DE3513759A1

DE3513759A1 - Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE3513759A1
Application number: DE19853513759
Authority: DE
Inventors: Ernst Lackinger; Hermann Dipl Chem Schmidtpott; Ingeborg Dipl Phys Dr Wagner
Original assignee: Bayer Diagnostic and Electronic GmbH
Current assignee: Bayer Diagnostic and Electronic GmbH
Priority date: 1985-04-17
Filing date: 1985-04-17
Publication date: 1986-10-23

Description

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

Claims

Sensorvorrichtung Patentansprüche 1. Sensorvorrichtung für Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein dem Abgas ausgesetzter Meßfühler und eine das MeB-fühlersignal auswertende Schaltungsanordnung an bzw. in einem einstückigen Einbauelement angeordnet ist, das an der Abgasanlage abnehmbar befestigt ist.
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler ein auf einer Trägerplatte angeordneter Festkörper-Meßfühler ist, und die Trägerplatte im Einbauelement so befestigt ist, daß der Meßfühler dem Abgas ausgesetzt ist.
3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen, den Abgasen nicht ausgesetzten Seite der Trägerplatte ein identischer Meßfehler angeordnet ist, der mit einem Referenzgas in Verbindung steht.
4. Sensorvorrichtung nach Ansnruch 3, dadurch qekennzeichnet, daß das Referenzqas Außenluft ist.
5. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte in das Einbauelement eingeschraubt ist.
6. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Meßfühler ein abgasdurchlässiger Schutzkorb vorgesehen ist.
7. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Schaltungsanordnung aufnehmende Kammer gegenüber den mit der Abgasanlage und den Abgasen in Berührung stehenden Teilen des Einbauelements wärmemäßig isoliert ist.
8. Sensorvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaltung aufnehmende Kammer ein Keramikteil ist.
9. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement in einen Flansch der Abgasanlage einschraubbar ist.
10. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement einem in den äußeren Dimensionen zündkerzenartigen Aufbau ähnelt.
11. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die das Meßfühlersignal auswertende Schaltungsanordnung in Hybridtechnik aufgebaut ist.