DE10002435A1 - Sensorvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit einer Trägerplatte (12), die in einem Gasstrom (10), insbesondere in einem Luftansaugstrom eines Verbrennungsmotors, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung (SR) anordenbar ist, und mit einem Sensor (11), der auf einer zur Strömungsrichtung (SR) im wesentlichen parallelen ersten Fläche (14) der Trägerplatten (12) vorgesehen ist. Um den Gasstrom (10) zu schützen, ist eine Abweisplatte (17) beabstandet zur ersten Fläche (14) und dieser gegenüberliegend angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit einer Trägerplatte, die in einem Gasstrom, insbesondere in einem Luftansaugstrom eines Verbrennungsmotors, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung anordenbar ist, und mit ei­ nem Sensor, der auf einer zur Strömungsrichtung parallelen ersten Fläche der Trägerplatte angeordnet ist.

STAND DER TECHNIK

Aus der DE 44 07 209 C2 ist eine Meßvorrichtung bekannt, die zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbe­ sondere der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, dient. Diese Meßvorrichtung ist plattenförmig ausgebildet und weist ein Meßelement auf, das beispielsweise als ein temperaturabhängiger Widerstand ausgeführt ist. Die Meß­ vorrichtung befindet sich in einer zylindrischen Ansaug­ leitung und ist so ausgerichtet, daß das Meßelement parallel zur Strömung der Ansaugluft ausgerichtet ist, damit es optimal angeströmt wird.

Bei der Luftmassenmessung von pulsierenden Strömungen in der Ansaugleitung ist es zur Minimierung des Fehlers der Luftmassenanzeige nötig, als Meßelement einen Sensor mit geringer thermischer Trägheit zu verwenden. Beispielsweise wird ein Heißfilmwiderstand, wie bei dem HFM5 von der Fir­ ma Robert Bosch GmbH, verwendet, der auf einem plattenför­ migen Substrat aufgebracht ist. Die Minimierung des Feh­ lers wird technisch dadurch erreicht, daß der Sensor ver­ kleinert wird.

Bei der Miniaturisierung des Sensors nimmt jedoch auch seine mechanische Festigkeit ab. Wenn die durch die An­ saugleitung strömende Ansaugluft nicht ausreichend genug gefiltert ist, kann es passieren, daß schnellfliegende Teilchen oder Partikel, wie zum Beispiel Staub oder der­ gleichen, aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft mit hoher kinetischer Energie auf den Sensor aufschlagen und diesen beschädigen können.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die Sensorvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Sen­ sor gegen mechanische Beschädigung gut geschützt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der Sensor durch eine ihm ge­ genüberliegend angeordnete Abweisplatte gegen schnell fliegende Teilchen oder Partikel abgeschirmt wird. Die An­ ordnung ist dabei so gewählt, daß durch die Abweisplatte verhindert wird, daß im Gasstrom mitgeführte Partikel, die eine transversal zur Strömungsrichtung des Gasstroms lie­ gende Geschwindigkeitskomponente aufweisen, auf den Sensor auftreffen können.

Nachdem in einem Gasstrom in der Regel sehr hohe longitu­ dinale Geschwindigkeitskomponenten von Partikeln bezüglich der Strömungsrichtung vorliegen, sind die transversalen Geschwindigkeitskomponenten der Partikel im allgemeinen klein, da die Partikel vom Gasstrom mitgerissen werden. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn die Abweisplatte strom­ aufwärts über die Trägerplatte hinaussteht. Dagegen ist es nicht zwingend notwendig, daß die Abweisplatte den Sensor vollständig überdeckt. Eine vollständige Überdeckung ist jedoch besonders bevorzugt, um zu verhindern, daß schnell fliegende Partikel mit einer großen transversalen Ge­ schwindigkeitskomponente, den Sensor treffen und beschädi­ gen können.

Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die Abweisplatte par­ allel zur Trägerplatte angeordnet ist. Dadurch wird neben der guten mechanischen Abschirmung des Sensors gegen Par­ tikel zusätzlich als weiterer Vorteil erreicht, daß ein deutlich höheres Meßsignal erhalten werden kann. Dies macht wiederum eine geringere Signalverstärkung notwendig, so daß die Auswerteelektronik einfacher und weniger emp­ findlich ausgelegt werden kann.

Ein besonders wirksamer Schutz des Sensors gegen schnell fliegende Partikel ist möglich, wenn der Sensor in einer Vertiefung der Trägerplatte angeordnet ist, wobei er vor­ teilhafter Weise mit der Oberfläche der Trägerplatte fluchtend abschließt. Dadurch wird auch eine Beschädigung des Sensors durch Partikel ausgeschlossen, die keine transversale Geschwindigkeitskomponente aufweisen.

Des weiteren weist eine Sensorvorrichtung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, daß der Sensor bereits durch eine Schneide, die durch das stromaufwärts gelegene Ende der ersten Fläche der Trägerplatte und die dazu benachbar­ te Stirnfläche gebildet ist, gut gegen mechanische Beschä­ digung geschützt wird.

Die mit der ersten Fläche fluchtend ausgebildete Schneide und die bis zu einer zweiten, von der ersten abgewandten Fläche der Trägerplatte hin stetig zurücktretende Stirn­ fläche haben gemeinsam zur Folge, daß die auf die Stirn­ fläche der Trägerplatte auftreffenden Partikel alle in Richtungen abprallen, die von der ersten, den Sensor tra­ genden Fläche der Trägerplatte weg führen. Besonders vor­ teilhaft ist es dabei, wenn die stromaufwärts gelegene Stirnfäche der Trägerplatte konvex gekrümmt oder abgerun­ det ist.

ZEICHNUNG

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvor­ richtung mit einer Abweisplatte,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvor­ richtung mit einer Trägerplatte, die an ihrem einen Ende eine Schneide aufweist,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, die sowohl eine Abweisplatte als auch eine Schneide aufweist.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen verse­ hen.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensor­ vorrichtung, die in einem Gasstrom 10 mit einer Strömungs­ richtung SR angeordnet ist. Bei dem dargestellten Gasstrom 10 handelt es sich beispielsweise um einen Ansaugluftstrom in einem Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors. In dem Gas­ strom 10 ist ein Sensor 11 auf einer Trägerplatte 12 ange­ ordnet. Die Trägerplatte 12 kann aus jedem geeigneten Ma­ terial bestehen. Beispielsweise ist die Trägerplatte für thermische Luftmassensensoren aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus einem Kunststoff hergestellt. Als Sensor 11 zur thermischen Luftmassenmessung wird ein temperaturabhängiger Widerstand eingesetzt.

Der Sensor 11 ist vorzugsweise in einer Vertiefung 13 in einer ersten Fläche 14 der Trägerplatte 12 angeordnet, wo­ bei er mit der Oberfläche der ersten Fläche 14 zweckmäßi­ ger Weise fluchtend abschließt. Die Trägerplatte 12 ist dabei so ausgerichtet, daß ihre erste Fläche 14 sowie ihre zweite Fläche 15, die der ersten Fläche 14 gegenüber liegt, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung SR des Gasstroms 10 verlaufen. Das stromaufwärts gelegene En­ de der Trägerplatte 12 bildet eine Stirnfäche 16, die kon­ vex nach außen gewölbt und abgerundet ausgebildet ist, wo­ bei der Scheitel der Wölbung so angeordnet ist, daß es sowohl einen ersten Schenkel gibt, der sich zur ersten Flä­ che 14 hin erstreckt, als auch einen zweiten Schenkel, der sich zur zweiten Fläche 15 hin erstreckt.

Der ersten Fläche 14 gegenüberliegend ist eine Abweisplat­ te 17 im Gasstrom 10 angeordnet. Die Abweisplatte 17 ist beispielsweise aus einem Kunststoff hergestellt. Obwohl die Abweisplatte 17 gegen die Strömungsrichtung des Gass­ troms 10 und die Trägerplatte 12 geringfügig geneigt sein kann, ist sie vorteilhafter Weise parallel zur Trägerplat­ te 12 ausgerichtet und in einem Abstand H von ihr angeord­ net. Der Abstand H ist dabei so gewählt, daß er zur Länge LT der Trägerplatte 12 von ihrer Stirnfläche 16 bis zu ih­ rem stromabwärtigen Ende in einem Verhältnis von 1 : 4 bis 1 : 7 steht.

Die Abweisplatte 17 steht stromaufwärts um eine Länge A über die Trägerplatte 12 vor. Die Länge A ist bevorzugt so gewählt, daß sie nicht kleiner als der Abstand H und nicht größer als das Doppelte diese Abstands H ist. Das Verhält­ nis einer Länge LA der Abweisplatte 17 in Strömungsrich­ tung SR zur Länge LT der Trägerplatte 12 ist bevorzugt so gewählt, daß es zwischen 0,4 und 1,2 liegt.

Vom Gasstrom 10, der eine hohe Geschwindigkeit aufweist, werden Teilchen oder Partikel 18 entlang einer ersten Flugbahn 19 mitgerissen. Die Partikel 18 weisen nicht nur eine longitudinale Geschwindigkeitskomponente entlang der Strömungsrichtung SR auf, sondern auch eine transversale Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Strömungsrichtung SR. Dadurch können diese Teilchen oder Partikel 18 auf im Gasstrom 10 liegende oder diesen seitlich begrenzende Flä­ chen mit relativ großer Wucht aufschlagen.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, treffen entlang der Flugbahn 19 oder entlang ähnlicher Flugbahnen fliegende erste Partikel 18 schräg auf die Abweisplatte 17 auf und prallen von dieser wieder ab. Die in der ersten Flugbahn 19 der ersten Partikel 18 liegende Abweisplatte 17 schützt somit den Sensor 11, da sie verhindert, daß die ersten Partikel 18 direkt auf den Sensor 11 aufschlagen. Dies hätte mit hoher Wahrscheinlichkeit Beschädigungen des Sensors 11 zur Folge. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Ab­ weisplatte 17 werden also Beschädigung des Sensors 11 durch schnell fliegende Teilchen oder Partikel 18 verhin­ dert und somit die Lebensdauer des Sensors 11 stark er­ höht.

Fig. 2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Sensorvorrich­ tung, bei der ein Sensor 11 in einem Gasstrom 10 vor Be­ schädigungen durch schnell fliegende Partikel 20 geschützt wird, die vom Gasstrom 10 auf einer Flugbahn 21 mitgeris­ sen werden. Die Sensorvorrichtung weist eine Trägerplatte 12 auf, die in gleicher Weise im Gasstrom 10 ausgerichtet ist, wie die in Fig. 1 gezeigte Trägerplatte 12. Die Trä­ gerplatte 12 weist einen Sensor 11 auf, der, wie im oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, in einer Vertie­ fung 13 in der ersten Fläche 14 der Trägerplatte 12 ange­ ordnet ist.

Das stromaufwärts liegende erste Ende der Trägerplatte 12 weist eine scharfe Schneide 22 auf, die von der ersten Fläche 14 der Trägerplatte 12 und der stromaufwärtsgelege­ nen Stirnfläche 16 gebildet wird. Die Schneide 22 ist also fluchtend mit der ersten Fläche 14 der Trägerplatte 12, die den Sensor 11 trägt, ausgebildet. Von dieser Schneide 22 ausgehend, tritt die Stirnfläche 16 der Trägerplatte 12 zur zweiten Fläche 15 der Trägerplatte 12 hin zurück. Die Stirnfläche 16 ist hierbei bevorzugt konvex abgerundet ausgebildet und verläuft von der Schneide 22 stetig bis zur zweiten Fläche 15.

Die Partikel 20, die auf der Flugbahn 21 vom Gasstrom 10 mitgerissen werden und die auf die zur zweiten Fläche 15 zurücktretende Stirnfläche 16 der Trägerplatte 12 auf­ schlagen, prallen von diesem ersten Ende 16 zwangsläufig in Richtung der zweiten Fläche 15 der Trägerplatte 12 ab. Sie werden dann vom Gasstrom 10 in Strömungsrichtung SR mitgerissen und auf der Seite der zweiten Fläche 15, die der den Sensor 11 tragenden ersten Fläche 14 abgewandt ist, an der Sensorvorrichtung vorbei geführt. Somit können diese zweiten Partikel 20 keinesfalls den Sensor 11 tref­ fen, selbst wenn sie eine zur Strömungsrichtung SR trans­ versale Geschwindigkeitskomponente aufweisen sollten.

Obwohl die Sensorvorrichtung nach Fig. 2 keine Ab­ weisplatte 17 aufweist, wird also der Sensor 11 wirksam gegen Beschädigungen durch schnellfliegende Partikel 23 geschützt. Ein besonderer Schutz vor Partikeln 23, die im wesentlichen nur eine zur Strömungsrichtung SR parallele Geschwindigkeitskomponente aufweisen und auf einer Flug­ bahn 24 vom Gasstrom 10 mitgerissen werden, ist nicht nö­ tig, da diese Partikel 23 an der ersten Fläche 14 der Trä­ gerplatte 12, die den Sensor 11 trägt, vorbei fliegen kön­ nen, ohne den Sensor 11 zu treffen. Derartige Flugbahnen 24 werden beispielsweise dadurch erreicht, daß die Sensor­ vorrichtung in kleinem Abstand zwischen ihrer ersten Flä­ che 14 und einer den Gasstrom 10 begrenzenden Fläche ange­ ordnet wird, wodurch ein enger Kanal gebildet wird. Da­ durch wird zwangsläufig erreicht, daß die dritten Partikel 23, die durch diesen engen Kanal gelangen, praktisch nur longitudinale Geschwindigkeitskomponenten aufweisen.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Sensorvorrichtung zum Schutz des Sensors 11 in einem Gasstrom 10 vor der Beschädigung durch schnell fliegende Teilchen oder Partikel 18, 20. Beim dritten Aus­ führungsbeispiel ist die Abweisplatte 17 des ersten Aus­ führungsbeispiels in Kombination mit der Schneide 22 und der konvex abgerundeten Stirnfläche 16 des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel vorgesehen. Das dritte Ausführungsbeispiel verbindet nicht nur die Vorteile des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels miteinander, sondern erschwert auch das Eindringen von Teilchen oder Partikel 18, deren trans­ versale Geschwindigkeitskomponente relativ groß ist, in den Kanal zwischen der Abweisplatte 17 und der Fläche 14, da der Einlaßbereich des Kanals auf seiten der Trägerplat­ te 12 von der Schneide 22 begrenzt wird, die ähnlich wie eine Blende wirkt.

Die Sensorvorrichtung ist insbesondere so aufgebaut, daß anstatt der Trägerplatte 12 des ersten Ausführungsbei­ spiels die Trägerplatte 12 des zweiten Ausführungsbei­ spiels mit der schärfen Schneide 22 verwendet wird. Anson­ sten ist der Aufbau mit dem ersten Ausführungsbeispiel gleich. Insbesondere wird eine Abweisplatte 17 verwendet, wie sie anhand von Fig. 1 beschrieben wurde.

Die oben genannten Angaben über Sensoren, das Material, aus dem die Trägerplatte 12 und die Abweisplatte 17 bestehen, die Form der Stirnfläche 16 der Trägerplatte 12 sowie die Verhältnisse zwischen Längen und Abständen sind keinesfalls beschränkend anzusehen, sondern lediglich als bevorzugte Ausführungsformen zu betrachten. Es ist genauso gut mög­ lich, andere als die angegebenen Sensoren, Materialien, Formen und Verhältnisse zu verwenden. Ebenso ist es mög­ lich, die Sensorvorrichtung in anderen Gasströmen anzuord­ nen.

Claims (11)

1. Sensorvorrichtung mit einer Trägerplatte (12), die in einem Gasstrom (10), insbesondere in einem Luftan­ saugstrom eines Verbrennungsmotors, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung (SR) anordenbar ist, und mit einem Sensor (11), der auf einer zur Strö­ mungsrichtung (SR) im wesentlichen parallelen ersten Fläche (14) der Trägerplatte (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abweisplatte (17) beabstandet zur ersten Fläche (14) und dieser gegenüberliegend angeordnet ist, um den Sensor (11) vor schnell fliegenden Parti­ keln (18, 20, 23) im Gasstrom (10) zu schützen.

2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abweisplatte (17) parallel zur er­ sten Fläche (14) der Trägerplatte (12) angeordnet ist.

3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abweisplatte (17) über eine stromaufwärts gelegene Stirnfläche (16) der Träger­ platte (12) um eine Länge (A) stromaufwärts über­ steht, die insbesondere ein- bis zweimal so groß ist wie ein Abstand (H) zwischen der ersten Fläche (14) der Trägerplatte (12) und der Abweisplatte (17).

4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstands (H) zwischen der ersten Fläche (14) der Trägerplatte (12) und der Abweisplatte (17) zur Länge (LT) der Träger­ platte (12) in Richtung der Strömungsrichtung (SR) des Gasstroms (10) einen Wert zwischen 1 : 4 und 1 : 7 aufweist.

5. Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge (LA) der Abweisplatte (17) in Richtung der Strömungsrichtung (SR) des Gasstroms (10) zur Länge (LT) der Trägerplatte (12) einen Wert zwischen 0,4 und 1,2 aufweist.

6. Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärts gelegene Ende der ersten Fläche (14) der Trägerplatte (12) mit der Stirnfläche (16) eine Schneide (22) bil­ det.

7. Sensorvorrichtung mit einer Trägerplatte (12), die in einem Gasstrom (10), insbesondere in einem Luftan­ saugstrom eines Verbrennungsmotors, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung (SR) anordenbar ist, und mit einem Sensor (11), der auf einer zur Strö­ mungsrichtung (SR) im wesentlichen parallelen ersten Fläche (14) der Trägerplatte (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärts gelegene Ende der ersten Fläche (14) der Trägerplatte (12) mit einer Stirnfläche (16) eine Schneide (22) bildet.

8. Sensorvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stirnfläche (16) der Träger­ platte (12) bis zu einer zweiten Fläche (15) der Trä­ gerplatte (12) hin, die an dieser von der ersten Flä­ che (14) abgewandt angeordnet ist, stetig zurück­ tritt.

9. Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts gelegene Stirnfäche (16) der Trägerplatte (12) konvex gekrümmt ist.

10. Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) in einer Vertiefung (13) in der ersten Fläche (14) der Trägerplatte (12) angeordnet ist.

11. Sensorvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sensor (11) fluchtend mit der Ober­ fläche der ersten Fläche (14) abschließt.