Kombisensor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kombisensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Verbrennungsmotor.

Stand der Technik

Verbrennungsmotoren, insbesondere Hubkolbenverbrennungsmotoren, werden im Betrieb von einer Steuerungseinheit optimiert, um beispielsweise den

Kraftstoffverbrauch zu verringern oder die Abgaswerte zu verbessern. Die Steuerungseinheit benötigt hierfür verschiedene Parameter, die von

unterschiedlichen Sensoren erfasst werden. Beispielsweise werden von den Sensoren die Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Motorlast erfasst, um die Zündung und die Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsraum zu optimieren. Die Verbrennungsluft wird dem Verbrennungsmotor im Allgemeinen durch ein Saugrohr zugeführt. An dem Saugrohr sind deshalb im Allgemeinen ein Sensor zur Erfassung des Druckes der Ansaugluft, ein Sensor zur Erfassung eines Drehwinkels einer Drosselklappe in dem Saugrohr und ein Sensor zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft angeordnet. Die verschiedenen Sensoren sind dabei jeweils einzeln mittels eines Kabels mit der

Steuerungseinheit des Verbrennungsmotors verbunden. In dem Kabel sind jeweils Spannungsversorgungsleitungen und Signalübertragungsleitungen für den entsprechenden Sensor angeordnet.

Die EP 1 676 990 A1 zeigt einen Sensor für einen Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse, einen Sensor zur Erfassung eines Druckes der Ansaugluft, einen Sensor zur Erfassung eines Drehwinkels einer Drosselklappe und einen Sensor zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft. Dabei ist der Sensor zur Erfassung der Temperatur in Strömungsrichtung der Ansaugluft Drosselklappe in dem Ansaugrohr angeordnet.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäßer Kombisensor für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, ein Rohr zum Durchleiten von Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor, einen Sensor zur Erfassung eines

Druckes der Verbrennungsluft in dem Rohr, wobei durch einen Verbindungskanal eine fluidleitende Verbindung von dem Rohr zu dem Sensor zur Erfassung des Druckes der Verbrennungsluft besteht, vorzugsweise einen Sensor zur

Erfassung einer Position einer Drosselvorrichtung in dem Rohr, vorzugsweise einen Sensor zur Erfassung einer Temperatur der Verbrennungsluft in dem Rohr, wobei der Kombisensor mit einem Ableitungskanal für den Verbindungskanal versehen ist und der Ableitungskanal in den Verbindungskanal und in das Rohr mündet. Ablagerungen an gasförmigen, flüssigen oder festen Stoffen in dem Verbindungskanal können damit aus dem Verbindungskanal durch den

Ableitungskanal in das Rohr abgeleitet werden, so dass sich im dem

Verbindungskanal im Wesentlichen keine Ablagerungen bilden. Ablagerungen in dem Verbindungskanal sind zu vermeiden, weil diese die Messung des Druckes der Verbrennungsluft mit dem Sensor zur Erfassung des Druckes

beeinträchtigen, stören oder verfälschen können.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Verbindungskanal im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und/oder der Sensor zur Erfassung des Druckes der Verbrennungsluft ist in dem Verbindungskanal, insbesondere im Bereich des Endes des Verbindungskanales, angeordnet.

In einer Variante mündet der Ableitungskanal im Bereich des Endes des

Verbindungskanales in den Verbindungskanal und/oder der Ableitungskanal mündet unterhalb des Verbindungskanales mündet in das Rohr. Die Mündung des Ableitungskanales in das Rohr ist unterhalb der Mündung des

Verbindungskanales in das Rohr angeordnet, so dass aus dem Ableitungskanal austretende feste oder flüssige Stoffe nicht in den Verbindungskanal gelangen können.

Vorzugsweise weist der Ableitungskanal ein Gefälle von einer Mündung in den Verbindungskanal zu einer Mündung in das Rohr auf. Damit können durch den

Ableitungskanal feste, flüssige oder auch gasförmige Stoffe in das Rohr abgeleitet werden.

Insbesondere ist der Sensor zur Erfassung der Temperatur der Verbrennungsluft in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach der Drosselvorrichtung in dem Rohr angeordnet und/oder der Sensor zur Erfassung des Druckes und/oder der Sensor zur Erfassung der Position der Drosselvorrichtung und/oder der Sensor zur Erfassung der Temperatur sind in das Gehäuse integriert. Die Sensoren sind damit in dem Gehäuse des Kombisensors integriert, so dass mit der Montage des Gehäuses des Kombisensors an einem Saugrohr oder einem

Drosselklappengehäuse die Sensoren zur Erfassung der Parameter des Druckes und/oder der Position und/oder der Temperatur an dem Saugrohr vorhanden sind. Damit kann bei der Herstellung eines Verbrennungsmotors

Montageaufwand vermieden werden, weil mit der Montage des Kombisensors die Sensoren befestigt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung sind der Sensor zur Erfassung des Druckes und/oder der Sensor zur Erfassung der Position der Drosselvorrichtung und/oder der Sensor zur Erfassung der Temperatur wenigstens teilweise von dem

Gehäuse umschlossen.

In einer weiteren Ausgestaltung besteht das Gehäuse wenigstens teilweise aus Metall und/oder aus Kunststoff.

In einer ergänzenden Ausführungsform ist das Gehäuse ein- oder mehrteilig.

In einer Variante dient ein Messstutzen in dem Rohr zur Erfassung der

Temperatur. Insbesondere ist der Messstutzen Bestandteil des Gehäuses. Bei der Montage des Kombisensors an dem Saugrohr wird auch der Messstutzen als Bestandteil des Gehäuses in den Innenraum des Saugrohres eingeführt zur Erfassung der Temperatur und des Druckes an der notwendigen Position bzw. Stelle innerhalb des Saugrohres.

Zweckmäßig ist an dem Messstutzen oder im Bereich des Messstutzens der Sensor zur Erfassung der Temperatur angeordnet.

Insbesondere ist das Rohr ein Saugrohr.

In einer weiteren Ausgestaltung ist von dem Sensor zur Erfassung der Position der Drosselvorrichtung die Position berührend bezüglich der Drosselvorrichtung und/oder einer Komponente, z. B. Welle, der Drosselvorrichtung, erfassbar oder ist berührungsfrei bezüglich der Drosselvorrichtung und/oder einer Komponente, z. B. Welle, der Drosselvorrichtung erfassbar.

Bei einer berührenden Erfassung der Position der Drosselvorrichtung bezüglich der Drosselvorrichtung und/oder einer Komponente, z. B. Welle, der

Drosselvorrichtung kann die Position beispielsweise mittels eines Potentiometers erfassbar sein. Bei einer berührungsfreien Erfassung der Position der

Drosselvorrichtung bezüglich der Drosselvorrichtung und/oder einer

Komponente, z. B. Welle, der Drosselvorrichtung kann die Position

beispielsweise mittels eines Hallsensors erfassbar sein.

In eine weiteren Ausgestaltung ist die Position der Drosselvorrichtung durch zwei redundante Sensoren mittels zweier Potentiometerspulen oder berührungslos ausführbar.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der Sensor zur Erfassung der Position der Drosselvorrichtung ein Sensor eines EGAS.

In einer ergänzenden Variante sind Spannungsversorgungsleitungen und/oder Signalübertragungsleitungen sämtlicher Sensoren zu einem Kabelbaum oder Kabel zusammengefasst. In vorteilhafter Weise sind damit für die

unterschiedlichen Sensoren an dem Kombisensor nicht mehr verschiedene Kabel erforderlich, sondern diese sind alle sämtlich in einem Kabelbaum oder in einem Kabel zusammengefasst. In einer weiteren Variante sind die Spannungsversorgungsleitungen und/oder die Signalübertragungsleitungen sämtlicher Sensoren mittels nur eines Steckers mit einer Versorgungseinheit, insbesondere einer Steuerungseinheit und/oder einer Stromquelle des Verbrennungsmotors, verbindbar. Nach der Montage des Kombisensors an dem Saugrohr muss deshalb nur noch ein Stecker mit einem entsprechenden Gegenstecker verbunden werden, so dass sämtliche Sensoren des Kombisensors mit der Steuerungseinheit und der Stromquelle des

Verbrennungsmotors verbunden sind zur Signalübertragung und zur

Spannungsversorgung.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Drosselvorrichtung eine Drosselklappe und/oder es ist von dem Sensor zur Erfassung der Position der

Drosselvorrichtung ein Drehwinkel erfassbar.

Zweckmäßig ist das Rohr ein separates Bauteil oder das Rohr ist Bestandteil des Gehäuses.

Ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Kraftrad, umfasst einen in dieser Schutzrechtsanmeldung

beschriebenen Kombisensor.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst einen in dieser

Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Kombisensor und/oder einen in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verbrennungsmotor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter

Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Kombisensors an einem Saugrohr,

Fig. 2 einen Teilschnitt A-A gemäß Fig. 1 des Kombisensors und Fig. 2 eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges.

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Kombisensor 1 im Querschnitt an einem Rohr 10 dargestellt. Das als Saugrohr 1 1 ausgebildete Rohr 10 dient dazu, Luft bzw. Verbrennungsluft als Fluid durch das Saugrohr 1 1 zu einem Verbrennungsmotor 2 eines

Kraftfahrzeuges 3 zu leiten. Der Kombisensor 1 weist einen Sensor 5 zur Erfassung des Druckes der Verbrennungsluft, einen Sensor 6 zur Erfassung eines Drehwinkels einer als Drosselklappe 9 ausgebildeten Drosselvorrichtung 8 in dem Saugrohr 1 1 und einen Sensor 7 zur Erfassung der Temperatur der Verbrennungsluft auf. Sämtliche Sensoren 5, 6 und 7 sind an einem mehrteiligen Gehäuse 4 aus Kunststoff des Kombisensors 1 angeordnet bzw. in dieses integriert. An dem Saugrohr 1 1 ist ein als Drosselklappengehäuse 26

ausgebildetes Anschlusselement 21 vorhanden. An dem Anschlusselement 21 wird das Gehäuse 4 des Kombisensors 1 durch zwei als Schrauben 20 ausgebildete Befestigungsmittel 19 mechanisch befestigt. Das Gehäuse 4 umfasst unter anderem einen Deckel 29 und ein Rumpfgehäuse 30. Der Deckel 29 kann demontierbar oder nicht demontierbar am Rumpfgehäuse 30 befestigt sein. Die Verbindungsmittel zur Verbindung des Deckels 29 mit dem

Rumpfgehäuse 30 sind in Fig. 1 nicht dargestellt.

In das Rohr 10 als Ansaugrohr 1 1 mündet ein im Wesentlichen horizontal ausgerichteter Verbindungskanal 32 (Fig. 1 und 2). Im Bereich eines Endes 34 des Verbindungskanales 32 ist der Sensor 5 zur Erfassung des Druckes der Verbrennungsluft angeordnet. Der Verbindungkanal 32 stellt eine fluidleitende Verbindung zu dem Saugrohr 1 1 her, so dass in dem Verbindungskanal 32 im Wesentlichen der gleiche Luftdruck herrscht wie im Bereich der Mündung des Verbindungskanales 32 in das Saugrohr 1 1 . Damit wird von dem Sensor 5 der

Luftdruck der Verbrennungsluft in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach der Drosselklappe 9 in dem Saugrohr 1 1 erfasst, weil der Verbindungskanal 32 in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach der Drosselvorrichtung 8 in das Rohr 10 mündet. Der Verbindungskanal 32 weist eine beliebige Querschnittsform auf, z. B. kreisförmig oder rechteckförmig und 32 ist im Wesentlichen horizontal ausgerichtet, d. h. die Steigung oder das Gefälle des Verbindungskanales 32 beträgt weniger als 10%, 5%, 2% oder 1 %. In dem Verbindungskanal 32 können sich Ablagerungen an gasförmigen, flüssigen oder festen Stoffen bilden und/oder Wasser als Kondenswasser ansammeln, weil in der durch das Rohr 10 geleiteten Verbrennungsluft die Stoffe oder Feuchtigkeit enthalten sein können. Zur Vermeidung und Verhinderung derartiger Ansammlungen in dem

Verbindungskanal 32 mündet im Bereich des Endes 34 des Verbindungskanales 32 ein Ableitungskanal 33 in den Verbindungskanal 32. Eine Mündung 36 des Ableitungskanales 33 in den Verbindungskanal 32 ist im Bereich des Endes 34 des Verbindungskanales 32 angeordnet, d. h. die Mündung 36 ist in einer Distanz von weniger als 50%, 30% oder 10% der Länge des Verbindungskanales

32 zu dem Ende 34 entfernt. Der Ableitungskanal 33 weist ein Gefälle zwischen 1 % und 20%, vorzugsweise zwischen 2% und 10% von der Mündung 35 zu einer Mündung 35 in das Rohr 10 auf, so dass Flüssigkeiten, insbesondere

Kondenswasser, von der Mündung 35 in das Rohr 10 abgeleitet werden können. Damit kann sich in dem Verbindungskanal 32 im Wesentlichen kein

Kondenswasser ansammeln oder sich Ablagerungen an gasförmigen, flüssigen oder festen Stoffen bilden, weil diese durch den Ableitungskanal 33 in das Rohr 10 geleitet werden. Ferner entsteht in dem Verbindungskanal 32 und in dem Ableitungskanal 33 eine sehr schwache Luftströmung, um Gase aus dem

Verbindungskanal 32 ableiten zu können. Diese Luftströmung ist jedoch so gering, dass dadurch die Messung des Druckes mit dem Sensor 5 in dem Verbindungskanal 32 nicht verfälscht wird. Der Ableitungskanal 33 weist eine beliebige Querschnittsform, z. B. kreisförmig oder rechteckförmig, auf. Der Sensor 5 ist innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet bzw. in das Gehäuse 4 integriert, wobei in Fig. 2 das Gehäuse 4 sowie das Anschlusselement 21 nicht bzw. nur teilweise dargestellt sind. Das den Verbindungskanal 32 und den Ableitungskanal 33 begrenzende Material ist aus einem Bauteil hergestellt und vorzugsweise Bestandteil des Gehäuses 4, jedoch als ein ergänzendes Bauteil zu dem übrigen Gehäuse 4.

In Verlängerung des Gehäuses 4 ist an dem Verbindungskanal 32 außerdem ein Messstutzen 12 als Bestandteil des Gehäuses 4 vorhanden. Beim Befestigen des Verbindungskanales 32 und des Ableitungskanales 33 an dem Rohr 10 wird dabei der Messstutzen 12 in den Innenraum des Saugrohres 1 1 eingeführt. Der Sensor 7 zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft ist dabei am Ende des

Messstutzens 12 vorhanden, so dass dadurch die Temperatur der Ansaugluft im Wesentlichen in der Mitte des Strömungsraumes des Saugrohres 1 1 gemessen wird. Die Strömungsrichtung der Verbrennungsluft ist in Fig. 1 durch einen Pfeil 24 dargestellt. Die Temperatur der Luft in dem Saugrohr 1 1 wird damit in

Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach der Drosselklappe 9 gemessen. Der Messstutzen 12 dient damit zur Erfassung der Temperatur der

Verbrennungsluft in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach der

Drosselklappe 9.

Die Drosselklappe 9 ist an einer Welle 23 als Komponente 31 für die

Drosselklappe 9 befestigt. Aufgrund der Schnittbildung in Fig. 1 ist von der

Drosselklappe 9 lediglich ein kleinerer Querschnitt sichtbar, so dass die wesentliche größere Ausdehnung in Längsrichtung der Drosselklappe 9 senkrecht auf der Zeichenebene der Fig. 1 steht. Die Welle 23 für die

Drosselklappe 9 und damit auch die Drosselklappe 9 wird von einem elektrischen Stellmotor 22 bewegt. Es handelt sich damit um das Prinzip des EGAS.

Abweichend hiervon kann die Drosselklappe 9 auch mechanisch mittels eines Seilzuges durch einen Gashebel bewegt werden (nicht dargestellt).

Die Sensoren 5, 6 und 7 müssen mit elektrischem Strom versorgt werden. Ferner sind die von den Sensoren 5, 6 und 7 erfassten Daten analog oder digital zu einer Steuerungseinheit 18 des Verbrennungsmotors 2 zu übertragen. Sämtliche Spannungsversorgungsleitungen 15 sämtlicher Sensoren 5, 6 und 7 und sämtliche Signalübertragungsleitungen 16 sämtlicher Sensoren 5, 6 und 7 sind zu einem Kabelbaum 13 oder einem Kabel 14 zusammengefasst bzw. in diesem angeordnet, so dass dadurch in vorteilhafter Weise für den Kombisensor 1 nur ein Kabel 14 bzw. ein Kabelbaum 13 erforderlich ist. Am Ende des Kabels 14 bzw. des Kabelbaumes 13 ist nur ein Stecker 17 mit Kontaktelementen 25 vorhanden. Nach der Montage des Kombisensors 1 auf dem Anschlusselement 21 muss deshalb nur noch der Stecker 17 in einen entsprechenden und nicht dargestellten Gegenstecker eingesteckt werden, um sämtliche

Spannungsversorgungsleitungen 15 mit eine Stromquelle 28 als

Versorgungseinheit 27 zu verbinden und sämtliche Signalübertragungsleitungen 16 mit der Steuerungseinheit 18 als Versorgungseinheit 27 zu verbinden. Die verschiedenen Spannungsversorgungsleitungen 15 der Sensoren 5, 6 und 7 sind aus Vereinfachungsgründen in Fig. 1 nur durch eine

Spannungsversorgungsleitung 15 dargestellt. In gleicher weise sind die verschiedenen Signalübertragungsleitungen 16 der Sensoren 5, 6 und 7 in Fig. 1 nur durch eine Signalübertragungsleitung 16 vereinfachend und symbolisierend dargestellt bzw. abgebildet.

In Fig. 3 ist das Kraftfahrzeug 3 mit dem Verbrennungsmotor 2 und der

Stromquelle 28 und der Steuerungseinheit 18 als Versorgungseinheiten 27 dargestellt.

In einem zweiten, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sensor 7 zur Erfassung der Temperatur der Verbrennungsluft in dem Saugrohr 1 1 in

Strömungsrichtung der Verbrennungsluft vor der Drosselvorrichtung 8 ausgebildet, wobei der Messstutzen 12 nicht an dem Verbindungskanal 32 ausgebildet ist. Hierzu ist der Messstutzen 12 in Strömungsrichtung der

Verbrennungsluft vor der Drosselklappe 9 vorhanden. Mit dem Sensor 5 und dem Verbindungskanal 32 wird der Druck der Verbrennungsluft in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach der Drosselklappe 9 erfasst.

Die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt wird.

Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Kombisensor 1 wesentliche Vorteile verbunden. Der Ableitungskanal 33 leitet Ablagerungen aus dem Verbindungskanal 32 in das Rohr 10, so dass sich in dem

Verbindungskanal 32 im Wesentlichen keine Ablagerungen bilden, welche die Druckmessung mit dem Sensor 5 verfälschen könnten.