstromes, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Sensors zur
fassung des Massenstromes und der Temperatur Fluidstromes , Fig. 5 einen Sensor zur Erfassung des Massenstromes und der
Temperatur eines Fluidstromes, der zusätzlich mit einem Feuchtesensor und einem Drucksensor ausgestattet ist.
Fig. 1 zeigt einen Sensor 1 zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur eines Fluidstromes. Als Fluidstrom wird in diesem Zusammenhang z. B. ein Gasstrom bezeichnet, der sich in einem Rohr fortbewegt. Dieser Gasstrom transportiert Luft im Ansaugtrakt eines Automobils hin zum Verbrennungsmotor. Für eine optimale Verbrennung des Kraftstoffes im Verbrennungsmotor ist es notwendig, den genauen Massenstrom der zur Verbrennung zur Verfügung stehenden angesaugten oder über einen Turbolader zugeführten Luft zu kennen. Darüber hinaus muss die Temperatur dieser angesaugten Luft bestimmt werden, um den Verbren- nungsprozess im Verbrennungsmotor optimal steuern zu können. Die Steuerung des Verbrennungsprozesses wird vom MotorSteuergerät 4 übernommen. Dem MotorSteuergerät 4 werden die Messwerte des Mas senstromsensors 2 und des Temperatursensors 3 zugeführt. Der Mas senstromsensor 2 und der Temperatur sensor 3 sind Bestandteile des Sensors 1 zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes. Der Massenstromsensor 2 und der Temperatursensor 3 sind in allen Ausführungsbeispielen in einem einzigen Gehäuse 11 des Sensors 1 zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes angeordnet. Im Massenstromsensor 2 ist das Massenstromsensorelement 5 zu erkennen. Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Massenstromsensorelementen 5 bekannt, z. B. das Heißfilmmassenstromsensorelement oder moderne mikromechanisch gefertigte Sensorelemente zur Erfassung eines Massenstroms. Vom Massenstromsensorelement 5 werden die
Messwerte zum Massenstrom des Fluidstromes in analoger Form zur Verfügung gestellt. Da analoge Signale in der Regel sehr störanfällig sind, erfolgt kurz hinter dem Massenstromsensorelement 5 eine Wandlung des analogen Signals in ein digitales Signal. Diese Umwandlung erfolgt mit einem sogenannten Ana- log/Digital-Wandler 7. Der Analog/Digital-Wandler 7 sendet das digitale Signal, das proportional zu dem Massenstrom des Fluides ist, an eine digitale Schnittstelle 12 des Sensors 1 zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes . Von der digitalen Schnittstelle 12 wird das digitalisierte Signal des Mas senstromsensorelementes 5 über eine Signalleitung 8 an das MotorSteuergerät 4 übertragen. Das MotorSteuergerät 4 kann auch den Versorgungsstrom für das den Massenstromsensor 2 über die Versorgungsstromleitung 9 und die Schnittstelle 13 zur
Stromversorgung an den Massenstromsensor 2 liefern. Darüber hinaus ist in Fig. 1 im Gehäuse 11 des Sensors 1 zur Erfassung des Massenstromes und des Temperatur eines Fluidstromes der Temperatursensor 3 zu erkennen. Der Temperatursensor 3 umfasst ein Temperatursensorelement 6. Auch das Temperatursensorelement 6 liefert analoge Signale, die mithilfe einer zweiten Schnittstelle 15 und einer zweiten Signalleitung 18 an das Motorsteuergerät 4 weitergeleitet werden. Auch hier kann das Motorsteuergerät 4 den Versorgungs ström für den Temperatursensor 3 über eine zweite Stromversorgungsleitung 19 und eine Schnittstelle 13 zur Stromversorgung an den Tempe- ratursensor 3 liefern. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Sensor 1 zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes in Fig. 1 zwei Schnittstellen 12, 15 für die Signale und zwei Schnittstellen 13 zur Stromversorgung des Sensors 1 zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur eines Fluidstroms sowie zwei Signalleitungen 8, 18 und zwei Stromversorgungsleitungen 9, 19 aufweist.
Fig. 2 zeigt einen Sensor 1 zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur eines Fluidstromes mit einer einzigen
Schnittstelle 13 zur Stromversorgung, wobei der Sensor einen Massenstromsensor 2 mit einem Mas senstromsensorelement 5 und einen Temperatursensor 3 mit einem Temperatursensorelement 6 aufweist. Der Sensor 1 erfasst die vom Massenstromsensorelement 5 und vom Temperatursensorelement 6 analog erzeugten Messwerte und wandelt sie in digitale Ausgangssignale um. Die digitalen Ausgangs Signale werden an einer einzigen digitalen Schnittstelle 12 bereitgestellt. In diesem Beispiel weist der Sensor nur einen einzigen Analog/Digital-Wandler 7 auf, der sowohl die analogen Messwerte des Massenstromsensorelementes 5 als auch die analogen Messwerte des Temperatursensorelementes 6 in ein digitales Ausgangs Signal umwandelt und an einer einzigen digitalen Schnittstelle 12 bereitstellt. Die digitalen Ausgangs Signale werden dann über eine einzige Signalleitung 8 zur Motorsteuerung 4 übertragen.
Der Analog/Digital-Wandler 7 ist hier in Fig. 2 im Massen- stromsensor 2 angeordnet. Das Signal des Temperatursensors 3 wird vom Temperatursensorelement 6 hin zu einem Schalter 14 transportiert, der hier beispielsweise im Massenstromsensor 2 angeordnet ist und der entweder die Signale des Temperatursen- sorelementes 6 oder die Signale des Massenstromsensorelementes 5 an den Analog/Digital-Wandler 7 weiterleitet. Dieser Schalter 14 wird in der Regel als elektronischer Schalter auf dem ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) des Sensors 1 mit ausgebildete sein. Über die einzige digitale Schnittstelle 12 des Sensors 1 zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur eines Fluidstromes wird das digitale Temperatursignal und das digitale Massenstromsignal entlang der Signalleitung 4 an das MotorSteuergerät 4 geleitet. Das MotorSteuergerät 4 kann über eine einzige Versorgungsleitung 9 einen Versorgungsstrom an die einzige Schnittstelle 13 zur Stromversorgung des Sensors 1 zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur des Fluidstromes leiten, der sowohl den Massenstromsensor 2 als auch den Temperatursensor 3 mit elektrischer Energie versorgt. Innerhalb des Sensors 1 zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur des Fluidstromes wird die Stromversorgungsleitung 9 weitergeführt, so dass auch der Temperatursensor 3 mit einem Versorgungsstrom versorgt wird. Diese Anordnung spart gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 sowohl die zweite Schnittstelle 15 für die Signale des Temperatursensors als auch eine Schnittstelle 13 zur Stromversorgung ein, wodurch sowohl die zweite Signalleitung 18 als auch die zweite Stromversorgungsleitung 19 eingespart werden können. Darüber hinaus ist im Sensor 1 zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur eines Fluidstromes nur ein einziger Analog/DigitalWandler 7 vorhanden, der sowohl die analogen Signale und Messwerte des Massenstromsensorelementes 5 als auch des Temperatursensorelementes 6 in digitale Ausgangswerte umwandelt und diese an der einzigen digitalen Schnittstelle 12 zur Verfügung stellt.
Fig. 3 zeigt ebenfalls einen Sensor 1 zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur des Fluidstromes . Im Sensor 1 ist ein Massenstromsensor 2 und ein Temperatursensor 3 zu erkennen. Im Massenstromsensor 2 befindet sich das Massenstromsensor- element 5, das die von ihn erzeugten analogen Messwerte über eine Leitung hin zu einem elektronischen Schalter 14 leitet, der entweder die Messwerte des Temperatursensorelementes 6 oder des Massenstromsensorelementes 5 an den Analog/Digital-Wandler 7 weiterleitet. Der Analog/Digital-Wandler 7 ist nun im Temperatursensor 3 angeordnet. Wiederum zeigt der Sensor 1 zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur eines Fluidstromes nur einen einzigen Analog/Digital-Wandler, der sowohl die analogen Signale des Massenstromsensorelementes 5 als auch die des Temperatursensorelementes 6 in digitaler Signalform der einzigen digitalen Schnittstelle 12 zuleitet. Die Versorgungsstromleitung 9 führt wiederum vom MotorSteuergerät 4 zur einzigen Schnittstelle 13 zur Stromversorgung, die sowohl den Temperatursensor 3 als auch den Massenstromsensor 2 mit einem Betriebs ström und damit mit elektrischer Energie versorgt. Auch hier ist zu erkennen, dass gegenüber der Ausführung in Fig. 1 mindestens eine digitale Schnittstelle und mindestens eine Schnittstelle 13 zur Stromversorgung des Sensors 1 eingespart wurden. Damit sind die Sensoren nach Fig. 2 und 3 einfacher und kostengünstiger herstellbar als der in Fig. 1 dargestellte Sensor 1 zur Erfassung des Massenstromes und der Temperatur eines Fluidstromes .
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstroms . Im Sensor 1 ist wiederum der Massenstromsensor 2 und der Temperatursensor 3 zu erkennen. Der Massenstromsensor 2 weist ein Mas senstromsensorelement 5 auf, dessen analoge Messwerte von einem Analog-Digital-Wandler 7 digitalisiert werden. Von dem Analog-Digital-Wandler 7 werden die digitalisierten Messwerte des Massenstromsensorelementes 5 zu der einzigen digitalen Schnittstelle 12 des Sensors 1 gesendet. Von der einzigen digitalen Schnittstelle 12 werden die digitalisierten Signale des Massenstromsensorelementes 5 über die einzige Signalleitung 8 zum MotorSteuergerät 4 übertragen. Darüber hinaus weist der Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur einen Temperatursensor 3 mit einem Temperatursensorelement 6 auf. In dem Temperatursensor 3 befindet sich ein Analog-Digital-Wandler 7, der die analogen Messwerte des Temperatursensorelementes 6 in digitale Messwerte umwandelt. Mit einem Schalter 14, der in der Regel als elektronischer Schalter ausgebildet sein wird, kann bestimmt werden, welche digitalisierten Messwerte zu der einzigen digitalen Schnittstelle 12 geleitet werden. Der Schalter 14 kann z. B. so angesteuert werden, dass hauptsächlich das Mas senstromsensorelement 5 digitalisierte Messwerte an die einzige digitale Schnittstelle 12 sendet und z. B. jede Sekunde diese Sendung unterbrochen wird, damit die vom Temperatursensorelement 6 aufgenommenen und digitalisierten Messwerte zu der einzigen digitalen Schnittstelle 12 übertragen werden können. Die Übertragung der Messwerte des Temperatursensor- elementes 6 erfolgt in einem sehr kleinen Zeitfenster, so dass die nahezu kontinuierliche Messung des Massenstroms durch das Mas senstromsensorelement 5 nur unwesentlich gestört wird. Weiterhin ist zu erkennen, dass der Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstroms nur eine einzige Schnittstelle 13 zur Stromversorgung aufweist, womit auch nur eine einzige Stromversorgungsleitung 9 benötigt wird.
Fig. 5 zeigt einen Sensor 1 zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur mit einem zusätzlichen Drucksensor 17 und einem zusätzlichen Feuchtesensor 16. Bei der Erfassung des Massen- Stromes im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine ist es neben der Messung des Massenstromes selber äußerst nützlich, auch Informationen über die im Massenstrom herrschende Temperatur, die Luftfeuchte im Massenstrom und/oder den Druck des Massenstroms zu erhalten. Die letztlich wesentliche Größe zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist die in die Brennräume eingebrachte Sauerstoffmenge . Diese SauerStoffmenge ist selbstverständlich wesentlich abhängig vom Massenstrom, wird aber auch durch die Temperatur im Massenstrom den Druck, unter dem der Massenstrom befördert wird sowie die Luftfeuchte im Massenstrom beeinflusst. Daher sind im Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstroms vorteilhaft ein Massenstromsensor 2, ein Temperatursensor 3, ein Feuchtesensor 16 und ein
Drucksensor 17 in einem einzigen Gehäuse 11 integriert. Der Massenstromsensor 2 weist ein Mas senstromsensorelement 5 auf, dessen Messsignale von einem Analog-Digital-Wandler 7 digitalisiert werden. Der Temperatursensor 3 weist ein Tempera- tursensorelement 6 auf, dessen Messwerte von einem Analog-Digital-Wandler 7 digitalisiert werden. Der Feuchtesensor 16 weist ein Feuchtesensorelement 20 auf, dessen Messergebnisse von einem Analog-Digital-Wandler 7 digitalisiert werden. Der Drucksensor 17 weist ein Drucksensorelement 21 auf, dessen Messwerte von einem Analog-Digital-Wandler 7 digitalisiert werden. Die digitalisierten Messwerte des Massenstrom- sensorelementes 5, Temperatursensorelementes 6, Feuchtesensorelementes 20 und des Drucksensorelementes 21 werden zu einem Schalter 14 gesendet, mit dessen Hilfe bestimmt wird, welches der digitalisierten Signale zum jeweiligen Zeitpunkt an das Motorsteuergerät 4 gesendet wird. Der Schalter ist zudem als sogenanntes Strominterface 22 ausgebildet, mit dem es möglich ist, die digitalisierten Signale des Mas senstromsensorelementes 5, des Temperatursensorelementes 6, des Feuchtesensorelementes 20 und/oder des Drucksensorelementes 21 über die Schnittstelle 13 zur Stromversorgung, die nun gleichzeitig als digitale Schnittstelle 12 dient, entlang der Stromversorgungsleitung 9, die nun gleichzeitig als Signalleitung dient, an das Motorsteuergerät 4 zu senden. Damit weist der Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstroms lediglich eine einzige Schnittstelle auf, die sowohl als einzige digitale Schnittstelle 12 und als einzige Schnittstelle 13 zur Strom- Versorgung genutzt wird. Zwischen dem MotorSteuergerät 4 und dem Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstroms ist nur noch eine einzige Leitung notwendig, die als digitale Signalleitung 8 und als Stromversorgungsleitung 9 dient. Dabei kann der Sensor zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur Messwerte des Massenstroms, der Temperatur, der Luftfeuchte im Massenstrom und/oder des im Massenstrom herrschenden Druckes an die Motorsteuerung 4 übertragen.

Claims

Sensor (1) zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes, wobei der Sensor (1) einen Massen- stromsensor (2) mit einem Massenstromsensorelement (5) und einen Temperatursensor (3) mit einem Temperatursensor- element (6) sowie eine Schnittstelle (13) zur Stromversorgung aufweist, wobei der Sensor (1) die von dem Massenstromsensorelement (5) und dem Temperatursensorelement (6) analog erfassten Messwerte in digitale Ausgangs Signale umwandelt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in dem Sensor (1) mindestens ein Analog/Digital- Wandler (7) angeordnet ist, der die analogen Messwerte des Massen- stromsensorelements (5) und/oder die analogen Messwert des Temperatur sensorelements (6) in ein digitale Ausgangssignale umwandelt und die digitalen Ausgangssignale an einer einzigen digitalen Schnittstelle (12) bereitstellt.
Sensor (1) zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich zu dem Mas- senstromsensor (2) und dem Temperatursensor (3) ein Feuchtesensor mit einem Feuchtesensorelement und/oder ein Drucksensor mit einem Drucksensorelement in dem Sensor (1) angeordnet sind/ist.
Sensor (1) zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der mindestens eine Analog/Digital-Wandler (7) in dem Massenstromsensor (5) angeordnet ist.
Sensor (1) zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der mindestens eine Analog/Digital-Wandler (7) in dem Temperatursensor (3) angeordnet ist. Sensor (1) zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der mindestens eine Analog/Digital-Wandler (7) in dem Feuchtesensor (16) angeordnet ist.
Sensor (1) zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der mindestens eine Analog/Digital-Wandler (7) in dem Drucksensor (17) angeordnet ist.
Sensor (1) zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (1) eine einzige Schnittstelle (13) zur Stromversorgung aufweist .
Sensor (1) zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Analog/Digital-Wandler (7), der Massenstromsensor (5) und der Temperatur sensor (3) und/oder der Feuchtesensor und/oder der Drucksensor auf einem einzigen Substrat angeordnet sind und dieses Substrat die einzige digitalen Schnittstelle (12) aufweist.
Sensor (1) zur Erfassung des Massenstroms und der Temperatur eines Fluidstromes nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die digitalisierten Messwerte des Massenstromsensorelementes (5), des Temperatursensorelementes (6), des Feuchtesensorelementes (20) und/oder des Drucksensorelementes (21) über ein Strominterface (22) in die Stromversorgungsleitung (9) und über die Schnittstelle (13) zur Stromversorgung an die Motorsteuerung (4) zu übertragen werden.
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