Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rekalibrierung eines Abgasmassenstromsensors mit einer ersten Sensoreinheit, die ein Heizelement und mindestens ein Temperaturmesselement aufweist, einer zweiten Sensoreinheit, die ein Temperaturmesselement aufweist und einer Steuereinheit, mittels derer ein gesteuertes Temperatursignal am Heizelement erzeugbar ist, wobei in der Steuereinheit ein erstes Kennfeld hinterlegt ist, in dem ein Abgasmassenstrom in Abhängigkeit einer Wärmeabfuhr des Heizelementes der ersten Sensoreinheit aufgetragen ist sowie ein Verfahren zur Rekalibrierung eines Abgasmassenstromsensors, bei dem vor dem Einbau des Abgasmassenstromsensors ein erstes Kennfeld erzeugt und in einer Steuereinheit hinterlegt wird, in dem ein Abgasmassenstrom in Abhängigkeit einer Wärmeabfuhr des Heizelementes der ersten Sensoreinheit aufgetragen wird.

Gasmassenstrommesser sind vor allem aus dem Bereich der Ansaugluftmassenmessung in Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Besonders gute Ergebnisse werden dabei mit Luftmassenmessern erzielt, weiche nach dem Prinzip der Heißfilmanemometrie arbeiten. Dies bedeutet, dass ein Heizelement des Sensors erhitzt wird, wobei durch Konvektion die erzeugte Wärme dieses Heizelementes auf das strömende Medium abgegeben wird. Die daraus resultierende Temperaturänderung des Heizelementes oder die zusätzliche Leistungsaufnahme zum Erhalt der Heizelementtemperatur bilden ein Maß für den vorhandenen Massenstrom. Modifizierte Massenstromsensoren werden in den letzten Jahren auch zur

Messung des Abgasmassenstroms genutzt, wie dies beispielsweise in der DE 10 2006 058 425 AI beschrieben wird. Diese Vorrichtung zur Bestimmung des Massenstroms weist zwei voneinander getrennte

5 Sensoreinheiten auf, wovon eine erste zur Massenstromberechnung durch Bestimmung einer Verlustleistung beziehungsweise einer Wärmeabfuhr dient und die zweite zur Temperaturbestimmung des Abgasstroms dient. Das Heizelement der ersten Sensoreinheit wird dann entweder auf eine Übertemperatur geregelt, die eine konstante Differenz

) zum Temperaturmesselement aufweist oder auf eine konstante Übertemperatur geregelt. Aus der hierzu notwendigen zusätzlichen Leistungsaufnahme kann auf den Abgasmassenstrom geschlossen werden. i Zur Verhinderung von Fehlmessungen aufgrund von Ablagerungen weisen die beiden Sensoreinheiten Heizelemente auf, mit denen die Verschmutzungen auf den Substraten abgebrannt werden können. Neben dem Problem der auftretenden Verschmutzung bei der Verwendung im Abgasstrang besteht das Problem, repräsentative Messergebnisse bei auftretenden Pulsationen und Turbulenzen zu erhalten, wie sie verstärkt im Abgasstrang auftreten. Hierzu wird in der DE 10 2006 058 425 AI vorgeschlagen, zwei Temperaturmesselemente hintereinander anzuordnen, wodurch eine Richtungserkennung aufgrund der vorhandenen Wärmestrahlung vom jeweils stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Bereich möglich wird, die in die Berechnung des Abgasmassenstroms mit einbezogen werden kann.

Trotz dieser Möglichkeiten der Ichtungs- beziehungsweise Pulsationserkennung und des Abbrennens von Ablagerungen ergeben sich jedoch im Betrieb wachsende Fehlmessungen. Als Ursache dieser Fehlmessungen wurde ein Sensorbelag auf der ersten Sensoreinheit mit dem Heizelement identifiziert, der nicht durch Abbrand zu entfernen ist, sondern gerade durch die erhöhten Temperaturen auf diesem Chip bei ungünstigen Betriebszuständen entsteht, wodurch sich beim Aufheizen anorganische Verbindungen auf der Oberfläche bilden.

Aus diesem Grund sind Verfahren zur RekaJibrierung des Abgasmassenstromsensors im Betrieb bekannt geworden. So wird in der WO 2007/075510 AI ein Verfahren zur Selbstkaiibrierung eines Sensors beschrieben, bei dem zunächst eine Leistungsaufnahme eines Heizelementes gemessen wird, um das Heizelement auf einer Übertemperatur zu einem Temperaturmesselement zu halten, anschließend eine Leistungsaufnahme des Heizelementes gemessen wird während keine Strömung vorliegt und daraufhin eine Differenz zwischen den beiden Leistungsaufnahmen errechnet wird. Daraus soll eine Berichtigung des Wärmeübergangskoeffizienten zur Bestimmung der Strömungsrate erfolgen. Allerdings wird hierbei lediglich ein Wärmeübergang durch Konvektion am Sensor beachtet. Auch wird eine nicht korrekte Temperaturdifferenzmessung durch unterschiedliche Belagbildung auf den Sensoreinheiten nicht beachtet.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Rekalibrierung eines Abgasmassenstromsensors zu schaffen, mit welchen eine korrekte Abgasmassenstrommessung durch die Eliminierung von Fehlern möglich wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Rekalibrierung eines Abgasmassenstromsensors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Rekalibrierung eines Abgasmassenstromsensors mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.

Dadurch, dass in der Steuereinheit ein zweites Kennfeld hinterlegt ist, in dem aus dem am Heizelement erzeugten und mittels des Temperaturmesselementes der ersten Sensoreinheit ermittelten Temperatursignal und einem durch das Heizelement am Temperaturmesselement zu messenden Temperatursignal ein Korrekturfaktor ermittelbar ist, mit dem die gemessene Wärmeabfuhr des Heizelementes in einen korrigierten Abgasmassenstrom umrechenbar ist, wird sowohl eine Änderung bezüglich der Konvektion als auch der Wärmestrahlung bei der Bestimmung berücksichtigt. Unterschiedliche Beläge schlagen sich in einer Änderung der gemessenen Absoluttemperaturen und Verzögerungen nieder, so dass bei vollständigem Kennfeld jedem erzeugten Temperatursignal und gemessenen Temperatursignal genau ein Zustand der Sensoreinheiten zugeordnet werden kann. Entsprechend wird für unterschiedliche Verschmutzungsgrade der Sensoreinheiten ein

Reaktionstemperaturverlauf am Temperaturmesselement der zweiten Sensoreinheit auf einen am Heizelement erzeugten und mittels des Temperaturmesselementes der ersten Sensoreinheit ermittelten Temperaturverlauf gemessen, wobei aus dem

Reaktionstemperaturverlauf ein Korrekturfaktor erzeugt und in der Steuereinheit als zweites Kennfeld hinterlegt wird, der dazu dient, im Betrieb den mit dem ersten Kennfeld berechneten Abgasmassenstrom zu korrigieren. Diese Rekalibrierung eignet sich weitgehend fehlerfreie Abgasmassenströme auch bei unterschiedlicher Belagbildung auf den Sensoreinheiten zu bestimmen.

Vorzugsweise ist auf der ersten und der zweiten Sensoreinheit ein Heizelement angeordnet, wodurch Rußablagerungen durch Freibrennen entfernt werden können. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine schnelle Messung zur Motorsteuerung erhalten bleibt, da bei zu dicken Schichten auf den Substraten eine zeitliche Verzögerung, die letztlich zum Ausfall des Sensors führen würde, verhindert wird. Entsprechend werden, um Fehler bei der Rekalibrierung zu vermeiden, vor der Rekalibrierung beide Sensoreinheiten mittels der Heizdrähte freigebrannt. In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der jeweils im Betrieb zu verwendende Korrekturfaktor in einem gesteuerten stationären Zustand eines Verbrennungsmotors durch Erzeugen des Temperaturverlaufs am Heizelement und Messen des Reaktionstemperaturverlaufs am Temperaturmesselement ermittelt. Durch die Messung in einem gesteuerten stationären Zustand werden Fehler durch Strömungsänderungen am Sensor bei der Rekalibrierung vermieden.

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn der gesteuerte Zustand der Zustand bei nicht gestartetem Verbrennungsmotor ist, so dass keine Strömung vorliegt und der Reaktionstemperaturverlauf ausschließlich von der Wärmeleitung, Strahlung und natürlichen Konvektion zwischen den Sensoreinheiten abhängig ist. So können sehr genaue Kennfelder zur Rekalibrierung erzeugt und im Betrieb genutzt werden.

Besonders bevorzugt wird ein Verfahren benutzt, bei dem für unterschiedliche Verschmutzungsgrade der beiden Sensoreinheiten zumindest zwei Reaktionstemperaturverläufe am

Temperaturmesselement der zweiten Sensoreinheit auf zumindest zwei am Heizelement erzeugte unterschiedliche Temperaturverläufe gemessen werden, wobei aus der Änderung der Reaktionstemperaturverläufe und dem Unterschied der Reaktionstemperaturverläufe ein Korrekturfaktor erzeugt und in der Steuereinheit als zweites Kennfeld hinterlegt wird, der dazu dient, im Betrieb den mit dem ersten Kennfeld berechneten Abgasmassenstrom zu korrigieren. So wird sichergestellt, dass auch eine völlig unterschiedliche Belagbildung auf beiden Sensoreinheiten detektiert wird, da zeitliche Verzögerungen und unterschiedliche Amplituden oder sogar Steigungen mit ausgewertet werden können, so dass die Korrektur des berechneten Abgasmassenstroms auch in Abhängigkeit dieser Belagbildung erfolgen kann. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn vor dem Einbau des Abgasmassenstromsensors das erste Kennfeld erzeugt und in der Steuereinheit hinterlegt wird, in dem der Abgasmassenstrom in

Abhängigkeit einer Wärmeabfuhr des Heizelementes der ersten Sensoreinheit und in Abhängigkeit des Korrekturfaktors aufgetragen wird und der Korrekturfaktor jeweils in Abhängigkeit des letzten gemessenen Reaktionstemperatursignals aus dem zweiten Kennfeld entnommen wird.

Es wird somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Rekalibrierung eines Abgasmassenstromsensors geschaffen, mit welchen über die gesamte Lebensdauer des Sensors eine von auftretenden Belägen unabhängige und somit korrekte Berechnung des Abgasmassenstroms ermöglicht wird, indem der Einfluss der Beläge der Sensoreinheiten zur Errechnung eines Korrekturfaktors durch Auswertung eines Reaktionstemperaturverlaufes bestimmt und eine immer neue Kalibrierung der ersten Sensoreinheit durchgeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Rekalibrierung eines Abgasmassenstromsensors ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend ebenso wie das erfindungsgemäße Verfahren zur Rekalibrierung beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Abgasmassenstromsensors in einem Kanal in schematischer Darstellung.

Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die erste Sensoreinheit des Abgasmassenstromsensors.

Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf die zweite Sensoreinheit des Abgasmassenstromsensors. Der in Figur 1 dargestellte Abgasmassenstromsensor ist in einem Kanal 10 angeordnet, der von Abgas durchströmt wird und durch Wände 12 begrenzt wird. In der Wand 12 ist eine senkrecht zu einer Kanalachse 14 verlaufende Öffnung 16 ausgebildet, durch die sich ein Gehäuse 18 des Abgasmassenstromsensors in den Kanal 10 erstreckt.

Aus dem Gehäuse 18 ragen eine erste Sensoreinheit 20 und eine zweite Sensoreinheit 22 in den Kanal 10, welche durch zumeist mehrschichtige Keramiksubstrate 24, 26 gebildet werden, auf denen in bekannter Weise Platin-Dünnfilmwiderstände und Leiterbahnen 28 angeordnet sind.

Die Sensoreinheiten 20, 22 sind dabei üblicherweise parallel zueinander in Hauptströmungsrichtung des Abgases hintereinander liegend angeordnet, wobei die Haupterstreckungsrichtung jeder Sensoreinheit 20, 22 ebenfalls parallel zur Hauptströmungsrichtung im Kanal 10 liegt. Durch die Parallelität der Verbindungslinie der Sensoreinheiten 20, 22 zur Hauptströmungsrichtung des Abgases werden diese auch nicht frontal angeströmt sondern lediglich überströmt, was Ablagerungen auf dem Trägerkörper deutlich reduziert.

Die Vorrichtung arbeitet in bekannter Weise nach dem Prinzip der Heißfilmanemometrie und weist neben den beiden Sensoreinheiten 20, 22 am zu den Sensoreinheiten 20, 22 entgegengesetzten Ende des Gehäuses 18 ein Steckerteil 30 auf, aus dem ein Anschlusskabel 32 zur Spannungsversorgung und Datenübertragung zu einer Steuereinheit 52 ragt. Diese kann alternativ auch im Gehäuse 18 angeordnet sein oder in die Motorsteuerung integriert werden. Die Befestigung des Gehäuses 18 erfolgt über eine Flanschverbindung 34.

Die zweite Sensoreinheit 22, die in Figur 3 dargestellt ist, bildet einen Temperatursensor, mittels dessen die jeweilige Abgastemperatur gemessen wird. Diese ist stromaufwärts zur ersten Sensoreinheit 20 angeordnet, damit eine Abgastemperatur gemessen wird, die weitestgehend unabhängig von der Aufheizung der ersten Sensoreinheit 20 ist, da bei umgekehrter Anordnung durch den Abgasstrom auch die an der ersten Sensoreinheit 20 erzeugte Wärme zur zweiten Sensoreinheit 22 strömen würde. Die Messung der Abgastemperatur erfolgt über ein Temperaturmesselement 36, welches beispielsweise aus zwei Platin- Dünnfilmwiderständen mit unterschiedlichem Widerstand bestehen kann. Das Temperaturmesselement 36 Ist über die Leiterbahnen 28, Kontaktfahnen 38 und das Anschlusskabel 32 elektrisch mit der Steuereinheit 52 verbunden. Diese zweite Sensoreinheit 22 dient im Normal betrieb zur Messung der Temperatur des zu messenden Gasstroms. Des Weiteren ist auf dem Substrat 24 ein Heizelement 50 angeordnet, das die Form eines Omegas aufweist, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf dem Substrat 24 zum Abbrennen von Verunreinigungen herstellen zu können.

Die stromabwärtige erste Sensoreinheit 20 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Temperaturmesselemente 40, 42 auf dem Substrat 26 auf, die beide unabhängig voneinander über Leiterbahnen 28 und Kontaktfahnen 38 mit der Steuereinheit 52 verbunden sind. Des Weiteren ist auf dem Substrat 26 ein Heizelement 44 angeordnet, welches im Betrieb des Verbrennungsmotors entweder auf eine konstante Übertemperatur aufgeheizt oder auf eine konstante Temperaturdifferenz zum Temperaturmesselement 36 aufgeheizt wird. Durch die vorhandene Strömung erfolgt eine Abkühlung des Heizelementes 44, so dass dieses eine ständige Leistungsaufnahme benötigt, um die gesteuerte Übertemperatur zu erhalten. Diese Leistungsaufnahme beziehungsweise die Wärmeabfuhr wird in der Steuereinheit 52 über ein erstes hinterlegtes Kennfeld, welches vor dem Einbau des Sensors durch Versuche für diesen Sensortyp im zu vermessenden Motor ermittelt wird, in Abhängigkeit der vorhandenen und über die Sensoreinheit 22 gemessene Abgastemperatur in einen Abgasmassenstrom umgerechnet. Die Verwendung von zwei Temperaturmesselementen 40, 42 auf dem Substrat 26 dient der Ermittlung und Berücksichtigung von auftretenden Abgaspulsationen also einer vorübergehenden Richtungsumkehr der Abgasströmung, wie sie im Abgasbereich eines Hubkolbenmotors aufgrund der Ansaug- und Ausschubbewegungen zu erwarten ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass das jeweils stromabwärtige Temperaturmesseiement 42 eine höhere Temperatur misst als das stromaufwärtige Temperaturmesseiement 40, da Wärme vom stromaufwärtigen Temperaturmesseiement 40 durch den Abgasstrom in Richtung des stromabwärtigen Temperaturmesselementes 42 transportiert wird. Bei Strömungsumkehr entsteht entsprechend ein Wärmetransport in umgekehrter Richtung, so dass entweder davon ausgegangen wird, dass das jeweils stromaufwärtige Temperaturmesseiement 40 repräsentativ für den in der entsprechenden Richtung strömenden Abgasstrom ist oder ein Kennfeld hinterlegt wird, in dem für verschiedene Strömungszustände und Temperaturen der beiden Temperaturmesselemente 40, 42 ein Abgasmassenstrom aus beiden zur Verfügung stehenden Temperaturen und daraus folgenden Leistungsaufnahmen hinterlegt wird.

Auch das Heizelement 44 der ersten Sensoreinheit 20 ist zur gleichmäßigen Erhitzung des Substrates 26 omegaförmig ausgebildet. Trotz der Möglichkeit des Freibrennens der Oberflächen der Sensoreinheiten 20, 22 insbesondere von Ruß entstehen jedoch mit steigender Anzahl an Betriebsstunden auch der Fehler bei der Messung. Dieser Fehler ist auf einen wachsenden bräunlichen Belag auf der ersten Sensoreinheit 20 zurückzuführen, der bei anhaltender thermischer Belastung entsteht, wie sie durch das Aufheizen der ersten Sensoreinheit 20 zum Erreichen der Übertemperatur nicht zu vermeiden ist. Es bilden sich beinah unlösliche Ablagerungsschichten aus verschiedenen Verbindungen, die den normalen Messbetrieb stören. Beim nicht bei erhöhter Temperatur betriebenen Temperatursensor sind diese Ablagerungen nicht vorhanden. Es wird daher erfindungsgemäß in der Steuereinheit 52 ein zweites Kennfeld hinterlegt, mit dem eine Korrektur des ersten Kennfeldes möglich wird. Dies bedeutet, dass mit einem über das zweite Kennfeld ermittelten Korrekturfaktor aus der gemessenen Wärmeabfuhr beziehungsweise Leistungsaufnahme der korrekte Abgasmassenstrom berechnet beziehungsweise abgelesen wird.

Dies erfolgt, indem möglichst bei Stillstand des Verbrennungsmotors, also in einem stationären Zustand, in dem keine Wärme durch eine Strömung abgeführt wird, am Heizelement 44 ein Temperatursignal erzeugt wird. Dieses Temperatursignal hat einen Reaktionstemperaturverlauf am Temperaturmesselement 36 zur Folge. Dieser

Reaktionstemperaturverlauf entsteht durch Konvektion und Wärmestrahlung zwischen den beiden Sensoreinheiten 20, 22 und durch Wärmeleitung über das Gehäuse 38 des Abgasmassenstromsensors. Je nach der Art der Beläge auf den Sensoreinheiten 20, 22 entsteht eine unterschiedlich große Veränderung des Reaktionstemperaturverlaufs im Vergleich zum gesendeten Temperatursignal bezüglich der Amplitude, der Reaktionszeit und gegebenenfalls der Steigungen des Temperaturverlaufes in Abhängigkeit der Sensorbeläge. Entsprechend ist es möglich, für verschiedene Reaktionstemperaturverläufe einen Korrekturfaktor zu bestimmen und in der Steuereinheit 52 als zweites Kennfeld zu hinterlegen, wobei dieser Korrekturfaktor entweder über theoretische Berechnungsmethoden ermittelt wird oder über Versuche für den konkreten Sensortyp und Messungen bei unterschiedlichen Belägen auf den Sensoreinheiten 20, 22 vor Inbetriebnahme konkret ermittelt wird. Eine zusätzliche Verbesserung in der Genauigkeit der Messungen kann erzielt werden, wenn nicht nur ein Temperatursignal sondern zwei unterschiedliche Temperatursignale gesendet werden und deren Reaktionstemperaturverläufe gemessen werden, da hierdurch zusätzlich Rückschlüsse möglich sind, auf welcher Sensoreinheit 20, 22 welche Art von Belag vorhanden ist, vorausgesetzt das zweite Kennfeld wird für konkrete unterschiedliche Beläge auf den beiden Sensoreinheiten 20, 22 erzeugt.

Selbstverständlich wird jeweils der zuletzt bestimmte Korrekturfaktor für die weiteren Messungen im Betrieb verwendet.

Um einen Ausfall der Sensoreinheiten 20, 22 oder zu ungenaue Messergebnisse bei der Bestimmung des Korrekturfaktors durch zu hohe Belagbildung auszuschließen, werden vor der Rekalibrierung beide Sensoreinheiten 20, 22 mittels der Heizelemente 44, 50 zunächst freigebrannt.

Mit der beschriebenen Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren ist es möglich, auch bei nicht abbrennbaren Ablagerungen auf der Oberfläche einer Sensoreinheit dennoch über eine lange Betriebsdauer korrekte Messergebnisse zum Abgasmassenstrom zu erhalten, die zu einer optimalen Motorsteuerung zur Verringerung schädlicher Emissionen und zur Verbrauchsreduzierung notwendig sind.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Die Funktion der Steuereinheit des Abgasmassenstromsensors kann selbstverständlich auch von der Motorsteuerung wahrgenommen werden.