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DE102023100836B3 - Air filter arrangement and method for determining the load of an air filter - Google Patents

Air filter arrangement and method for determining the load of an air filter Download PDF

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DE102023100836B3 DE102023100836.6A DE102023100836A DE102023100836B3 DE 102023100836 B3 DE102023100836 B3 DE 102023100836B3 DE 102023100836 A DE102023100836 A DE 102023100836A DE 102023100836 B3 DE102023100836 B3 DE 102023100836B3
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temperature sensor
air filter
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Rolf-Thorsten Striebich
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Mann and Hummel GmbH
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Mann and Hummel GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (30) zur Bestimmung des Beladungszustands eines Filterelements (16) eines Luftfilters (12). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Luftfilteranordnung (10), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens (30). Zur Bestimmung des Beladungszustands wird durch eine Steuerung (28) eine Temperaturdifferenz (ΔT) bestimmt, die durch Temperatursensoren (20, 22) vor und nach dem Filterelement (16) gemessen wird. Aus der Temperaturdifferenz (ΔT) bestimmt die Steuerung (28) eine Druckdifferenz (ΔP) und/oder die Beladung des Filterelements (16). Vorzugsweise ist einer der Temperatursensoren (20, 22) als Luftmassensensor ausgebildet.The invention relates to a method (30) for determining the loading status of a filter element (16) of an air filter (12). The invention further relates to an air filter arrangement (10), in particular for carrying out the method (30). To determine the loading state, a temperature difference (ΔT) is determined by a controller (28), which is measured by temperature sensors (20, 22) before and after the filter element (16). From the temperature difference (ΔT), the controller (28) determines a pressure difference (ΔP) and/or the loading of the filter element (16). Preferably, one of the temperature sensors (20, 22) is designed as an air mass sensor.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Filterelements eines Luftfilters. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Luftfilteranordnung, bei der die Beladung eines Filterelements bestimmbar ist.The invention relates to a method for determining the load of a filter element of an air filter. The invention further relates to an air filter arrangement in which the loading of a filter element can be determined.

Stand der TechnikState of the art

Es ist der Anmelderin bekannt, die Beladung eines Filterelements eines Luftfilters zu bestimmen, indem der Differenzdruck am Filterelement gemessen und aus dem Differenzdruck mittels einer Tabelle und/oder einer Formel auf die Beladung des Filterelements geschlossen wird. Allerdings sind die hierzu verwendeten Drucksensoren regelmäßig empfindlich gegenüber Störungen, konstruktiv aufwändig und kostenintensiv.It is known to the applicant to determine the loading of a filter element of an air filter by measuring the differential pressure on the filter element and deducing the loading of the filter element from the differential pressure using a table and/or a formula. However, the pressure sensors used for this purpose are often sensitive to interference, are structurally complex and cost-intensive.

Aus DE 10 2018 209 079 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter bekannt, bei dem die Russpartikelbeladung des Filters modelliert und durch Regeneration verringert wird. Dabei wird die Temperatur des Filters überwacht, um eine Regeneration zu erkennen. Wenn das Modell einen leeren Filter anzeigt, aber die Temperatur eine Regeneration zeigt, wird ein Modellfehler erkannt und der Betrieb der Maschine angepasst.Out of DE 10 2018 209 079 A1 a method for operating an internal combustion engine with a particle filter is known, in which the soot particle loading of the filter is modeled and reduced by regeneration. The temperature of the filter is monitored to detect regeneration. If the model shows an empty filter but the temperature shows regeneration, a model error is detected and the operation of the machine is adjusted.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Luftfilteranordnung bereitzustellen, die eine zuverlässige, kostengünstige und konstruktiv einfache Ermittlung der Beladung eines Filterelements ermöglichen.It is therefore the object of the invention to provide a method and an air filter arrangement which enable a reliable, cost-effective and structurally simple determination of the load on a filter element.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Luftfilteranordnung gemäß Anspruch 4 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.This object is achieved by a method according to claim 1 and an air filter arrangement according to claim 4. Preferred embodiments are specified in the respective subclaims and the description.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Filterelements vorgesehen. Dabei wird mit einem ersten Temperatursensor eine erste Temperatur vor dem Filterelement gemessen und eine zweite Temperatur mit einem zweiten Temperatursensor nach dem Filterelement gemessen, wobei sich die Angaben „vor“ und „nach“ auf die Durchströmungsrichtung des Filterelements beziehen. Anschließend wird die Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturen bestimmt. Aus dieser Temperaturdifferenz wird eine Druckdifferenz und aus der Druckdifferenz eine Beladung des Filterelements bestimmt oder aus der Temperaturdifferenz wird unmittelbar die Beladung des Filterelements bestimmt.According to the invention, a method for determining the loading of a filter element is provided. A first temperature is measured in front of the filter element with a first temperature sensor and a second temperature is measured with a second temperature sensor after the filter element, whereby the information “before” and “after” refers to the direction of flow through the filter element. The temperature difference between the temperatures is then determined. A pressure difference is determined from this temperature difference and a load on the filter element is determined from the pressure difference, or the load on the filter element is determined directly from the temperature difference.

Da Temperatursensoren sowohl konstruktiv signifikant einfacher als auch kostengünstiger ausgebildet werden können als vergleichbare Drucksensoren, verbessern das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Luftfilteranordnung den Stand der Technik signifikant.Since temperature sensors can be designed to be both significantly simpler and more cost-effective than comparable pressure sensors, the method according to the invention and the air filter arrangement according to the invention significantly improve the state of the art.

Das Ermitteln der Druckdifferenz und/oder der Beladung kann anhand einer Formel und/oder einer Tabelle (Lookup-Table) erfolgen. In der Tabelle können dabei mehreren Temperaturdifferenzen entsprechende Druckdifferenzen bzw. Beladungen zugeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel haben Messungen ergeben, dass eine Temperaturdifferenz von -1K einer Druckdifferenz von -80mbar entspricht.Determining the pressure difference and/or the load can be done using a formula and/or a table (lookup table). In the table, pressure differences or loads corresponding to several temperature differences can be assigned. In one exemplary embodiment, measurements have shown that a temperature difference of -1K corresponds to a pressure difference of -80mbar.

Um die Temperaturmessung vom Einfluss der Luftströmung weitestgehend unabhängig zu machen, kann/können der erste Temperatursensor und/oder der zweite Temperatursensor in einem geschlossenen ersten Behältnis bzw. einem geschlossenen zweiten Behältnis angeordnet sein.In order to make the temperature measurement largely independent of the influence of the air flow, the first temperature sensor and/or the second temperature sensor can be arranged in a closed first container or a closed second container.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Luftfilteranordnung mit einem Luftfilter, das ein Filterelement aufweist, einer Steuerung, einem ersten Temperatursensor und einem zweiten Temperatursensor. Die Temperatursensoren sind mit der Steuerung verbunden, sodass die Steuerung eine Temperaturdifferenz und aus der Temperaturdifferenz eine Druckdifferenz und/oder eine Beladung des Filterelements bestimmen kann.The object according to the invention is further achieved by an air filter arrangement with an air filter that has a filter element, a controller, a first temperature sensor and a second temperature sensor. The temperature sensors are connected to the controller so that the controller can determine a temperature difference and, from the temperature difference, a pressure difference and/or a load on the filter element.

Die Luftfilteranordnung ist vorzugsweise zur Durchführung eines zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet.The air filter arrangement is preferably designed to carry out a previously described method.

Zum Verfahren beschriebene Merkmale können sich auf die Luftfilteranordnung beziehen und umgekehrt.Features described for the method can relate to the air filter arrangement and vice versa.

Der erste Temperatursensor und/oder der zweite Temperatursensor kann/können in einem geschlossenen ersten Behältnis bzw. einem geschlossenen zweiten Behältnis ausgebildet sein.The first temperature sensor and/or the second temperature sensor can/can be formed in a closed first container or a closed second container.

Der Luftfilter kann ein Gehäuse aufweisen, in dem das Filterelement angeordnet ist, wobei der erste Temperatursensor und/oder der zweite Temperatursensor ebenfalls im Gehäuse angeordnet sein kann/können. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steuerung im Gehäuse angeordnet sein.The air filter can have a housing in which the filter element is arranged, wherein the first temperature sensor and/or the second temperature sensor can also be arranged in the housing. Alternatively or additionally, the control can be arranged in the housing.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist/sind der erste Temperatursensor und/oder der zweite Temperatursensor Teil eines Luftmassensensors. Luftmassensensoren sind, insbesondere in automobilen Anwendungen, oftmals ohnehin vorhanden, sodass nur ein einziger weiterer Temperatursensor vorgesehen werden muss, wodurch die Luftfilteranordnung besonders kostengünstig und nachhaltig ausgebildet werden kann.In a particularly preferred embodiment of the invention, the first temperature sensor and/or the second temperature sensor is/are part of an air mass sensor sensors. Air mass sensors are often present anyway, especially in automotive applications, so that only a single additional temperature sensor needs to be provided, whereby the air filter arrangement can be designed to be particularly cost-effective and sustainable.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, aus den Patentansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigen. Die zuvor genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können.Further features and advantages of the invention result from the following detailed description of exemplary embodiments of the invention, from the patent claims and from the figures in the drawing, which show details of the invention. The previously mentioned and further detailed features can be implemented individually or in groups in any practical combinations in variants of the invention. The features shown in the drawing are shown in such a way that the special features according to the invention can be made clearly visible.

In der Zeichnung zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung und eines Verfahrens zum Betrieb einer solchen Luftfilteranordnung;
  • 2 eine beispielhafte Messung an der Luftfilteranordnung gemäß 1.
Show in the drawing:
  • 1 a schematic view of an air filter arrangement according to the invention and a method for operating such an air filter arrangement;
  • 2 an exemplary measurement on the air filter arrangement according to 1 .

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Luftfilteranordnung 10 mit einem Luftfilter 12. Der Luftfilter 12 weist ein Gehäuse 14 auf, in dem ein Filterelement 16 angeordnet ist. In Durchströmungsrichtung 18 gesehen, ist vor dem Filterelement 16 ein erster Temperatursensor 20 und nach dem Filterelement 16 ein zweiter Temperatursensor 22 angeordnet. 1 shows an air filter arrangement 10 with an air filter 12. The air filter 12 has a housing 14 in which a filter element 16 is arranged. Viewed in the flow direction 18, a first temperature sensor 20 is arranged in front of the filter element 16 and a second temperature sensor 22 is arranged after the filter element 16.

Der erste Temperatursensor 20 befindet sich vorzugsweise in einem ersten Behältnis 24, der zweite Temperatursensor 22 befindet sich vorzugsweise in einem zweiten Behältnis 26, um Einflüsse der Luftströmung durch den Luftfilter 12 auf die Temperatursensoren 20, 22 zu minimieren.The first temperature sensor 20 is preferably located in a first container 24, the second temperature sensor 22 is preferably located in a second container 26 in order to minimize the influences of the air flow through the air filter 12 on the temperature sensors 20, 22.

Die von den Temperatursensoren 20, 22 gemessenen Temperaturen T1 und T2 werden an eine Steuerung 28 drahtlos und/oder drahtgebunden übermittelt.The temperatures T 1 and T 2 measured by the temperature sensors 20, 22 are transmitted to a controller 28 wirelessly and/or by wire.

Aus 1 ist weiterhin ein Verfahren 30 zur Ermittlung der Beladung des Filterelements 16 ersichtlich. Dabei wird aus den Temperaturen T1 und T2 eine Temperaturdifferenz ΔT bestimmt. In der Steuerung 28 ist eine Formel und/oder eine Tabelle hinterlegt, die dieser Temperaturdifferenz ΔT eine Druckdifferenz ΔP zuweist. Im vorliegenden Fall wurde ermittelt, dass eine Temperaturdifferenz von -1K einer Druckdifferenz von -80mbar entspricht. Aus der Druckdifferenz ΔP kann die Steuerung 28 über eine weitere Formel und/oder eine weitere Tabelle die Beladung des Filterelements 16 bestimmen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steuerung 28 über eine Formel und/oder einer Tabelle aus der Temperaturdifferenz ΔT direkt bzw. unmittelbar die Beladung des Filterelements 16 bestimmen.Out of 1 A method 30 for determining the load on the filter element 16 can also be seen. A temperature difference ΔT is determined from the temperatures T 1 and T 2 . A formula and/or a table is stored in the controller 28, which assigns a pressure difference ΔP to this temperature difference ΔT. In the present case it was determined that a temperature difference of -1K corresponds to a pressure difference of -80mbar. From the pressure difference ΔP, the controller 28 can determine the load of the filter element 16 using a further formula and/or a further table. Alternatively or additionally, the controller 28 can determine the loading of the filter element 16 directly or immediately using a formula and/or a table from the temperature difference ΔT.

2 zeigt ein Messdiagramm bzw. eine Ausgabe 32 der Steuerung 28 (siehe 1), aus der ein zeitlicher Verlauf der ersten Temperatur T1 und der zweiten Temperatur T2 ersichtlich ist. Zusätzlich ist der zeitliche Verlauf eines Volumenstroms Vs durch das Filterelement 16 (siehe 1) aufgetragen. Aus beispielhaft gewählten Zeiträumen t1 und t2 ist ersichtlich, dass sich der Differenzdruck ΔP mit der Temperaturdifferenz ΔT ändert. Dabei liegt im Zeitraum t1 ein hoher Differenzdruck ΔP an, wohingegen der Differenzdruck ΔP im Zeitraum t2 Null ist (siehe auch die Hinweispfeile in der Kurve der aufgetragenen Temperatur T2). 2 shows a measurement diagram or an output 32 of the controller 28 (see 1 ), from which a time course of the first temperature T 1 and the second temperature T 2 can be seen. In addition, the time course of a volume flow Vs through the filter element 16 (see 1 ) applied. From time periods t 1 and t 2 selected as examples, it can be seen that the differential pressure ΔP changes with the temperature difference ΔT. There is a high differential pressure ΔP in the period t 1 , whereas the differential pressure ΔP is zero in the period t 2 (see also the arrows in the curve of the plotted temperature T 2 ).

Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung zusammenfassend ein Verfahren 30 zur Bestimmung des Beladungszustands eines Filterelements 16 eines Luftfilters 12. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Luftfilteranordnung 10, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens 30. Zur Bestimmung des Beladungszustands wird durch eine Steuerung 28 eine Temperaturdifferenz ΔT bestimmt, die durch Temperatursensoren 20, 22 vor und nach dem Filterelement 16 gemessen wird. Aus der Temperaturdifferenz ΔT bestimmt die Steuerung 28 eine Druckdifferenz ΔP und/oder die Beladung des Filterelements 16. Vorzugsweise ist einer der Temperatursensoren 20, 22 als Luftmassensensor ausgebildet.Taking a synopsis of all the figures in the drawing, the invention relates to a method 30 for determining the loading state of a filter element 16 of an air filter 12. The invention further relates to an air filter arrangement 10, in particular for carrying out the method 30. The loading state is determined by a controller 28 a temperature difference ΔT is determined, which is measured by temperature sensors 20, 22 before and after the filter element 16. From the temperature difference ΔT, the controller 28 determines a pressure difference ΔP and/or the loading of the filter element 16. Preferably one of the temperature sensors 20, 22 is designed as an air mass sensor.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010
LuftfilteranordnungAir filter assembly
1212
LuftfilterAir filter
1414
GehäuseHousing
1616
FilterelementFilter element
1818
DurchströmungsrichtungFlow direction
2020
erster Temperatursensorfirst temperature sensor
2222
zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
2424
erstes Behältnisfirst container
2626
zweites Behältnissecond container
2828
Steuerungsteering
3030
VerfahrenProceedings
3232
Ausgabe der Steuerung 28 Controller output 28
T1T1
vom ersten Temperatursensor 20 gemessene TemperaturTemperature measured by the first temperature sensor 20
T2T2
vom zweiten Temperatursensor 22 gemessene Temperaturtemperature measured by the second temperature sensor 22
ΔTΔT
Temperaturdifferenz zwischen T1 und T2 bzw. über das Filterelement 16Temperature difference between T 1 and T 2 or across the filter element 16
VSVS
Volumenstrom durch das Filterelement 16Volume flow through the filter element 16
ΔPΔP
Druckdifferenz über das Filterelement 16Pressure difference across the filter element 16
t1t1
erster Zeitraum bei Differenzdruck ΔP ≠ 0first period at differential pressure ΔP ≠ 0
t2t2
zweiter Zeitraum bei Differenzdruck ΔP = 0second period at differential pressure ΔP = 0

Claims (5)

Verfahren (30) zur Bestimmung der Beladung eines Filterelements (16) eines Luftfilters (12) mit den Verfahrensschritten: A) Messung einer ersten Temperatur (T1) in Durchströmungsrichtung (18) des Filterelements (16) vor dem Filterelement (16) mit einem ersten Temperatursensor (20); B) Messung einer zweiten Temperatur (T2) in Durchströmungsrichtung (18) des Filterelements (16) nach dem Filterelement (16) mit einem zweiten Temperatursensor (22); C) Bestimmen einer Temperaturdifferenz (ΔT) aus der ersten Temperatur (T1) und der zweiten Temperatur (T2); D1) Ermitteln einer Druckdifferenz (ΔP) aus der Temperaturdifferenz (ΔT) und Ermitteln einer Beladung aus der Druckdifferenz (ΔP); oder D2) Ermitteln einer Beladung des Filterelements (16) aus der Temperaturdifferenz (ΔT), wobei die Messung der ersten Temperatur (T1) erfolgt, während sich der erste Temperatursensor (20) in einem geschlossenen ersten Behältnis (24) befindet; und/oder die Messung der zweiten Temperatur (T2) erfolgt, während sich der zweite Temperatursensor (22) in einem geschlossenen zweiten Behältnis (26) befindet.Method (30) for determining the loading of a filter element (16) of an air filter (12) with the method steps: A) measuring a first temperature (T 1 ) in the flow direction (18) of the filter element (16) in front of the filter element (16) with a first temperature sensor (20); B) measuring a second temperature (T 2 ) in the flow direction (18) of the filter element (16) downstream of the filter element (16) with a second temperature sensor (22); C) determining a temperature difference (ΔT) from the first temperature (T 1 ) and the second temperature (T 2 ); D1) Determining a pressure difference (ΔP) from the temperature difference (ΔT) and determining a load from the pressure difference (ΔP); or D2) determining a load on the filter element (16) from the temperature difference (ΔT), the measurement of the first temperature (T 1 ) taking place while the first temperature sensor (20) is in a closed first container (24); and/or the second temperature (T 2 ) is measured while the second temperature sensor (22) is in a closed second container (26). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ermitteln der Druckdifferenz (ΔP) und/oder der Beladung anhand einer Formel und/oder einer Tabelle erfolgt, in der verschiedenen Temperaturdifferenzen (ΔT) entsprechende Druckdifferenzen (ΔP) und/oder Beladungen zugeordnet sind.Procedure according to Claim 1 , in which the pressure difference (ΔP) and/or the load is determined using a formula and/or a table in which different temperature differences (ΔT) are assigned corresponding pressure differences (ΔP) and/or loads. Luftfilteranordnung (10), wobei die Luftfilteranordnung (10) Folgendes aufweist: einen Luftfilter (12) mit einem Filterelement (16); eine Steuerung (28); einen mit der Steuerung (28) verbundenen ersten Temperatursensor (20), der in Durchströmungsrichtung (18) des Filterelements (16) vor dem Filterelement (16) angeordnet ist; einen mit der Steuerung (28) verbundenen zweiten Temperatursensor (22), der in Durchströmungsrichtung (18) des Filterelements (16) nach dem Filterelement (16) angeordnet ist; wobei die Steuerung (28) dazu ausgebildet ist, eine Temperaturdifferenz (ΔT) aus den Temperaturmessungen des ersten Temperatursensors (20) und des zweiten Temperatursensors (22) zu bestimmen; und die Steuerung (28) weiterhin dazu ausgebildet ist, aus der Temperaturdifferenz (ΔT) eine Druckdifferenz (ΔP) und/oder eine Beladung des Filterelements (16) zu bestimmen; wobei der erste Temperatursensor (20) in einem geschlossenen ersten Behältnis (24) angeordnet ist; und/oder der zweite Temperatursensor (22) in einem geschlossenen zweiten Behältnis (26) angeordnet ist.Air filter assembly (10), the air filter assembly (10) comprising: an air filter (12) with a filter element (16); a controller (28); a first temperature sensor (20) connected to the controller (28) and arranged in front of the filter element (16) in the flow direction (18) of the filter element (16); a second temperature sensor (22) connected to the controller (28) and arranged downstream of the filter element (16) in the flow direction (18) of the filter element (16); wherein the controller (28) is designed to determine a temperature difference (ΔT) from the temperature measurements of the first temperature sensor (20) and the second temperature sensor (22); and the controller (28) is further designed to determine a pressure difference (ΔP) and/or a load of the filter element (16) from the temperature difference (ΔT); wherein the first temperature sensor (20) is arranged in a closed first container (24); and/or the second temperature sensor (22) is arranged in a closed second container (26). Luftfilteranordnung nach Anspruch 3, bei der der Luftfilter (12) ein Gehäuse (14) aufweist, in dem das Filterelement (16) angeordnet ist, wobei der erste Temperatursensor (20) und/oder der zweite Temperatursensor (22) ebenfalls im Gehäuse (14) angeordnet ist/sind.Air filter arrangement Claim 3 , in which the air filter (12) has a housing (14) in which the filter element (16) is arranged, the first temperature sensor (20) and / or the second temperature sensor (22) also being arranged in the housing (14) / are. Luftfilteranordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem der erste Temperatursensor (20) und/oder der zweite Temperatursensor (22) Teil eines Luftmassensensors ist/sind.Air filter arrangement according to one of the Claims 3 or 4 , in which the first temperature sensor (20) and / or the second temperature sensor (22) is / are part of an air mass sensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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