用于運行空氣質(zhì)量傳感器的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于運行空氣質(zhì)量傳感器的方法，其布置在內(nèi)燃機的進氣管段中并且測量流經(jīng)進氣管段的空氣質(zhì)量，其中，空氣質(zhì)量傳感器具有空氣質(zhì)量傳感器元件，其是構(gòu)造成微型電子機械系統(tǒng)的應用專用的集成電路的組成部分，其中，空氣質(zhì)量傳感器具有至少一個用于分析由空氣質(zhì)量傳感器元件生成的測量信號的元件。為了說明用于運行空氣質(zhì)量傳感器的方法，其特別是在具有自動啟停裝置的車輛中降低了對空氣質(zhì)量傳感器元件的污染，空氣質(zhì)量傳感器借助于用于分析由空氣質(zhì)量傳感器元件生成的測量信號的元件識別內(nèi)燃機的靜止狀態(tài)，并隨即控制空氣質(zhì)量傳感器元件進入第二運行模式，該第二運行模式能夠降低對空氣質(zhì)量傳感器元件的污染，其中，該第二運行模式還至少允許對在進氣管段中流動的空氣質(zhì)量進行測量，空氣質(zhì)量傳感器自身由此能夠借助于用于分析由空氣質(zhì)量傳感器元件生成的測量信號并根據(jù)空氣質(zhì)量傳感器元件的測量信號識別內(nèi)燃機的開動，并隨即控制空氣質(zhì)量傳感器元件進入第一運行模式，該第一運行模式能夠?qū)崿F(xiàn)以高精確度測量流經(jīng)進氣管段的空氣質(zhì)量。
【專利說明】用于運行空氣質(zhì)量傳感器的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運行空氣質(zhì)量傳感器的方法，該空氣質(zhì)量傳感器布置在內(nèi)燃機的進氣管段中并測量流經(jīng)進氣管段的空氣質(zhì)量的質(zhì)量，其中，該空氣質(zhì)量傳感器具有空氣質(zhì)量傳感器元件，該空氣質(zhì)量傳感器元件是構(gòu)造成微型電子機械系統(tǒng)的應用專用集成電路的組成部分，其中，該應用專用的集成電路具有至少一個用于分析由空氣質(zhì)量傳感器元件生成的測量信號的元件。
【背景技術】
[0002]這種空氣質(zhì)量傳感器例如在機動車中被用于確定由內(nèi)燃機吸入的空氣質(zhì)量。在關于所吸入的空氣質(zhì)量的盡可能可靠的信息的基礎上，能夠通過發(fā)動機控制裝置將燃燒如下地優(yōu)化，即向相應的燃燒室輸送正好與空氣質(zhì)量一致的燃料量。結(jié)果是，由此在減少有害物質(zhì)排放量的同時實現(xiàn)更好地利用能源的目標。
[0003]從DE 44 07 209 Al中已知了一種空氣質(zhì)量傳感器，其被插入吸氣通道中以便確定空氣質(zhì)量，其中，總流體中的限定份額流經(jīng)該空氣質(zhì)量傳感器。為此將該空氣質(zhì)量傳感器設計成插入通道-空氣質(zhì)量傳感器，并且包括布置在測量通道中的傳感器元件、布置在殼體中用于該傳感器元件的電子裝置、以及在傳感器元件另一邊的排氣通道。為了實現(xiàn)節(jié)省空間的布置，所述通道或者說空氣引導路徑設計成U、S或C形，從而形成總體上緊湊地構(gòu)造成插入元件的裝置。
[0004]構(gòu)造成微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)的現(xiàn)代的空氣質(zhì)量傳感器元件能夠非常精確且快速地工作。此外，其還能夠以低廉的成本制造。但對于設計成微型電子機械系統(tǒng)的空氣質(zhì)量傳感器元件來說，傳感器元件的上表面非常容易受到污染。傳感器元件的上表面保持與空氣流的直接接觸，并且存在于空氣流中的微?？赡軙p傷傳感器元件的上表面。由于現(xiàn)代的機動車具有自動啟停裝置而使這一污染問題更加嚴重。當高溫的內(nèi)燃機停止運行時，從內(nèi)燃機中到達進氣管段中的小油滴增多。一方面出現(xiàn)所謂的煙囪效應，該煙囪效應促使空氣流從高溫的內(nèi)燃機流向進氣管段中的空氣濾清器所在的低溫區(qū)域，并且另一方面通過熱泳或熱擴散使小油滴從高溫的內(nèi)燃機流向低溫的空氣濾清器箱。
[0005]微?；跍囟忍荻仍诹黧w內(nèi)部的運動被稱作熱泳、熱擴散或路德維希索瑞特效應(Ludwig-Soret-Effekt)。在大多數(shù)情況下,該運動是從高溫處向低溫處進行的,然而,根據(jù)微粒和流體的類型，也可能出現(xiàn)朝向較高溫區(qū)域的運動。熱泳在所有材料中都會出現(xiàn)，在氣溶膠、例如空氣中的小油滴中能夠清楚地觀察到該效應，在空氣中的微塵中也是如此。
[0006]如果不存在溫度梯度，空氣分子從各個方向平均均勻地撞擊在空氣中的微塵或小油滴上。微塵或小油滴由此按照布朗定律運動并且其運動是根據(jù)統(tǒng)計的且不定向的，并且微塵或小油滴不會平均地通過多次布朗撞擊而離開其位置。然而，如果微塵或小油滴處在溫度梯度中，則位于高溫一側(cè)的分子的撞擊速度快于低溫一側(cè)分子的撞擊速度，并且微粒由此經(jīng)歷朝向低溫一側(cè)的方向上的凈脈沖。該運動仍舊還是根據(jù)統(tǒng)計的，然而，微塵或小油滴卻在較長的時間內(nèi)均勻地朝空氣的低溫區(qū)域的方向上運動。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，提出一種用于運行開頭所述類型的空氣質(zhì)量傳感器的方法，特別是在具有自動啟停裝置的車輛中，該方法能夠降低對空氣質(zhì)量傳感器元件的污染。
[0008]該目的通過獨立權利要求中所述的特征實現(xiàn)。有利的實施方式是從屬權利要求的內(nèi)容。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，空氣質(zhì)量傳感器借助于用于分析由空氣質(zhì)量傳感器元件生成的測量信號的元件識別內(nèi)燃機的靜止狀態(tài)，并隨即控制空氣質(zhì)量傳感器元件進入第二運行模式，該第二運行模式可減少對空氣質(zhì)量傳感器元件的污染，其中，該第二運行模式還至少允許對在進氣管段流動的空氣質(zhì)量進行測量，因此，空氣質(zhì)量傳感器自身便能夠借助于用于分析由空氣質(zhì)量傳感器元件生成的測量信號的元件并根據(jù)空氣質(zhì)量傳感器的測量信號識別內(nèi)燃機的開動，并隨即控制空氣質(zhì)量傳感器元件進入第一運行模式，該第一運行模式能夠?qū)崿F(xiàn)以高精確度測量流經(jīng)進氣管段的空氣質(zhì)量。利用在此提出的方法，空氣質(zhì)量傳感器能夠獨立地在運行的和靜止的內(nèi)燃機之間進行區(qū)分，并且使該狀態(tài)相應地匹配于兩個不同的運行模式。在第一運行模式中，用MEMS技術設計的空氣質(zhì)量傳感器元件以高精確度測量進氣管段中的空氣流量，并且在第二運行模式中，空氣質(zhì)量傳感器元件保護自己防止被小油滴或灰塵污染，但即便解析度較低，空氣質(zhì)量傳感器元件卻始終能夠測量空氣質(zhì)量流。在第一運行模式中，空氣質(zhì)量傳感器能夠以高精確度測量進氣管段中的空氣質(zhì)量流，在第二運行模式中，空氣質(zhì)量傳感器保持自我保護功能、但卻并未完全關斷，在這兩種運行模式之間的來回切換是完全不取決于發(fā)動機控制裝置進行的，并且僅借助于應用專用的集成電路和用于分析由空氣質(zhì)量傳感器元件生成的測量值的元件，并且是在空氣質(zhì)量傳感器本身的內(nèi)部進行的。這樣智能的空氣質(zhì)量傳感器一方面減輕了發(fā)動起控制裝置的負擔、另一方面也減輕了空氣質(zhì)量傳感器和發(fā)動機控制裝置之間的數(shù)據(jù)總線的負擔。此外，按照根據(jù)本發(fā)明的方法運行的空氣質(zhì)量傳感器非?？焖俚卦谶@兩種運行模式之間來回切換，這在綁定了發(fā)動機控制裝置時則是無法實現(xiàn)的。
[0010]有利的是，將用于分析由空氣質(zhì)量傳感器生成的測量信號的元件布置在空氣質(zhì)量傳感器的殼體中?？諝赓|(zhì)量傳感器由此與發(fā)動機控制裝置無關。
[0011]如果用于分析由空氣質(zhì)量傳感器生成的測量信號的元件是應用專用的集成電路的組成部分，則能夠在不投入附加成本的情況下將該元件與空氣質(zhì)量傳感器元件一并制造出來。
[0012]在本發(fā)明的改進方案中，當沒有測量到質(zhì)量流或測量到小于空轉(zhuǎn)質(zhì)量流的、恒定的逆向流或恒定的正向流時，空氣質(zhì)量傳感器借助于用于分析由空氣質(zhì)量傳感器生成的測量信號的元件識別內(nèi)燃機的靜止狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]以下根據(jù)參考附圖中的圖對實施例的描述來說明本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。對于相同的構(gòu)造元件來說，后面將在不同的圖中使用相同的概念和參考標號。在此示出:
[0014]圖1是空氣質(zhì)量傳感器元件，
[0015]圖2是空氣質(zhì)量傳感器，該空氣質(zhì)量傳感器作為指狀插入件集成在吸入側(cè)中?！揪唧w實施方式】
[0016]圖1不出空氣質(zhì)量傳感器兀件5。該空氣質(zhì)量傳感器兀件5作為微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)被設計在唯一的硅芯片上。該空氣質(zhì)量傳感器元件5按照差溫方法工作并且由此確定從旁邊流過的空氣質(zhì)量的量。為此在薄膜11上設有第一溫度傳感器元件12和第二溫度傳感器元件13。第一和第二溫度傳感器元件12，13處于薄膜11的上表面的不同位置上。在第一溫度傳感器元件12和第二溫度傳感器元件13之間布置了加熱元件14。第一溫度傳感器元件12和第二溫度傳感器元件13以及加熱元件14是應用專用的集成電路6的組成部分。此外，在構(gòu)造成微型電子機械系統(tǒng)的空氣質(zhì)量傳感器元件5上還能夠集成有分析電子裝置7，其立即對溫度傳感器元件12，13的測量信號進行分析并生成與空氣質(zhì)量流成正比的信號。然而，分析電子裝置7同樣也能夠良好地布置在位于空氣質(zhì)量傳感器I的殼體18中的下游的電子裝置中。在此重要的是，免除了發(fā)動機控制裝置16對空氣質(zhì)量傳感器元件5的測量信號進行分析的任務。發(fā)動機控制裝置16獲得空氣質(zhì)量傳感器I的完全經(jīng)過處理的測量結(jié)果作為數(shù)字信號。關于空氣流的信息隨后則通過連接元件9和連接導線10繼續(xù)傳輸給在圖2中示出的發(fā)動機控制裝置16。
[0017]圖2示出空氣質(zhì)量傳感器元件5，該空氣質(zhì)量傳感器元件5構(gòu)造成微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)并布置在作為指狀插入件集成在內(nèi)燃機3的進氣管段2中的空氣質(zhì)量傳感器I中。當內(nèi)燃機3運轉(zhuǎn)時，空氣質(zhì)量流4到達空氣質(zhì)量傳感器I的進氣開口 4處，并且進入輔助管24中。在薄膜11的上表面上可以識別出第一溫度傳感器元件12和第二溫度傳感器元件13。在第一溫度傳感器元件12和第二溫度傳感器元件13之間布置了加熱元件14?？諝赓|(zhì)量流4首先到達第一溫度傳感器元件12，隨后流出加熱元件14，以便此后達到第二溫度傳感器元件13。在內(nèi)燃機3運行時，由第一溫度傳感器元件12和第二溫度傳感器元件13的測量值并且可能參考加熱元件14的溫度，能夠以高精確度計算出進氣管段2中的空氣質(zhì)量流4。對空氣質(zhì)量流4的測量和計算僅在空氣質(zhì)量傳感器I中進行。該信息隨后通過合適的數(shù)據(jù)路徑25傳輸給發(fā)動機控制裝置16。發(fā)動機控制裝置16能夠利用該信息計算出需要向內(nèi)燃機3的燃燒室22輸送的最優(yōu)的燃料量。
[0018]現(xiàn)代的機動車越來越多地具有自動啟停(Start/Stop)裝置19,該自動啟停裝置與發(fā)動機控制裝置16連接，并在機動車處于靜止狀態(tài)時使內(nèi)燃機3自動停止運行。當機動車應當隨后例如由于交通信號燈顯示“綠色”而重新開動時，則例如在操縱離合器時自動啟動內(nèi)燃機3。這是一種目前在機動車中廣泛應用的、用于節(jié)省燃料的措施。在使內(nèi)燃機3停止運行時，從高溫的發(fā)動機機油中擴散出小油滴21，小油滴也進入到了進氣管段2中。通過開頭所述的熱泳效應和煙囪效應使進氣管段2中的小油滴21從高溫的內(nèi)燃機3處向低溫的空氣濾清器15的方向上運動。在此，油滴21也經(jīng)過空氣質(zhì)量傳感器1，并且通過空氣質(zhì)量傳感器I的輔助管24向前推進至空氣質(zhì)量傳感器元件5處。該空氣質(zhì)量傳感器元件5由此被小油滴21污染，這會對空氣質(zhì)量傳感器元件5的測量特性產(chǎn)生極度消極的影響。被小油滴21高度污染的空氣質(zhì)量傳感器元件5可能會提供高度歪曲的測量結(jié)果，并且因此非常重要的是保護空氣質(zhì)量傳感器元件5不受污染。為了保護空氣質(zhì)量傳感器元件5，在空氣質(zhì)量傳感器I中布置了用于分析由空氣質(zhì)量傳感器元件5生成的測量信號的元件7，該元件能夠識別內(nèi)燃機3的靜止狀態(tài)并隨即控制空氣質(zhì)量傳感器元件5使其進入第二運行模式，該第二運行模式將降低對空氣質(zhì)量傳感器元件5的污染。重要的是，處于第二運行模式中的空氣質(zhì)量傳感器元件5還能夠繼續(xù)以至少較低的解析度實施對在進氣管段中流動的空氣質(zhì)量的測量。如果無法再測量到空氣質(zhì)量流4，或者探測到空氣質(zhì)量4的恒定的逆向流，或者當探測到空氣質(zhì)量4的較弱且恒定的正向流，其小于內(nèi)燃機3的已知的空轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)空氣流，則由用于分析空氣質(zhì)量傳感器元件5的信號的元件7識別內(nèi)燃機3的靜止狀態(tài)。當內(nèi)燃機3空轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)時，質(zhì)量流基于動力學也會短時間地實現(xiàn)小于零或小于空轉(zhuǎn)質(zhì)量流，這是由于進氣管段3中的氣柱隨著相應的發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)一起振動。氣柱的典型振動頻率在20至30赫茲之間。當例如在長50毫秒的時間段內(nèi)測量到消極的或非常小的空氣質(zhì)量流，則空氣質(zhì)量傳感器I將會識別出，內(nèi)燃機3正處于靜止狀態(tài)。為了防止通過小油滴21污染空氣質(zhì)量傳感器元件5，現(xiàn)在降低電氣加熱元件14的功率。例如可以將由加熱元件14產(chǎn)生的100°C的溫度降至約20°C的過熱溫度。過熱溫度指的是超過周圍環(huán)境中的空氣的溫度、即所吸入的空氣質(zhì)量4的溫度。所吸入的空氣質(zhì)量4的溫度例如可以為15°C，并且為了達到20°C的過熱溫度，將電器加熱元件14調(diào)至35°C。在這種狀態(tài)下，不會有或者僅有少量的小油滴21沉積在空氣質(zhì)量傳感器兀件5上。但空氣質(zhì)量傳感器I即便是僅以相對較差的解析度也能夠在內(nèi)燃機開動時測量空氣質(zhì)量流4，這是因為加熱元件14僅具有相對較低的溫度，即僅為35°C。如果此時具有應用專用的集成電路6和用于分析由空氣質(zhì)量傳感器元件5生成的測量信號的元件7的空氣質(zhì)量傳感器I識別出內(nèi)燃機3被重新啟動，則應用專用的集成電路6將控制空氣質(zhì)量傳感器元件5進入第一運行模式，該第一運行模式能夠?qū)崿F(xiàn)以高精確度測量流經(jīng)進氣管段2的空氣質(zhì)量4。例如當加熱元件14達到了約100°C的溫度時，會實現(xiàn)第一運行模式，在該第一運行模式中能夠以高精確度測量流經(jīng)進氣管段2的空氣質(zhì)量4。按照根據(jù)本發(fā)明的方法運行的空氣質(zhì)量傳感器I由此能夠通過這種方式完全獨立地識別出內(nèi)燃機3的靜止狀態(tài)，并隨后進入靜止模式，這通過使空氣質(zhì)量傳感器I不僅能夠識別內(nèi)燃機3的開動并也能夠停留在自我保護模式中來實現(xiàn)，該自我保護模式確?？諝赓|(zhì)量傳感器元件5不會不必要地被基于熱泳和煙囪效應而涌入進氣管段2中的小油滴21污染。在第一運行模式中能夠以高精確度測量進氣管段2中的空氣質(zhì)量，在第二運行模式中，空氣質(zhì)量傳感器保持自我保護功能、但卻并未完全關斷，在這兩種運行模式之間的來回切換完全不取決于發(fā)動機控制裝置進行的，并且僅借助于應用專用的集成電路6和用于分析由空氣質(zhì)量傳感器元件5生成的測量值的元件7，并且是在空氣質(zhì)量傳感器I本身的內(nèi)部進行的。這樣智能的空氣質(zhì)量傳感器I 一方面減輕了發(fā)動起控制裝置16的負擔，另一方面也減輕了空氣質(zhì)量傳感器I和發(fā)動機控制裝置16之間的數(shù)據(jù)總線25的負擔。
【權利要求】
1.一種用于運行空氣質(zhì)量傳感器I的方法，所述空氣質(zhì)量傳感器布置在內(nèi)燃機3的進氣管段2中并且測量流經(jīng)所述進氣管段2的空氣質(zhì)量4，其中，所述空氣質(zhì)量傳感器I具有空氣質(zhì)量傳感器元件5，所述空氣質(zhì)量傳感器元件5是構(gòu)造成微型電子機械系統(tǒng)的應用專用的集成電路6的組成部分，其中，所述空氣質(zhì)量傳感器I具有至少一個用于分析由所述空氣質(zhì)量傳感器元件5生成的測量信號的元件7，其特征在于，空氣質(zhì)量傳感器I借助于用于分析由所述空氣質(zhì)量傳感器元件5生成的所述測量信號的所述元件7識別所述內(nèi)燃機的靜止狀態(tài)并隨即控制所述空氣質(zhì)量傳感器元件5進入第二運行模式，所述第二運行模式能夠降低對所述空氣質(zhì)量傳感器元件5的污染，其中，所述第二運行模式還至少允許對在所述進氣管段2中流動的所述空氣質(zhì)量4進行測量，所述空氣質(zhì)量傳感器I自身由此能夠借助于所述用于分析由所述空氣質(zhì)量傳感器元件5生成的所述測量信號并根據(jù)所述空氣質(zhì)量傳感器元件5的所述測量信號識別所述內(nèi)燃機3的開動，并且所述空氣質(zhì)量傳感器隨即控制所述空氣質(zhì)量傳感器元件5進入第一運行模式，所述第一運行模式能夠?qū)崿F(xiàn)以高精確度測量流經(jīng)所述進氣管段2的所述空氣質(zhì)量4。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于運行空氣質(zhì)量傳感器I的方法，其特征在于，用于分析由所述空氣質(zhì)量傳感器元件5生成的所述測量信號的所述元件7布置在所述空氣質(zhì)量傳感器I的殼體18中。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的用于運行空氣質(zhì)量傳感器I的方法，其特征在于，用于分析由所述空氣質(zhì)量傳感器元件5生成的所述測量信號的所述元件7是所述應用專用的集成電路6的組成部分。
4.根據(jù)前述權利要求1至3中任一項所述的用于運行空氣質(zhì)量傳感器I的方法，其特征在于，當沒有測量到所述質(zhì)量流時，或者測量到小于空轉(zhuǎn)質(zhì)量流的恒定的逆向流或恒定的正向流時，所述空氣質(zhì)量傳感器I借助于用于分析由所述空氣質(zhì)量傳感器元件5生成的所述測量信號的所述元件7識別所述內(nèi)燃機的靜止狀態(tài)。
【文檔編號】G01F1/692GK104024806SQ201280063734
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權日:2011年12月23日
【發(fā)明者】托爾斯藤·克尼特爾 申請人:大陸汽車有限責任公司