[go: up one dir, main page]

DE102005057575B4 - Air mass meter with electrical oil separation and method for measuring an air mass flow of an internal combustion engine using such an air mass meter - Google Patents

Air mass meter with electrical oil separation and method for measuring an air mass flow of an internal combustion engine using such an air mass meter Download PDF

Info

Publication number
DE102005057575B4
DE102005057575B4 DE102005057575.7A DE102005057575A DE102005057575B4 DE 102005057575 B4 DE102005057575 B4 DE 102005057575B4 DE 102005057575 A DE102005057575 A DE 102005057575A DE 102005057575 B4 DE102005057575 B4 DE 102005057575B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
air
hot
flow
electric field
mass meter
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102005057575.7A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102005057575A1 (en
Inventor
Erhard Renninger
Hans Hecht
Bernhard Opitz
Klaus Reymann
Axel-Werner Haag
Ulrich Wagner
Christoph Gmelin
Klaus Habr
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102005057575.7A priority Critical patent/DE102005057575B4/en
Publication of DE102005057575A1 publication Critical patent/DE102005057575A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102005057575B4 publication Critical patent/DE102005057575B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring 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
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring 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
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6842Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow with means for influencing the fluid flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/12Cleaning arrangements; Filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Heißfilmluftmassenmesser (110) zur Messung eines Luftmassenstroms, insbesondere im Ansaugtrakt (112) einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Heißfilmluftmassenmesser (110) eine vom Luftmassenstrom überströmbare Sensoroberfläche (130) aufweist, wobei der Heißfilmluftmassenmesser (110) eine Felderzeugungsvorrichtung (118) aufweist, welche ausgestaltet ist, um ein zumindest teilweise homogenes elektrisches Feld (150) durch den Luftmassenstrom zu erzeugen, und die Felderzeugungsvorrichtung (118) einen Kondensator aufweist, insbesondere einen Plattenkondensator (116), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (144, 146) des Kondensators zumindest näherungsweise flächengleich sind und derart ausgestaltet sind, dass der Luftmassenstrom bereits eine Driftstecke (152) durch das elektrische Feld (150) zurückgelegt hat, bevor er die Sensoroberfläche (130) erreicht, und dass das elektrische Feld (150) um eine Nachdriftstrecke (154) hinter der Sensoroberfläche (130) verlängert ist.Hot-film air-mass meter (110) for measuring an air-mass flow, in particular in the intake tract (112) of an internal combustion engine, the hot-film air-mass meter (110) having a sensor surface (130) over which the air-mass flow can flow, the hot-film air-mass meter (110) having a field-generating device (118), which is configured , in order to generate an at least partially homogeneous electric field (150) through the air mass flow, and the field generating device (118) has a capacitor, in particular a plate capacitor (116), characterized in that the electrodes (144, 146) of the capacitor have at least approximately the same area and are designed in such a way that the air mass flow has already covered a drift distance (152) through the electric field (150) before it reaches the sensor surface (130), and that the electric field (150) has a post-drift distance (154) behind the Sensor surface (130) is extended.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißfilmluftmassenmesser zur Messung eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden Luftmassenstroms. Derartige Heißfilmluftmassenmesser werden insbesondere im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung eines Luftmassenstroms.The invention relates to a hot-film air-mass meter for measuring an air-mass flow flowing in a main flow direction. Such hot-film air mass meters are used in particular in the intake tract of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a method for measuring an air mass flow.

Stand der TechnikState of the art

Bei vielen Prozessen, beispielsweise auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik, der Chemie oder des Maschinenbaus, muss definiert eine Gasmasse, insbesondere eine Luftmasse, zugeführt werden. Hierzu zählen insbesondere Verbrennungsprozesse, welche unter geregelten Bedingungen ablaufen. Ein wichtiges Beispiel ist dabei die Verbrennung von Kraftstoff in Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, insbesondere mit anschließender katalytischer Abgasreinigung. Zur Messung des Luftmassendurchsatzes werden dabei verschiedene Typen von Sensoren eingesetzt.In many processes, for example in the field of process engineering, chemistry or mechanical engineering, a gas mass, in particular an air mass, must be supplied in a defined manner. These include, in particular, combustion processes that take place under controlled conditions. An important example is the combustion of fuel in internal combustion engines of motor vehicles, in particular with subsequent catalytic exhaust gas cleaning. Various types of sensors are used to measure the air mass flow rate.

Ein aus dem Stand der Technik bekannter Sensortyp ist der so genannte Heißfilmluftmassenmesser (HFM), welcher beispielsweise in DE 196 01 791 A1 in einer Ausführungsform beschrieben ist. Bei derartigen Heißfilmluftmassenmessern wird üblicherweise ein Sensorchip eingesetzt, welcher eine dünne Sensormembran aufweist, beispielsweise ein Silicium-Sensorchip. Auf der Sensormembran ist typischerweise mindestens ein Heizwiderstand angeordnet, welcher von zwei oder mehr Temperaturmesswiderständen (Temperaturfühlern) umgeben ist. In einem Luftstrom, welcher über die Membran geführt wird, ändert sich die Temperaturverteilung, was wiederum von den Temperaturmesswiderständen erfasst werden kann und mittels einer Ansteuer- und Auswertungsschaltung ausgewertet werden kann. So kann, zum Beispiel aus einer Widerstandsdifferenz der Temperaturmesswiderstände, ein Luftmassenstrom bestimmt werden. Verschiedene andere Varianten dieses Sensortyps sind aus dem Stand der Technik bekannt.A sensor type known from the prior art is the so-called hot-film air mass meter (HFM), which is used, for example, in DE 196 01 791 A1 is described in one embodiment. In such hot-film air-mass meters, a sensor chip is usually used which has a thin sensor membrane, for example a silicon sensor chip. At least one heating resistor, which is surrounded by two or more temperature measuring resistors (temperature sensors), is typically arranged on the sensor membrane. The temperature distribution changes in an air flow that is guided over the membrane, which in turn can be detected by the temperature measuring resistors and can be evaluated by means of a control and evaluation circuit. For example, an air mass flow can be determined from a resistance difference of the temperature measurement resistors. Various other variants of this type of sensor are known from the prior art.

Eine beispielsweise aus DE 101 11 840 C2 bekannte Problematik dieses Typs von Sensor besteht darin, dass häufig Kontaminationen des Sensortyps auftreten können, beispielsweise Kontaminationen durch Öl, andere Flüssigkeiten oder andere Arten von Verunreinigungen. Der Sensorchip wird üblicherweise direkt im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine oder in einem Bypass zum Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Dabei kann sich im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Öl auf dem Sensorchip und dabei insbesondere auf der Sensormembran niederschlagen. Dieser Ölniederschlag kann zu einer unerwünschten Messsignalbeeinflussung des Sensorchips führen, insbesondere da ein Ölfilm auf der Oberfläche des Sensorchips auf die Wärmeleitfähigkeit der Oberfläche einwirkt, was zur Verfälschung der Messsignale führt.One example from DE 101 11 840 C2 A known problem with this type of sensor is that contamination of the sensor type can often occur, for example contamination by oil, other liquids or other types of impurities. The sensor chip is usually used directly in the intake tract of the internal combustion engine or in a bypass to the intake tract of the internal combustion engine. During operation of the internal combustion engine, oil can be deposited on the sensor chip and in particular on the sensor membrane. This oil precipitation can lead to an undesired influence on the measurement signal of the sensor chip, in particular since an oil film on the surface of the sensor chip affects the thermal conductivity of the surface, which leads to the measurement signals being falsified.

Die Ölkontamination kann weiterhin auch beim oder kurz nach dem Abschalten der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise eines Dieselmotors, auftreten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine ein in einem Kurbelgehäuse vorhandener Überdruck über eine Kurbelgehäuseentlüftung in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine (und damit zum Beispiel auch in den Bypasskanal des Heißfilmluftmassenmessers) abbaut. Dabei wird häufig Öldampf beziehungsweise Ölnebel mitgeführt. Dieser Ölnebel schlägt sich zumindest teilweise auf dem Sensorchip als Kontaminationsfilm nieder und verursacht somit insbesondere beim erneuten Anschalten der Verbrennungskraftmaschine eine erhebliche Messsignalbeeinflussung.The oil contamination can also occur when the internal combustion engine, for example a diesel engine, is switched off or shortly after it is switched off. This is particularly the case when, after the internal combustion engine has been switched off, excess pressure in a crankcase is released via crankcase ventilation into the intake tract of the internal combustion engine (and thus, for example, also into the bypass channel of the hot-film air mass meter). Oil vapor or oil mist is often carried along. This oil mist is deposited at least partially on the sensor chip as a film of contamination and thus causes a considerable influence on the measurement signal, particularly when the internal combustion engine is switched on again.

Die DE 101 11 840 C2 schlägt ein Verfahren zur Vermeidung von Verschmutzungen auf einem Sensorchip unter Verwendung eines Zusatzheizers vor. Der Sensorchip weist einen Sensorbereich auf sowie einen außerhalb des Sensorbereichs angeordneten Zusatzheizer. Dieser Zusatzheizer wird elektrisch so erhitzt, dass im Bereich des Zusatzheizers Thermogradientenwirbel auftreten, welche zu Niederschlägen der Verschmutzungen des strömenden Mediums im Bereich des Zusatzheizers abseits des Bereichs des Sensorbereichs führen.the DE 101 11 840 C2 proposes a method of preventing contamination on a sensor chip using an auxiliary heater. The sensor chip has a sensor area and an additional heater arranged outside of the sensor area. This additional heater is electrically heated in such a way that thermal gradient vortices occur in the area of the additional heater, which lead to precipitation of the contamination of the flowing medium in the area of the additional heater away from the area of the sensor area.

Die in der DE 101 11 840 C2 offenbarte Anordnung und das offenbarte Verfahren sind jedoch nur bedingt geeignet, das Kontaminationsproblem, welches, wie beschrieben, auf mehreren Effekten beruht, zu lösen. Insbesondere besteht das Problem, dass die Ölniederschläge zwar nunmehr überwiegend abseits des Sensorbereiches auftreten, aber immer noch auf dem Sensorchip selbst. Sammeln sich größere Mengen der Verunreinigung an, so können diese, beispielsweise durch Luftverwirbelungen, auf den Sensorbereich getrieben werden. Weiterhin löst die in der DE 101 11 840 C2 beschriebene Anordnung auch nicht das oben dargestellte Problem, dass sich Kontaminationen insbesondere nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine ausbilden.The one in the DE 101 11 840 C2 However, the arrangement disclosed and the disclosed method are only conditionally suitable for solving the contamination problem, which, as described, is based on several effects. In particular, there is the problem that the oil deposits now occur predominantly away from the sensor area, but still on the sensor chip itself. If large amounts of contamination accumulate, they can be driven onto the sensor area, for example by air turbulence. Furthermore, the triggers in the DE 101 11 840 C2 The arrangement described also does not have the problem described above, that contamination forms in particular after the internal combustion engine has been switched off.

Die DE 38 01 262 A1 offenbart eine Einrichtung und ein Verfahren zum Schützen von Luftmassenstrommessern vor einer Verschmutzung durch sich in einem Ansaugkanal bewegende Fremdpartikel, bei dem die Fremdpartikel ionisiert werden und dann in einem Hochspannungsfeld von dem zu schützenden Messglied abgelenkt werden. Zur Ionisierung der Partikel werden Abschirmgitter und Ionisationsgitter verwandt, die sich eingangs und ausgangs des Ansaugkanals befinden. Zur Ablenkung der Partikel dient ein Abschirmungsrohr, im dem sich das Messglied befindet. Die Abschirmzone befindet sich zwischen dem Außenmantel des Abschirmungsohres und dem Innenmantel des Ansaugkanals.the DE 38 01 262 A1 discloses a device and a method for protecting air mass flow meters from contamination by foreign particles moving in an intake duct, in which the foreign particles are ionized and then deflected in a high-voltage field from the measuring element to be protected. Shielding grids and ions are used to ionize the particles sation grille, which are located at the entrance and exit of the intake port. A shielding tube, in which the measuring element is located, is used to deflect the particles. The shielding zone is located between the outer casing of the shielding tube and the inner casing of the intake duct.

Die Druckschrift DE 195 36 705 A1 offenbart ein Partikel-Messverfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung der in einem Gasstrom enthaltenden, elektrisch leitenden oder geladenen Partikel. Dabei wird ein elektrisches Feld zwischen einer von dem Gasstrom durchströmten Mantel-Elektrode und einer Innen-Elektrode innerhalb dieser Mantel-Elektrode durch Anlegen einer konstanten elektrischen Gleichspannung erzeugt und der Ladestrom zur Aufrechterhaltung der konstanten Gleichspannung zwischen Mantel-Elektrode und Innen-Elektrode gemessen.The pamphlet DE 195 36 705 A1 discloses a particle measuring method and a device for the quantitative determination of the electrically conductive or charged particles contained in a gas flow. An electric field is generated between a jacket electrode through which the gas stream flows and an inner electrode within this jacket electrode by applying a constant electrical DC voltage, and the charging current is measured to maintain the constant DC voltage between the jacket electrode and the inner electrode.

Die DE 24 45 004 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Staubgehaltes in strömenden Gasen, bei dem der Gasstrom zwischen einer spitzen Elektrode und einer zweiten Elektrode hindurchgeleitet wird. Zwischen den Elektroden liegt eine Spannung an, so dass es zu einer Korona-Entladung zwischen den Elektroden kommt, wobei der Differenzbetrag des jeweils durch die ersten und zweite Elektrode fließenden Stromes als Maß für den Staubgehalt der Luft verwandt wird.the DE 24 45 004 A1 discloses a method and a device for determining the dust content in flowing gases, in which the gas flow is passed between a pointed electrode and a second electrode. A voltage is applied between the electrodes so that a corona discharge occurs between the electrodes, with the difference between the current flowing through the first and second electrodes being used as a measure of the dust content of the air.

Die DE 40 22 207 A1 zeigt eine Einrichtung zum Freibrennen eines Hitzdrahtes oder Heißfilms eines Luftmassenmessers, bei dem ein Stromfluss durch einen elektrischen Widerstand zum Erreichen einer Freibrenntemperatur verwandt wird.the DE 40 22 207 A1 shows a device for burning off a hot wire or hot film of an air mass meter, in which a current flow through an electrical resistance is used to reach a burning-off temperature.

Die DE 102 53 691 A1 offenbart einen Luftmengenmesser mit einem Staubsammler aufweist, der einen stromaufwärts einer Sensoroberfläche des eigentlichen Messelementes gelegenen Ionisierungsbereich und einen Sammelbereich umnfasst. Der Ionisierungsbereich weist ein Paar Elektroden auf, die einander zugewandt sind und zwischen denen ein elektrisches Feld erzeugt wird. Mittels der Elektroden wird der Staub ionisiert. Der Sammelbereich weist Magneten und ein Sammlerblatt auf. Die Magneten bilden ein magnetisches Feld, welches den zuvor ionisierten Staub in spiralförmige Bewegungen versetzt und nach außen leitet, bis sich der Staub an dem Sammlerblatt absetzt.the DE 102 53 691 A1 discloses an air flow meter with a dust collector, which includes an ionization area located upstream of a sensor surface of the actual measuring element and a collection area. The ionization region has a pair of electrodes facing each other and between which an electric field is created. The dust is ionized by means of the electrodes. The collection area features magnets and a collector sheet. The magnets create a magnetic field that spirals the previously ionized dust and directs it outwards until the dust settles on the collector blade.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Es wird daher ein Heißfilmluftmassenmesser zur Messung eines Luftmassenstroms, insbesondere im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine, vorgeschlagen, welcher die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen vermeidet. Der Heißfilmluftmassenmesser ist universell einsetzbar, ist jedoch insbesondere optimiert zur Messung eines Luftmassenstroms mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0 und 60 m/s. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betrieb eines Heißfilmluftmassenmessers gemäß der Erfindung vorgeschlagen.A hot-film air mass meter for measuring an air mass flow, in particular in the intake tract of an internal combustion engine, is therefore proposed, which avoids the disadvantages of the devices known from the prior art. The hot-film air mass meter can be used universally, but is particularly optimized for measuring an air mass flow with a flow rate between 0 and 60 m/s. Furthermore, a method for operating a hot-film air-mass meter according to the invention is proposed.

Der Heißfilmluftmassenmesser kann prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Techniken und Varianten von Heißfilmluftmassenmessern einschließen. Beispielsweise kann der Heißfilmluftmassenmesser einen Sensorchip, beispielsweise einen Sensorchip mit einer Sensormembran, umfassen, wie er in DE 196 01 791 A1 beschrieben ist. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen von Heißfilmluftmassenmessern möglich. Der Heißfilmluftmassenmesser weist eine vom Luftmassenstrom überströmbare Sensoroberfläche auf. Beispielsweise kann es sich dabei, wie oben beschrieben, um die Oberfläche einer Sensormembran handeln.In principle, the hot-film air-mass meter can include all techniques and variants of hot-film air-mass meters known to those skilled in the art. For example, the hot-film air mass meter can include a sensor chip, for example a sensor chip with a sensor membrane, as is shown in DE 196 01 791 A1 is described. However, other embodiments of hot-film air-mass meters are also possible. The hot-film air-mass meter has a sensor surface over which the air-mass flow can flow. For example, as described above, this can be the surface of a sensor membrane.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, Ölablagerungen und sonstige Kontaminationen auf der Sensoroberfläche zu vermeiden, indem elektrische Effekte eingesetzt werden. Zu diesem Zweck weist der Heißfilmluftmassenmesser eine Felderzeugungsvorrichtung auf, welche ausgestaltet ist, um ein homogenes elektrisches Feld durch den Luftmassenstrom zu erzeugen, welches vorzugsweise zumindest teilweise homogen ist.A basic idea of the present invention is to avoid oil deposits and other contaminations on the sensor surface by using electrical effects. For this purpose, the hot-film air-mass meter has a field-generating device that is designed to generate a homogeneous electric field through the air-mass flow, which is preferably at least partially homogeneous.

Dieses elektrische Feld kann auf unterschiedliche Weise Einfluss auf die Ölkontamination der Sensoroberfläche nehmen. Dabei ist zu beachten, dass der Luftmassenstrom üblicherweise einen Ölnebel (Aerosol) mit kleinsten Öltröpfchen enthält, welche mit dem Luftmassenstrom mitgetragen werden. Dieser Effekt kann sowohl im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine als auch, wie oben beschrieben, nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine auftreten. Diese Öltröpfchen sind in vielen Fällen elektrisch aufgeladen. Diese elektrische Aufladung erfolgt beispielsweise durch molekulare Reibung, Wandstöße mit beispielsweise der Wand eines Strömungskanals, durch Umgebungsstrahlung oder auch durch Wechselwirkung mit anderen Öltröpfchen. Zusätzlich kann die Aufladung der Öltröpfchen durch ein elektrisches Feld noch verstärkt werden, da in diesem Fall bereits aufgeladene Öltröpfchen beschleunigt werden, mit anderen Tröpfchen zusammenstoßen und so in einer Art „Lawineneffekt“ neue Ladungen erzeugen.This electric field can influence the oil contamination of the sensor surface in different ways. It should be noted that the air mass flow usually contains an oil mist (aerosol) with tiny oil droplets, which are carried along with the air mass flow. This effect can occur both during operation of the internal combustion engine and, as described above, after the internal combustion engine has been switched off. In many cases, these oil droplets are electrically charged. This electrical charging occurs, for example, through molecular friction, wall impacts with the wall of a flow channel, for example, through ambient radiation or through interaction with other oil droplets. In addition, the charging of the oil droplets can be intensified by an electric field, since in this case already charged oil droplets are accelerated, collide with other droplets and thus generate new charges in a kind of "avalanche effect".

Die derart geladenen Ölpartikel werden im elektrischen Feld entsprechend ihrer Polarität abgelenkt. Auf diese Weise können die Öltröpfchen durch elektrische Ablenkung von der Sensoroberfläche ferngehalten werden.The oil particles charged in this way are deflected in the electric field according to their polarity. In this way, the oil droplets can be kept away from the sensor surface by electrical deflection.

Ein weiterer Effekt kann dann bestehen, dass Öltröpfchen im elektrischen Feld polarisiert werden, ohne dass eine Nettoaufladung erfolgt. Auf diese Weise wird aus den Öltröpfchen jeweils ein elektrischer Dipol. Da sich jeweils der positiv geladene Teil eines ersten Öltröpfchens und der negative Teil eines zweiten Öltröpfchens gegenseitig anziehen, können zwei derartig polarisierte Öltröpfchen leicht miteinander verschmelzen (koagulieren). Auf diese Weise bilden sich aus den kleinsten Öltröpfchen, welche vom Luftmassenstrom mitgeführt werden, große, schwere Tropfen, welche dann aufgrund der auf sie wirkenden Schwerkraft ausfallen. Auch auf diese Weise kann der Ölnebel von der Sensoroberfläche ferngehalten werden, insbesondere wenn die Sensoroberfläche im Betrieb des Heißfilmluftmassenmessers vertikal angeordnet ist.A further effect can then be that oil droplets are polarized in the electric field without a net charging taking place. In this way, each oil droplet becomes an electric dipole. Since the positively charged part of a first oil droplet and the negative part of a second oil droplet attract each other, two such polarized oil droplets can easily fuse (coagulate) with each other. In this way, the smallest oil droplets, which are carried along by the air mass flow, form large, heavy droplets, which then fall out due to the force of gravity acting on them. In this way, too, the oil mist can be kept away from the sensor surface, in particular if the sensor surface is arranged vertically when the hot-film air-mass meter is in operation.

Die Felderzeugungsvorrichtung weist einen oder mehrere Kondensatoren auf, insbesondere einen Plattenkondensator, wobei jedoch die Platten des Plattenkondensators nicht notwendigerweise parallel sein müssen. Dabei sind die Elektroden des mindestens einen Kondensators zumindest näherungsweise flächengleich. Dabei können Abweichungen von 50 %, vorzugsweise nicht mehr als 10 % und besonders bevorzugt von nicht mehr als 5 % toleriert werden, um ein vorzugsweise zumindest teilweise homogenes elektrisches Feld zu generieren. Die Elektroden sind derart ausgestaltet, dass der Luftmassenstrom bereits eine Driftstecke durch das elektrische Feld zurückgelegt hat, bevor er die Sensoroberfläche erreicht, und dass das elektrische Feld um eine Nachdriftstrecke hinter der Sensoroberfläche verlängert ist. Weist der Heißfilmluftmassenmesser einen Strömungskanal, insbesondere einen Bypasskanal, auf, so können die Elektroden des Kondensators in den Strömungskanal eingebracht werden. Dabei kann es sich um separate Elektroden handeln, beispielsweise in Form von in den Strömungskanal eingebrachten Metallschichten. Alternativ können auch die Wände des Strömungskanals selbst mit einer Metallisierung versehen werden, oder der Strömungskanal selbst kann einen metallischen Bestandteil, insbesondere einen zumindest teilweise metallischen Deckel- und/oder Bodenteil, aufweisen. Auch können mehrere Kondensatoren in Reihe angeordnet werden, beispielsweise ein Kondensator vor dem Sensorchip, ein Kondensator nach dem Sensorchip.The field generating device has one or more capacitors, in particular a plate capacitor, although the plates of the plate capacitor do not necessarily have to be parallel. The electrodes of the at least one capacitor have at least approximately the same area. In this case, deviations of 50%, preferably not more than 10% and particularly preferably not more than 5% can be tolerated in order to generate a preferably at least partially homogeneous electric field. The electrodes are designed in such a way that the air mass flow has already covered a drift distance through the electric field before it reaches the sensor surface, and that the electric field is extended by a post-drift distance behind the sensor surface. If the hot-film air-mass meter has a flow channel, in particular a bypass channel, the electrodes of the capacitor can be introduced into the flow channel. These can be separate electrodes, for example in the form of metal layers introduced into the flow channel. Alternatively, the walls of the flow channel itself can also be provided with a metallization, or the flow channel itself can have a metallic component, in particular an at least partially metallic cover and/or base part. A plurality of capacitors can also be arranged in series, for example a capacitor in front of the sensor chip and a capacitor after the sensor chip.

In vielen Fällen wird der Luftmassenstrom mit einer Hauptströmungsrichtung strömen. Wird dabei ein Strömungskanal eingesetzt, beispielsweise ein Bypasskanal, so ist der Begriff „Hauptströmungsrichtung“ jeweils lokal zu verstehen, wobei unter dem Begriff „Hauptströmungsrichtung“ jeweils die Haupttransportrichtung des Luftmassenstroms am jeweiligen Ort im Strömungskanal zu verstehen sei. Lokale Verwirbelungen sollen dabei vernachlässigt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn das elektrische Feld den Luftmassenstrom im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung durchdringt. Auf diese Weise wird der oben beschriebene Ablenkungseffekt besonders gut ausgenutzt. Vorzugsweise verläuft das elektrische Feld im eingebauten Zustand des Heißfilmluftmassenmessers, beispielsweise im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine bei horizontal stehender Verbrennungskraftmaschine, selbst horizontal. Auf diese Weise kann das Ausfällen koagulierter Tröpfchen verstärkt werden.In many cases, the air mass flow will flow with a main flow direction. If a flow duct is used, for example a bypass duct, the term "main flow direction" is to be understood locally in each case, with the term "main flow direction" being understood to mean the main transport direction of the air mass flow at the respective location in the flow duct. Local turbulence should be neglected. It is particularly preferred if the electric field penetrates the air mass flow essentially perpendicular to the main flow direction. In this way, the deflection effect described above is used particularly well. The electric field preferably runs horizontally when the hot-film air-mass meter is installed, for example in the intake tract of the internal combustion engine when the internal combustion engine is horizontal. In this way, precipitation of coagulated droplets can be increased.

Um die oben beschriebenen Effekte der Ablenkung und Ausfällung (neben denen noch weitere elektrische Effekte wirken können) zu unterstützen, ist es bevorzugt, wenn der Luftmassenstrom vor Erreichen der Sensoroberfläche eine Driftstrecke von mindestens 1 mm, insbesondere mindestens 3 mm und besonders bevorzugt mindestens 5 mm im elektrischen Feld zurücklegt. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Dimensionierung des beschriebenen Kondensators erfolgen. Insbesondere kann beispielsweise, wenn ein Strömungskanal (beispielsweise ein Bypasskanal) eingesetzt wird, die gesamte Strecke des Bypasskanals mit einem Kondensator versehen werden, beispielsweise indem jeweils Deckel und Boden des Bypasskanals metallisiert werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn das vorzugsweise zumindest teilweise homogene elektrische Feld zumindest in einem Teilbereich eine Feldstärke in einem Bereich von 1 kV/m bis 5 MV/m, insbesondere 10 kV/m bis 2,5 MV/m und besonders bevorzugt bei näherungsweise 0,4 MV/m aufweist. Diese Feldstärken haben sich in Praxistests als besonders wirksam und dennoch technisch gut realisierbar und handhabbar erwiesen.In order to support the effects of deflection and precipitation described above (in addition to which other electrical effects can also have an effect), it is preferred if the air mass flow has a drift distance of at least 1 mm, in particular at least 3 mm and particularly preferably at least 5 mm, before reaching the sensor surface travels in the electric field. This can be done, for example, by appropriately dimensioning the capacitor described. In particular, for example, if a flow channel (for example a bypass channel) is used, the entire section of the bypass channel can be provided with a capacitor, for example by metalizing the cover and base of the bypass channel. It is particularly preferred if the preferably at least partially homogeneous electric field has a field strength in a range from 1 kV/m to 5 MV/m, in particular 10 kV/m to 2.5 MV/m and particularly preferably at approximately 0.4 MV/m. In practical tests, these field strengths have proven to be particularly effective and yet technically easy to implement and manage.

Wie oben beschrieben, tritt der Kontaminationseffekt insbesondere nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine auf, wenn sich mit Ölnebel versetzte Luft im Kurbelgehäuse entspannt und durch eine Kurbelgehäuseentlüftungsöffnung in den Ansaugtrakt diffundiert. Dementsprechend kann auch der erfindungsgemäße Heißfilmluftmassenmesser unterschiedlich betrieben werden. Zum einen kann die Felderzeugungsvorrichtung während des gesamten Betriebs oder auch nur während Teilphasen des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine ein elektrisches Feld erzeugen und auf diese Weise unter Ausnutzung der beschriebenen Effekte eine Kontamination der Sensoroberfläche kontinuierlich verhindern. Weiterhin ist es jedoch alternativ oder zusätzlich auch bevorzugt, die Felderzeugungsvorrichtung nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine einzusetzen. Dementsprechend wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die Felderzeugungsvorrichtung nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine für eine vorgegebene Nachlaufdauer ein elektrisches Feld erzeugt. Grundsätzlich kann dabei eine beliebige Nachlaufdauer eingesetzt werden. Insbesondere haben sich Nachlaufdauern zwischen 3 sec und 10 min, vorzugsweise zwischen 5 sec und 5 min und besonders bevorzugt zwischen 10 sec und 3 min bewährt. Auf diese Weise kann eine durch Diffusion von Ölnebel hervorgerufene Kontamination der Sensoroberfläche beim Stillstand der Verbrennungskraftmaschine vermieden oder stark verringert werden. Es sei noch darauf hingewiesen, dass der oben verwendete Begriff einer „Hauptströmungsrichtung“ im Falle des Stillstands der Verbrennungskraftmaschine weit zu fassen ist, da in diesem Fall Szenarien auftreten können, in denen Ölnebel „aus beiden Richtungen“ zur Sensoroberfläche strömen. Daher kann die oben beschriebene Driftstrecke beispielsweise „vor“ und/oder „nach“ der Sensoroberfläche angeordnet sein, also unter Bezugnahme auf die Hauptströmungsrichtung im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine stromaufwärts bzw. auch stromabwärts von der Sensoroberfläche. Es können auch unterschiedliche elektrische Felder vorgesehen sein, beispielsweise ein elektrisches Feld „stromabwärts“ der Sensoroberfläche, welches erst nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine zugeschaltet wird, um eine Rückdiffusion von Ölnebel entgegen der Hauptströmungsrichtung im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine zu verhindern bzw. die Effekte der Kontamination durch diese Rückdiffusion zu vermindern.As described above, the contamination effect occurs in particular after the internal combustion engine has been switched off, when air mixed with oil mist expands in the crankcase and diffuses through a crankcase ventilation opening into the intake tract. Accordingly, the hot-film air-mass meter according to the invention can also be operated in different ways. On the one hand, the field generating device can generate an electric field during the entire operation or only during partial phases of the operation of the internal combustion engine and in this way continuously prevent contamination of the sensor surface by utilizing the described effects. However, alternatively or additionally, it is also preferred to use the field-generating device after the internal combustion engine has been switched off. Accordingly, a method is proposed in which the field generating device generates an electric field after the internal combustion engine has been switched off for a predetermined run-on period. Basically any run-on time can be used. In particular, overrun times of between 3 seconds and 10 minutes, preferably between 5 seconds and 5 minutes and particularly preferably between 10 seconds and 3 minutes have proven useful. In this way, contamination of the sensor surface caused by diffusion of oil mist when the internal combustion engine is at a standstill can be avoided or greatly reduced. It should also be pointed out that the term “main flow direction” used above should be interpreted broadly when the internal combustion engine is at a standstill, since in this case scenarios can occur in which oil mist flows “from both directions” to the sensor surface. Therefore, the drift path described above can be arranged, for example, “before” and/or “after” the sensor surface, ie, with reference to the main flow direction during operation of the internal combustion engine, upstream or also downstream of the sensor surface. Different electric fields can also be provided, for example an electric field “downstream” of the sensor surface, which is only switched on after the internal combustion engine has been switched off, in order to prevent oil mist from diffusing back against the main flow direction during operation of the internal combustion engine after the internal combustion engine has been switched off, or to prevent the effects to reduce the contamination by this back-diffusion.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Verringerung bzw. Vermeidung von Ölkontaminationen auf der Sensoroberfläche zeichnet sich der erfindungsgemäße Heißfilmluftmassenmesser und das beschriebene Verfahren zur Betrieb desselben durch zahlreiche Vorteile aus. Ein Vorteil besteht beispielsweise darin, dass Ölablagerungen insgesamt auf der Sensoroberfläche vermieden werden, indem Öl vor Erreichen der Sensoroberfläche ausgefällt und/oder von der Sensoroberfläche ferngehalten wird. Es treten somit auch keine Ansammlungen von Öl in der Nähe der Sensoroberfläche auf, welche anschließend durch Luftverwirbelungen auf die Sensoroberfläche getragen werden könnten. Das System zeichnet sich somit durch eine erhöhte Robustheit und Störungsunanfälligkeit aus.In contrast to the devices known from the prior art for reducing or avoiding oil contamination on the sensor surface, the hot-film air mass meter according to the invention and the method described for operating the same are distinguished by numerous advantages. One advantage is, for example, that oil deposits are avoided overall on the sensor surface by precipitating oil before it reaches the sensor surface and/or by keeping it away from the sensor surface. There is therefore also no accumulation of oil in the vicinity of the sensor surface, which could then be carried onto the sensor surface by air turbulence. The system is thus characterized by increased robustness and susceptibility to faults.

Weiterhin ist der beschriebene Heißfilmluftmassenmesser vergleichsweise einfach aufgebaut. Es sind keine zusätzlichen Regelungsmechanismen erforderlich, um beispielsweise bestimmte Temperaturbereiche auf der Sensoroberfläche aufrechtzuerhalten, wie dies beispielsweise bei der DE 101 11 840 C1 der Fall ist. Weiterhin sind keine mikrosystemtechnischen Veränderungen der Sensoroberfläche selbst erforderlich, also beispielsweise zusätzliche Mikrostrukturen auf einem Sensorchip. Bereits vorhandene Sensorchips können somit durch einfaches Ergänzen um eine Felderzeugungsvorrichtung weiter genutzt werden. Eine Veränderung der lithographischen Prozesse bzw. des Layouts von Sensorchips ist in der Regel nicht erforderlich.Furthermore, the described hot-film air-mass flow meter has a comparatively simple structure. No additional control mechanisms are required, for example to maintain certain temperature ranges on the sensor surface, as is the case, for example, with the DE 101 11 840 C1 the case is. Furthermore, no microsystem-technical changes to the sensor surface itself are required, ie additional microstructures on a sensor chip, for example. Existing sensor chips can thus continue to be used simply by adding a field generating device. As a rule, it is not necessary to change the lithographic processes or the layout of sensor chips.

Die Felderzeugungsvorrichtung lässt sich durch einfaches Einbringen von Elektroden in einen Strömungskanal realisieren. Wie oben beschrieben, können dabei beispielsweise Metallfolien eingesetzt werden, oder es können auch Wände eines Strömungskanals metallisiert werden. Dazu lassen sich dem Fachmann bekannte, kostengünstige und zuverlässige Großserienverfahren einsetzen, beispielsweise Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Strömungskanals, gefolgt von Standard-Metallisierungsverfahren. Beispielsweise existieren zahlreiche Techniken, um spritzgegossene Bauteile nachträglich zu metallisieren, insbesondere unter Zuhilfenahme von metallisierbaren Kunststoffen und/oder einer nachträglichen Metallisierbarmachung der Kunststoffe durch Auftragen beispielsweise von Metallkeimen und anschließende Metallisierung beispielsweise in einem chemischen Metallisierungsbad. Derartige Techniken sind dem Fachmann bekannt. Auch lassen sich strukturierte Metallisierungen auf Kunststoffe aufbringen, wobei beispielsweise die aus der Technik der spritzgegossenen Leiterplatten (molded interconnect devices, MID) bekannten Verfahren (z.B. Heißprägen, Laserstrukturieren etc.) eingesetzt werden können. Auf diese Weise lässt sich der beschriebene Heißfilmluftmassenmesser unter geringer Modifikation bereits bekannter Heißfilmluftmassenmessertypen durch ein kostengünstiges und zuverlässiges Herstellungsverfahren herstellen.The field generating device can be implemented by simply introducing electrodes into a flow channel. As described above, metal foils can be used, for example, or walls of a flow channel can also be metallized. For this purpose, cost-effective and reliable large-scale production processes known to those skilled in the art can be used, for example injection molding processes for producing a flow channel, followed by standard metallization processes. For example, there are numerous techniques for subsequently metallizing injection-molded components, in particular with the aid of metallizable plastics and/or subsequently making the plastics metallizable by applying, for example, metal seeds and subsequent metallization, for example in a chemical metallization bath. Such techniques are known to those skilled in the art. Structured metallization can also be applied to plastics, for example using the methods known from the technology of injection-molded printed circuit boards (molded interconnect devices, MID) (e.g. hot embossing, laser structuring, etc.). In this way, the hot-film air-mass meter described can be manufactured with minor modifications to already known types of hot-film air-mass meter using a cost-effective and reliable manufacturing method.

Figurenlistecharacter list

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 einen in einem Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzten Heißfilmluftmassenmesser;
  • 2 einen Schnitt durch einen Bypasskanal eines Heißfilmluftmassenmessers mit einem in den Bypasskanal hineinragenden Chipträger;
  • 3 einen Schnitt durch den Bypasskanal eines Ausführungsbeispiels eines Heißfilmluftmassenmessers mit Schnittebene senkrecht zur Schnittebene gemäß 2; und
  • 4 ein Deckelteil eines Heißfilmluftmassenmessers zum Aufsetzen auf den Bypasskanal gemäß 2.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:
  • 1 a hot film air mass meter used in an intake tract of an internal combustion engine;
  • 2 a section through a bypass channel of a hot-film air mass meter with a chip carrier protruding into the bypass channel;
  • 3 according to a section through the bypass channel of an embodiment of a hot-film air mass meter with a section plane perpendicular to the section plane 2 ; and
  • 4 according to FIG 2 .

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

In 1 ist ein Beispiel eines Heißfilmluftmassenmessers 110 dargestellt, welcher im Ansaugtrakt 112 einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt ist. Derartige Heißfilmluftmassenmesser 110 sind kommerziell erhältlich und Stand der Technik. Der Heißfilmluftmassenmesser 110 ist ausgestaltet, um die Strömungsrichtung eines Abgasstroms bei pulsierender Strömung zu erkennen und ist für eine Lasterfassung bei Verbrennungskraftmaschinen mit Benzin- oder Dieselkraftstoffeinspritzung konzipiert. Der Einbau des Heißfilmluftmassenmessers 110 erfolgt üblicherweise zwischen einem Luftfilter und einer Drosselvorrichtung und erfolgt in der Regel als vormontierte Baugruppe in Form eines Steckfühlers, welcher ein Messgehäuse 114 aufweist.In 1 an example of a hot-film air-mass meter 110 is shown, which is used in the intake tract 112 of an internal combustion engine. Such hot-film air-mass meters 110 are commercially available and are state of the art. The hot-film air mass meter 110 is designed to detect the direction of flow of an exhaust gas stream in the case of a pulsating flow and is designed for load detection in internal combustion engines with gasoline or diesel fuel injection. The installation of the hot-film air-mass meter 110 usually takes place between an air filter and a throttle device and usually takes place as a preassembled assembly in the form of a plug-in sensor, which has a measuring housing 114 .

In den 2 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heißfilmluftmassenmessers 110 dargestellt, bei welchem ein Plattenkondensator 116 als Felderzeugungsvorrichtung 118 eingesetzt wird. Dabei zeigt 2 den Heißfilmluftmassenmesser 110 mit geöffnetem Messgehäuse 114, wobei der Bypasskanal 120 sichtbar ist. Das Messgehäuse 114 umfasst somit einen Elektronikbereich 122, in welchem die (in 2 nicht dargestellte) Ansteuer- und Auswerteelektronik des Heißfilmluftmassenmessers 110 untergebracht ist, sowie einen Strömungsbereich 124, in welchem der Bypasskanal 120 aufgenommen ist. Wie in 1 dargestellt, ragt der Strömungsbereich 124 in den Ansaugtrakt 112 der Verbrennungskraftmaschine. Vom Elektronikbereich 122 aus ragt ein Chipträger 126 mit einem darin eingesetzten Sensorchip 128 in den Bypasskanal 120. Der Chipträger 126 kann beispielsweise ein metallischer Chipträger 126 sein, beispielsweise in Form eines Blechteils. In einer anderen Ausführungsform kann der Chipträger 126 auch ein Kunststoffteil sein, beispielsweise eine an eine im Elektronikbereich 122 aufgenommene Leiterplatte angespritzte Sensornase, welche in den Bypasskanal 120 hineinragt. In eine Vertiefung des Chipträgers 126 ist der Sensorchip 128 eingelassen, so dass seine Sensoroberfläche 130 vom durch den Bypasskanal 120 tretenden Luftmassenstrom überströmt wird.In the 2 until 4 an exemplary embodiment of a hot-film air-mass meter 110 according to the invention is shown, in which a plate capacitor 116 is used as field-generating device 118 . while showing 2 the hot-film air-mass meter 110 with the meter housing 114 open, the bypass channel 120 being visible. The measuring housing 114 thus includes an electronics area 122 in which the (in 2 not shown) control and evaluation electronics of the hot-film air mass meter 110 is housed, as well as a flow area 124, in which the bypass channel 120 is accommodated. As in 1 shown, the flow area 124 protrudes into the intake tract 112 of the internal combustion engine. A chip carrier 126 with a sensor chip 128 inserted therein protrudes from the electronics area 122 into the bypass channel 120. The chip carrier 126 can, for example, be a metallic chip carrier 126, for example in the form of a sheet metal part. In another embodiment, the chip carrier 126 can also be a plastic part, for example a sensor nose that is injection-molded onto a printed circuit board accommodated in the electronics area 122 and protrudes into the bypass channel 120 . The sensor chip 128 is let into a depression in the chip carrier 126 so that the air mass flow passing through the bypass duct 120 flows over its sensor surface 130 .

Mit Bezugsziffer 132 sind in 2 Diffusionswege des Ölnebels im Luftmassenstrom gezeichnet. Diese Diffusionswege 132 sind die Wege, welche die Ölnebel aus dem Ansaugtrakt 112 hin zum Sensorchip 128 zurücklegen, wenn die Verbrennungskraftmaschine abgeschaltet wird. Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine strömt der Luftmassenstrom jedoch im Bereich des Sensorchips 128 mit einer Hauptströmungsrichtung durch den Bypasskanal 120, wobei die Hauptströmungsrichtung in 2 symbolisch mit dem Pfeil 134 bezeichnet ist. Um das Überströmen der Sensoroberfläche 130 zu gewährleisten, ist der Chipträger 126 stromaufwärts mit einer Anströmkante 136 ausgestattet.With reference numeral 132 are in 2 Diffusion paths of the oil mist in the air mass flow drawn. These diffusion paths 132 are the paths that the oil mist travels from the intake tract 112 to the sensor chip 128 when the internal combustion engine is switched off. During operation of the internal combustion engine, however, the air mass flow flows in the region of sensor chip 128 with a main flow direction through bypass channel 120, with the main flow direction in 2 is symbolically denoted by the arrow 134. In order to ensure that the sensor surface 130 is overflown, the chip carrier 126 is equipped with a leading edge 136 upstream.

Das Messgehäuse 114 ist in der perspektivischen Darstellung gemäß 2 mit Blickrichtung von oben in geöffnetem Zustand dargestellt. In 4 ist ein Deckelteil 138 perspektivisch dargestellt, welches nach Klappen um eine vertikale Achse auf das Messgehäuse 114 in 2 aufgesetzt werden kann, um den Bypasskanal 120 zu schließen. Das Deckelteil 138 bildet dann einen integralen Bestandteil des Messgehäuses 114. Deutlich sind im Deckelteil die Begrenzungsstrukturen 140 des Bypasskanals 120 zu erkennen. Weiterhin ist zu erkennen, dass die Wände des Bypasskanals 120 nicht in allen Bereichen parallel verlaufen, sondern dass eine Strömungsführung durch lokales Verengen oder Erweitern des Bypasskanals 120 erfolgen kann. So ist beispielsweise in dem Bereich des Bypasskanals 120, in welchen der Chipträger 126 hineinragt, eine Konvergenzrampe 142 ausgebildet, so dass in diesem Bereich der Strömungsquerschnitt verengt ist.The measuring housing 114 is shown in the perspective view according to FIG 2 viewed from above in open condition. In 4 a cover part 138 is shown in perspective, which after folding about a vertical axis onto the measuring housing 114 in 2 can be placed to close the bypass channel 120. The cover part 138 then forms an integral part of the measuring housing 114. The delimiting structures 140 of the bypass channel 120 can be clearly seen in the cover part. Furthermore, it can be seen that the walls of the bypass channel 120 do not run parallel in all areas, but that the flow can be guided by local narrowing or widening of the bypass channel 120 . For example, a convergence ramp 142 is formed in the area of the bypass channel 120 into which the chip carrier 126 protrudes, so that the flow cross section is narrowed in this area.

In 3 ist ein Schnitt durch den Bereich des Bypasskanals 120 im Bereich der Konvergenzrampe 142 dargestellt. Die Schnittlinie verläuft in 2 waagerecht durch den Chipträger 126, und die Blickrichtung ist in 2 von unten, parallel zur Zeichenebene. In dieser Darstellung wird auch die Ausgestaltung der Felderzeugungsvorrichtung 118 besonders deutlich. Es ist zu erkennen, dass diese Felderzeugungsvorrichtung 118 sich in diesem Ausführungsbeispiel zusammensetzt durch eine erste Elektrode 144 auf dem Deckelteil 138 und eine zweite Elektrode 146 auf einem Bodenteil 148 des Messgehäuses 114. Werden die beiden Elektroden 144, 146 unterschiedlich aufgeladen, so bildet sich zwischen diesen ein elektrisches Feld 150 aus, welches in 3 symbolisch dargestellt ist. Das elektrische Feld ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen homogen und weicht nur in den Randbereichen von der Homogenität ab. Bei typischen Kanalbreiten zwischen 2 und 10 mm wurden in Versuchen Spannungen bis ca. 5 kV verwendet. Bei Verwendung von nicht-metallischen Chipträgern 126, beispielsweise in Form von Spritzgussbauteilen, werden die Feldlinien im Bereich des Chipträgers 126 nur unwesentlich beeinflusst. Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich, insbesondere Ausgestaltungen mit metallischen Chipträgern 126.In 3 a section through the area of the bypass channel 120 in the area of the convergence ramp 142 is shown. The cutting line runs in 2 horizontally through the chip carrier 126, and the viewing direction is in 2 from below, parallel to the plane of the drawing. The configuration of the field generating device 118 is also particularly clear in this representation. It can be seen that this field generating device 118 is composed in this exemplary embodiment of a first electrode 144 on the cover part 138 and a second electrode 146 on a bottom part 148 of the measuring housing 114. If the two electrodes 144, 146 are charged differently, then between these an electric field 150, which in 3 is represented symbolically. In this exemplary embodiment, the electric field is essentially homogeneous and deviates from homogeneity only in the edge regions. With typical channel widths between 2 and 10 mm, voltages of up to approx. 5 kV were used in tests. When using non-metallic chip carriers 126, for example in the form of injection molded components, the field lines in the area of the chip carrier 126 are only slightly affected. However, other configurations are also possible, in particular configurations with metallic chip carriers 126.

Die beiden Elektroden 144, 146 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch einfaches Aufbringen von Leitlack auf die Kanalwände des Bypasskanals 120 erzeugt. Dies ist durch Zusammenschau der 2 und 4 erkennbar. In 2 ist dabei die zweite Elektrode 146, welche auf das Bodenteil 148 des Messgehäuses 114 aufgebracht ist, sichtbar. In der perspektivischen Darstellung gemäß 2 ist diese zweite Elektrode 146 teilweise durch den Chipträger 126 verdeckt. In 4 ist die erste Elektrode 144, welche auf das Deckelteil 138 aufgebracht ist, erkennbar. Durch Aufeinanderklappen des Deckelteils 138 auf das Messgehäuse 114 bilden die erste Elektrode 144 und die zweite Elektrode 146 die in 3 dargestellte Kondensatorstruktur.In this exemplary embodiment, the two electrodes 144 , 146 are produced by simply applying conductive lacquer to the channel walls of the bypass channel 120 . This is by synopsis of the 2 and 4 recognizable. In 2 the second electrode 146, which is applied to the bottom part 148 of the measuring housing 114, is visible. In the perspective view according to 2 this second electrode 146 is partially covered by the chip carrier 126 . In 4 the first electrode 144, which is applied to the cover part 138, can be seen. By folding cover part 138 onto measuring housing 114, first electrode 144 and second electrode 146 form the in 3 shown capacitor structure.

Wie aus 3 ersichtlich, beginnt das elektrische Feld 150 nicht unmittelbar an der Anströmkante 136 des Chipträgers 126, sondern die Elektroden 144, 146 sind derart ausgestaltet, dass der Luftmassenstrom bereits eine Driftstrecke 152 durch das elektrische Feld 150 zurückgelegt hat, bevor diese die Sensoroberfläche 130 erreicht. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die oben beschriebenen Effekte der Ausfällung koagulierter Öltröpfchen bzw. der Ablenkung geladener Öltröpfchen genügend wirken können, bevor der Luftmassenstrom die Sensoroberfläche 130 erreicht. Die Ausfällung von Öltröpfchen erfolgt in dieser Darstellung gemäß 3, welche die Blickrichtung von unten zeigt, senkrecht aus der Zeichenebene heraus. Das elektrische Feld 150 ist in diesem Fall näherungsweise horizontal, wobei jedoch auch Abweichungen von der Horizontalen (vorzugsweise um nicht mehr als 20°) toleriert werden können.How out 3 As can be seen, the electric field 150 does not begin directly at the leading edge 136 of the chip carrier 126, but the electrodes 144, 146 are designed in such a way that the air mass flow has already covered a drift distance 152 through the electric field 150 before it reaches the sensor surface 130. This ensures that the above-described effects of the precipitation of coagulated oil droplets or the deflection of charged oil droplets can have a sufficient effect before the air mass flow reaches sensor surface 130 . In this illustration, the precipitation of oil droplets takes place according to 3 , which shows the viewing direction from below, perpendicularly out of the plane of the drawing. In this case, the electric field 150 is approximately horizontal, although deviations from the horizontal (preferably by no more than 20°) can also be tolerated.

Weiterhin ist in 3 zu erkennen, dass das elektrische Feld 150 auch nicht unmittelbar nach der Sensoroberfläche 130 endet, sondern erst um eine Nachdriftstrecke 154 hinter der Sensoroberfläche 130. Beispielsweise kann diese Nachdriftstrecke 154 näherungsweise so lang sein wie die Driftstrecke 152. Durch diese Nachdriftstrecke 154 wird gewährleistet, dass auch nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine entgegen der Hauptströmungsrichtung 134 strömende Öldämpfe (siehe die Diffusionswege 132 in 2), welche in 3 von rechts anströmen, den Sensorchip nicht oder nur noch unwesentlich kontaminieren können. In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2 bis 4 ist die Driftstrecke 152 länger gewählt als die Nachdriftstrecke 154. Typische Längen der Driftstrecken 152, 154 liegen im Bereich von einem bis fünfzig Millimetern.Furthermore, in 3 to recognize that the electric field 150 does not end immediately after the sensor surface 130, but only by a post-drift distance 154 behind the sensor surface 130. For example, this post-drift distance 154 can be approximately as long as the drift distance 152. This post-drift distance 154 ensures that oil vapors flowing counter to the main flow direction 134 even after the internal combustion engine has been switched off (see the diffusion paths 132 in 2 ), what a 3 flow from the right, cannot or only insignificantly contaminate the sensor chip. In the embodiment according to the 2 until 4 the drift section 152 is selected to be longer than the post-drift section 154. Typical lengths of the drift sections 152, 154 are in the range from one to fifty millimeters.

Das in den 2 bis 4 beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Heißfilmluftmassenmessers 110 stellt nur eine von mehreren Möglichkeiten zur Realisierung des erfindungsgemäßen Prinzips dar. Die Elektroden 144, 146 können auf einfach Weise, beispielsweise durch auf das Messgehäuse 114 aufgebrachte Leiterbahnen, elektrisch kontaktiert und mit einer entsprechenden Spannungsquelle verbunden werden. Alternativ ist auch eine vollständige Metallisierung der Wände des Bypasskanals 120 möglich, so dass in diesem Fall die Driftstrecke 152 bzw. die Nachdriftstrecke 154 den gesamten Bypasskanal 120 umfasst. Weiterhin können auch separate, vom Deckelteil 138 und Bodenteil 148 getrennte Elektroden in den Bypasskanal 140 eingebracht werden, so dass beispielsweise das elektrische Feld 150 sich nicht über die gesamte Breite des Bypasskanals 120 erstreckt. Auf diese Weise kann mit geringeren Spannungen gearbeitet werden. Weiterhin ist es auch denkbar, andere Elektrodengeometrien zu verwenden, beispielsweise andere geometrische Formen der Elektroden 144, 146. Auch kann der Chipträger 126, welcher, wie oben beschrieben, auch metallisch sein kann, selbst mit als Elektrode genutzt werden.That in the 2 until 4 The exemplary embodiment of the hot-film air-mass meter 110 according to the invention that is described represents only one of several possibilities for realizing the principle according to the invention. The electrodes 144, 146 can be electrically contacted in a simple manner, for example by means of conductor tracks applied to the measuring housing 114, and can be connected to a corresponding voltage source. Alternatively, complete metallization of the walls of the bypass channel 120 is also possible, so that in this case the drift section 152 or the post-drift section 154 encompasses the entire bypass channel 120 . Furthermore, separate electrodes, separate from the cover part 138 and base part 148 , can also be introduced into the bypass channel 140 so that, for example, the electric field 150 does not extend over the entire width of the bypass channel 120 . In this way it is possible to work with lower voltages. Furthermore, it is also conceivable to use other electrode geometries, for example other geometric shapes of the electrodes 144, 146. The chip carrier 126, which, as described above, can also be metallic, can itself be used as an electrode.

Besonders bevorzugt ist es, wie oben beschrieben, wenn der erfindungsgemäße Heißfilmluftmassenmesser 110 nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine noch für eine bestimmte Nachlaufdauer weiter betrieben wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass über die Diffusionswege 132 zum Sensorchip 128 gelangende Ölnebel diesen im Stillstand der Verbrennungskraftmaschine kontaminieren können. Dadurch wird insbesondere gewährleistet, dass auch nach erneutem Anschalten der Verbrennungskraftmaschine der Heißfilmluftmassenmesser 110 nahezu unmittelbar wieder für entsprechende Messungen und somit zur Motorsteuerung zur Verfügung steht.As described above, it is particularly preferred if the hot-film air-mass meter 110 according to the invention continues to be operated for a specific run-on time after the internal combustion engine has been switched off. This prevents oil mist reaching the sensor chip 128 via the diffusion paths 132 from being able to contaminate it when the internal combustion engine is at a standstill. This ensures, in particular, that even after the internal combustion engine is switched on again, the hot-film air-mass meter 110 is again available almost immediately for corresponding measurements and thus for engine control.

Claims (8)

Heißfilmluftmassenmesser (110) zur Messung eines Luftmassenstroms, insbesondere im Ansaugtrakt (112) einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Heißfilmluftmassenmesser (110) eine vom Luftmassenstrom überströmbare Sensoroberfläche (130) aufweist, wobei der Heißfilmluftmassenmesser (110) eine Felderzeugungsvorrichtung (118) aufweist, welche ausgestaltet ist, um ein zumindest teilweise homogenes elektrisches Feld (150) durch den Luftmassenstrom zu erzeugen, und die Felderzeugungsvorrichtung (118) einen Kondensator aufweist, insbesondere einen Plattenkondensator (116), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (144, 146) des Kondensators zumindest näherungsweise flächengleich sind und derart ausgestaltet sind, dass der Luftmassenstrom bereits eine Driftstecke (152) durch das elektrische Feld (150) zurückgelegt hat, bevor er die Sensoroberfläche (130) erreicht, und dass das elektrische Feld (150) um eine Nachdriftstrecke (154) hinter der Sensoroberfläche (130) verlängert ist.Hot-film air-mass meter (110) for measuring an air-mass flow, in particular in the intake tract (112) of an internal combustion engine, the hot-film air-mass meter (110) having a sensor surface (130) over which the air-mass flow can flow, the hot-film air-mass meter (110) having a field-generating device (118), which is configured , in order to generate an at least partially homogeneous electric field (150) through the air mass flow, and the field generating device (118) has a capacitor, in particular a plate capacitor (116), characterized in that the electrodes (144, 146) of the capacitor have at least approximately the same area and are designed in such a way that the air mass flow has already covered a drift distance (152) through the electric field (150) before it reaches the sensor surface (130), and that the electric field (150) has a post-drift distance (154) behind the Sensor surface (130) is extended. Heißfilmluftmassenmesser (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch mindestens einen Strömungskanal, insbesondere einen Bypasskanal (120), wobei die Elektroden (144, 146) eine in den Strömungskanal eingebrachte Metallschicht und/oder eine auf Wände des Strömungskanals aufgebrachte Metallisierung und/oder einen metallischen Bestandteil des Strömungskanals, insbesondere einen metallischen Bestandteil eines Deckelteils (138) und/oder eines Bodenteils (148) des Strömungskanals, umfassen.Hot-film air-mass meter (110) according to the preceding claim, characterized by at least one flow channel, in particular a bypass channel (120), the electrodes (144, 146) being a metal layer introduced into the flow channel and/or a metallization applied to the walls of the flow channel and/or a metallic component of the flow channel, in particular a metallic component of a cover part (138) and/or a base part (148) of the flow channel. Heißfilmluftmassenmesser (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom mit einer Hauptströmungsrichtung (134) strömt, wobei das elektrische Feld (150) den Luftmassenstrom im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (134) durchdringt.Hot-film air-mass meter (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the air-mass flow flows in a main flow direction (134), the electric field (150) penetrating the air-mass flow essentially perpendicularly to the main flow direction (134). Heißfilmluftmassenmesser (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld (150) im eingebauten Zustand des Heißfilmluftmassenmessers (110) im Wesentlichen horizontal verläuft.Hot-film air-mass meter (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the electric field (150) runs essentially horizontally when the hot-film air-mass meter (110) is installed. Heißfilmluftmassenmesser (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld (150) derart ausgestaltet ist, dass der Luftmassenstrom vor Erreichen der Sensoroberfläche (130) eine Driftstrecke (152) von mindestens 1 mm, insbesondere von mindestens 3 mm und besonders bevorzugt von mindestens 5 mm im elektrischen Feld (150) zurücklegt.Hot-film air-mass meter (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the electric field (150) is designed in such a way that the air-mass flow has a drift distance (152) of at least 1 mm, in particular of at least 3 mm and particularly preferably of at least 5 mm in the electric field (150). Heißfilmluftmassenmesser (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens teilweise homogene elektrische Feld (150) zumindest in einem Teilbereich eine Feldstärke in einem Bereich von 1 kV/m bis 5 MV/m, insbesondere 10 kV/m bis 2,5 MV/m und besonders bevorzugt bei näherungsweise 0,4 MV/m aufweist.Hot-film air-mass meter (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least partially homogeneous electric field (150) has a field strength in a range from 1 kV/m to 5 MV/m, in particular 10 kV/m to 2 .5 MV/m and most preferably at approximately 0.4 MV/m. Verfahren zur Messung eines Luftmassenstroms einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine, unter Verwendung eines Heißfilmluftmassenmesser (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felderzeugungsvorrichtung (118) nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine für eine vorgegebene Nachlaufdauer ein elektrisches Feld (150) erzeugt.Method for measuring an air mass flow of an internal combustion engine, in particular in the intake tract of the internal combustion engine, using a hot-film air mass meter (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the field generating device (118) generates an electric field (150) for a predetermined after-run period after the internal combustion engine has been switched off generated. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachlaufdauer zwischen 3 sec und 10 min, insbesondere zwischen 5 sec und 5 min und besonders bevorzugt zwischen 10 sec und 3 min beträgt.Method according to the preceding claim, characterized in that the run-on time is between 3 seconds and 10 minutes, in particular between 5 seconds and 5 minutes and particularly preferably between 10 seconds and 3 minutes.
DE102005057575.7A 2005-12-02 2005-12-02 Air mass meter with electrical oil separation and method for measuring an air mass flow of an internal combustion engine using such an air mass meter Expired - Fee Related DE102005057575B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005057575.7A DE102005057575B4 (en) 2005-12-02 2005-12-02 Air mass meter with electrical oil separation and method for measuring an air mass flow of an internal combustion engine using such an air mass meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005057575.7A DE102005057575B4 (en) 2005-12-02 2005-12-02 Air mass meter with electrical oil separation and method for measuring an air mass flow of an internal combustion engine using such an air mass meter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102005057575A1 DE102005057575A1 (en) 2007-06-06
DE102005057575B4 true DE102005057575B4 (en) 2022-10-20

Family

ID=38047588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005057575.7A Expired - Fee Related DE102005057575B4 (en) 2005-12-02 2005-12-02 Air mass meter with electrical oil separation and method for measuring an air mass flow of an internal combustion engine using such an air mass meter

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005057575B4 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008042166A1 (en) * 2008-09-17 2010-03-18 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for determining a parameter of a fluid medium
DE102010020264A1 (en) 2010-05-28 2011-12-01 Continental Automotive Gmbh Air flow sensor
DE102013212162A1 (en) 2013-06-26 2014-12-31 Robert Bosch Gmbh Sensor device for detecting at least one property of a fluid flowing in a channel
DE102015206708A1 (en) 2015-04-15 2016-10-20 Robert Bosch Gmbh Sensor for determining at least one parameter of a fluid flowing through a measuring channel

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2445004A1 (en) 1974-09-20 1976-04-01 Bosch Gmbh Robert Measurement of dust content in moving gases - involves monitoring current discharge through corona discharge electrodes
DE3801262A1 (en) 1988-01-19 1989-07-27 Pierburg Gmbh Method and device for protecting measuring elements arranged in gas streams against soiling
DE4022207A1 (en) 1990-07-12 1992-01-16 Bosch Gmbh Robert Burning-off circuit removing deposits from measuring resistor - has adjusting transistor directly connected to positive pole of operating voltage allowing full battery voltage to be used
DE19536705A1 (en) 1995-09-30 1997-04-03 Guenther Prof Dr Ing Hauser Method for measuring particles in gas flow e.g. vehicle exhaust
DE19601791A1 (en) 1996-01-19 1997-07-24 Bosch Gmbh Robert Membrane-type sensor especially mass flow sensor
DE10111840C2 (en) 2001-03-13 2003-06-05 Bosch Gmbh Robert Process for avoiding contamination on a sensor chip and use of an additional heater on a sensor chip
DE10253691A1 (en) 2001-11-19 2003-06-26 Denso Corp Device for measuring the flow rate

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2445004A1 (en) 1974-09-20 1976-04-01 Bosch Gmbh Robert Measurement of dust content in moving gases - involves monitoring current discharge through corona discharge electrodes
DE3801262A1 (en) 1988-01-19 1989-07-27 Pierburg Gmbh Method and device for protecting measuring elements arranged in gas streams against soiling
DE4022207A1 (en) 1990-07-12 1992-01-16 Bosch Gmbh Robert Burning-off circuit removing deposits from measuring resistor - has adjusting transistor directly connected to positive pole of operating voltage allowing full battery voltage to be used
DE19536705A1 (en) 1995-09-30 1997-04-03 Guenther Prof Dr Ing Hauser Method for measuring particles in gas flow e.g. vehicle exhaust
DE19601791A1 (en) 1996-01-19 1997-07-24 Bosch Gmbh Robert Membrane-type sensor especially mass flow sensor
DE10111840C2 (en) 2001-03-13 2003-06-05 Bosch Gmbh Robert Process for avoiding contamination on a sensor chip and use of an additional heater on a sensor chip
DE10253691A1 (en) 2001-11-19 2003-06-26 Denso Corp Device for measuring the flow rate

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005057575A1 (en) 2007-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2577237B1 (en) Air flowmeter
DE102008001982B4 (en) air flow measuring device
EP3230697B1 (en) Sensor for determining at least one parameter of a fluid medium flowing through a measurement channel
DE10020539A1 (en) Measuring arrangement and method for determining soot concentrations
DE102013212162A1 (en) Sensor device for detecting at least one property of a fluid flowing in a channel
DE102015225358A1 (en) Air flow sensor
DE102013215522A1 (en) Sensor device for determining at least one parameter of a fluid flowing through a channel
DE102019106515A1 (en) particle detector
DE102005057575B4 (en) Air mass meter with electrical oil separation and method for measuring an air mass flow of an internal combustion engine using such an air mass meter
AT501993B1 (en) Fluid e.g. gas, flow velocity measuring device for aircraft, has sensor electrode whose projection surface is smaller in adjacent cross section surface of fluid flow so that flow is measured over electrode, and velocity value is calculated
EP1899706B1 (en) Device and method for measuring exhaust gas with charged particles
DE112012004149T5 (en) Humidity measuring device
WO2008098820A1 (en) Air mass flow meter with parylene ht coating
DE112019006650T9 (en) air flow measuring device
DE102012219290A1 (en) Method for operating an air mass meter
DE102009031281A1 (en) Device for detecting a position of a measured object with an enlarged measuring range
DE102005057574A1 (en) Hot-film air mass sensor for measuring air mass flow, has sensor surface, and gradient field producing device that is formed to produce electric field with field gradient, where electric field partially penetrates air mass flow
DE102017215798A1 (en) Particle sensor with deflecting element
WO2018019759A1 (en) Particle sensor with a protection element against soiling
DE102019220425A1 (en) Sensor for determining at least one parameter of a fluid medium flowing through a measuring channel
DE102006034075B4 (en) Method and device for the selective detection of conductive particles in gas streams
EP1754957B1 (en) Device for triboelectric mass flow measurement in fluid media
DE102015220855A1 (en) Sensor device for detecting at least one flow characteristic of a fluid medium
DE102014219541A1 (en) Air mass meter with a sensor element
DE102013220890A1 (en) soot sensor

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20120817

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee