DE10196363B3

DE10196363B3 - Tragbarer Kraftstoffanalysator zum Analysieren des Alkoholgehalts eines Mischkraftstoffs

Info

Publication number: DE10196363B3
Application number: DE10196363.7T
Authority: DE
Inventors: Rick Schaefer; Isabelle Desmier
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Vitesco Technologies USA LLC
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2021-05-25
Also published as: WO2001098776A1; DE10196363T1; US20020040593A1; US6566892B2

Abstract

Ein tragbarer Kraftstoffanalysator umfaßt einen Sensor, einen Prozessor und eine Anzeige. Der tragbare Analysator empfängt eine Kraftstoffprobe und die Anzeige identifiziert, ob der Fahrzeugkraftstoff verdorben ist. Der tragbare Kraftstoffanalysator wird mit einer Auswertungseinheit verbunden, um eine Frequenzmessung auf der Basis von Signalen vom Sensor im tragbaren Kraftstoffanalysator zu bestimmen. Die Auswertungseinheit vergleicht die Frequenz vom Fahrzeugkraftstoffsensor mit der Frequenz vom tragbaren Kraftstoffanalysator. Wenn die grüne LED beleuchtet wird und der tragbare Kraftstoffanalysator eine andere Frequenz angibt als der Fahrzeugkraftstoffsensor, ist der Fahrzeugkraftstoffsensor defekt und sollte ausgetauscht werden; Wenn die grüne LED beleuchtet wird und der tragbare Kraftstoffanalysator dieselbe Frequenz wie der Fahrzeugkraftstoffsensor angibt, ist ein anderes Fahrzeugbauteil als der Fahrzeugsensor fehlerhaft; und wenn die rote LED beleuchtet wird, ist die Mischkraftstoffprobe verdorben und eine Feststellung über den Fahrzeugkraftstoffsensor kann nicht bestimmt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen tragbaren Kraftstoffanalysator und insbesondere einen tragbaren Analysator, der feststellt, ob ein Fahrzeugkraftstoffsensor korrekt arbeitet.
Es wurde vorgeschlagen, in einigen hinsichtlich des Kraftstoffs flexiblen Fahrzeugen (FFVs) ein Mischkraftstoffsystem wie z. B. ein Benzin/Alkohol-Gemisch zu verwenden. In dieser Art Fahrzeug wird ein Maß verwendet, wobei die Kraftstoffeinspritzung und Zündzeitsteuerung gemäß dem Mischverhältnis des Kraftstoffs gesteuert werden. Ein Kraftstoffsensor innerhalb des Fahrzeugkraftstofftanks mißt dieses Verhältnis. Ein korrekter Betrieb des Kraftstoffsensors ist somit besonders wichtig für den reibungslosen Betrieb des Motors.
Der Kraftstoffsensor ist typischerweise vom Kapazitätstyp, der ein Paar von beabstandeten Elektroden aufweist, die im Kraftstoff versenkt sind. Ein Signal, das die Kapazität darstellt, die zwischen der positiven und der negativen Elektrode unter elektrostatischer Ladung hergestellt wird, wird über Zuleitungsdrähte zu einer separaten Steuerschaltung übertragen, wo eine anschließende Signalumwandlung und -verarbeitung ausgeführt werden. Die Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffs wird durch Messen der Kapazität, die zwischen den Elektroden hergestellt wird, erfaßt, und das Mischverhältnis des Kraftstoffs wird von der Dielektrizitätskonstante abgeleitet.
DE 38 43 243 A1 offenbart einen Sensor, welcher in einem Fahrzeug den Alkoholgehalt eines Mischkraftstoffs misst. Für Fahrzeuge welche Mischkraftstoff verwenden, ist es besonders wichtig, die Zusammensetzung des dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoffes fortlaufend zu messen, um beispielsweise Einspritzzeitpunkte dem jeweils aktuellen Kraftstoffgemisch entsprechend anzupassen. Dieser Sensor ist daher im Fahrzeug verbaut.
In vielen Fällen kann der Kraftstoffsensor fälschlicherweise identifiziert werden, wenn der Fahrzeugbetrieb unzufriedenstellend ist. Dies ist unerwünscht, da es zeitaufwendig und teuer ist, den Fahrzeugkraftstoffsensor auszutauschen. Es ist ferner erwünscht festzustellen, ob die Qualität des Kraftstoffs die Ursache für den unzufriedenstellenden Betrieb sein kann. Folglich ist es erwünscht, einen korrekten Betrieb des Kraftstoffssensors und die Kraftstoffqualität zu bestätigen, ohne den Kraftstoffssensor tatsächlich aus dem Fahrzeug zu entnehmen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der tragbare Kraftstoffanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Trichter, um einen Mischkraftstoff aufzunehmen. Der Trichter umfaßt eine oder mehrere Eingangsöffnungen, so daß eine Mischkraftstoffprobe in einen Behälter mit einem Sensor geleitet wird. Der Sensor ist ein Sensor vom Kapazitätstyp, der typischerweise ein Paar von beabstandeten Elektrodenplatten aufweist, die in der Kraftstoffprobe innerhalb des Behälters versenkt sind. Eine Anzeige, die eine rote und eine grüne LED aufweist, steht mit dem Prozessor in Verbindung um eine Qualität des Kraftstoffgemisches anzugeben.
Bei der Verwendung entnimmt eine Bedienperson eine Mischkraftstoffprobe aus einem Fahrzeugkraftstofftank. Die Kraftstoffprobe wird in den Trichter gegossen, so daß die Kraftstoffprobe im Behälter angesammelt wird. Die Krafstoffprobe bildet das Dielektrikum für den Sensor. Die Dielektrizitätskonstante der Kraftstoffprobe wird durch Messen der zwischen den Elektrodenplatten hergestellten Kapazität festgestellt und der Prozessor ermittelt den Alkoholgehalt der Mischkraftstoffprobe.
Der Prozessor beleuchtet entweder eine rote LED oder eine grüne LED, wenn der gemessene Leitwert oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt. Die vorbestimmten Werte sind so definiert, daß sie eine annehmbare Kraftstoffprobe von einer unannehmbaren Probe trennen. Für eine Bedienperson wird somit unmittelbar festgestellt, ob der Fahrzeugkraftstoff verdorben ist.
Der tragbare Kraftstoffanalysator wird mit einer Auswertungseinheit verbunden, um eine Frequenzmessung auf der Basis von Signalen vom Sensor zu bestimmen. Die Frequenzmessung stellt einen Prozentsatz des Alkoholgehalts in der Mischkraftstoffprobe dar. Die Auswertungseinheit wird mit einem Fahrzeug, das einer Wartung unterzogen wird, verbunden, so daß die vom Fahrzeugkraftstoffsensor gemessene Frequenz ermittelt werden kann. Die Auswertungseinheit vergleicht die Frequenz vom Fahrzeugkraftstoffsensor mit der Frequenz vom tragbaren Kraftstoffanalysator. Die folgenden Bestimmungen können somit in einer schnellen und wirksamen Weise ohne die Notwendigkeit, den Fahrzeugkraftstoffsensor aus dem Fahrzeug zu entnehmen, definiert werden:
Wenn die grüne LED beleuchtet wird und der tragbare Kraftstoffanalysator eine andere Frequenz angibt als der Fahrzeugsensor, ist der Fahrzeugsensor defekt und sollte ausgetauscht werden;
Wenn die grüne LED beleuchtet wird und der tragbare Kraftstoffanalysator dieselbe Frequenz wie der Fahrzeugsensor angibt, ist ein anderes Fahrzeugbauteil als der Fahrzeugsensor fehlerhaft; und
Wenn die rote LED beleuchtet wird, ist die Mischkraftstoffprobe verdorben und eine Feststellung über den Fahrzeugsensor kann nicht bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt daher einen tragbaren Kraftstoffsensor bereit, der eine Kraftstoffprobe von einem Fahrzeug aufnimmt, um festzustellen, ob ein Fahrzeugkraftstoffsensor korrekt arbeitet, ohne den Kraftstoffsensor tatsächlich aus dem Fahrzeug zu entnehmen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden für Fachleute aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsform ersichtlich. Die Zeichnungen, die die ausführliche Beschreibung begleiten, können kurz wie folgt beschrieben werden:
1A ist eine allgemeine perspektivische Ansicht eines tragbaren Kraftstoffanalysators, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist;
1B ist eine Schnittansicht entlang der Linie 1B-1B in 1A; und
2 ist ein Blockdiagramm des tragbaren Kraftstoffanalysators, der mit einem Fahrzeug verbunden ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1A stellt eine allgemeine perspektivische Ansicht eines tragbaren Kraftstoffanalysators 10 dar. Der Kraftstoffanalysator 10 umfaßt ein Gehäuse 12 mit einem Stromquellenabteil 14 für eine Stromquelle 16 wie z. B. eine Batterie oder dergleichen. Ein Griff 18 ist vorzugsweise derart vorgesehen, daß der Analysator 10 in einer reparaturartigen Umgebung bequem gehalten werden kann. Ein Teil des Gehäuses 12 ist als Trichter 20 ausgebildet, um eine Mischkraftstoffprobe darin aufzunehmen. Der Trichter 20 umfaßt eine oder mehrere Eingangsöffnungen 22, so daß die Mischkraftstoffprobe in einen Behälter 24 wie z. B. eine entnehmbare Kraftstoffschale geleitet wird.
Ein Sensor (bei 26 schematisch dargestellt) ist zumindest teilweise innerhalb des Behälters 24 angeordnet, so daß von diesem durchgeführte Messungen zu einem Prozessor 28 übertragen werden. Der Sensor 26 ist vorzugsweise ein bekannter Sensor vom Kapazitätstyp, der typischerweise zwei Paare von beabstandeten Elektroden für Kapazitäts- und Widerstandsmessungen und einen Thermistor zur Temperaturmessung aufweist. Die Elektroden sind in der Mischkraftstoffprobe F innerhalb des Behälters 24 versenkt (1B). Die relative Permeabilität von Benzin unterscheidet sich von jener von Methanol sowie von Ethanol aufgrund der unterschiedlichen molekularen Dipolarität, die hauptsächlich durch den unterschiedlichen Sauerstoffgehalt verursacht wird. Alkohol und Benzin zeigen auch eine unterschiedliche Leitfähigkeit.
Der relative Alkoholgehalt eines Kraftstoffs ist eine gut definierte Funktion seiner relativen Permeabilität und Leitfähigkeit. Der Alkoholgehalt wird durch eine Kapazitätsermittlung – versehen mit einer temperaturabhängigen Korrektur – vom Prozessor 28 ermittelt. Der Prozessor 28 umfaßt eine Logik, die eine Unterdrückung des Leitwerteinflusses durch die Analyse von mathematischen Korrelationen mit einem Computer oder einer geeigneten Schaltungsanordnung in einer bekannten Weise ermöglicht. Der Prozessor 28 sieht somit einen Ausgangswert vor, der mit dem Alkoholgehalt trotz des nicht-linearen Meßeffekts linear ist.
Das Gehäuse 12 trägt einen Verbindungsstecker 29, der den Prozessor 28 mit einer externen Auswertungseinheit (bei 30 schematisch dargestellt) über eine Datenübertragungsleitung 32 verbindet. Die Auswertungseinheit 30 ist vorzugsweise ein digitales Vielfachmeßgerät oder ein anderes Diagnosesystem, das in einem Fahrzeugwartungszentrum zur Verfügung steht.
Das Gehäuse 12 umfaßt auch eine Speichervorrichtung (bei 34 schematisch dargestellt), die mit dem Prozessor 28 in Verbindung steht. Die Speichervorrichtung 34 kann einen RAM, integrierte Schaltungen oder einen anderen Speicher umfassen, so daß die Messungen vorübergehend im tragbaren Kraftstoffanalysator 10 zur spätem Übertragung zur Auswertungseinheit 30 gespeichert werden können.
Eine Anzeige 36 steht mit dem Prozessor 28 in Verbindung. Die Anzeige 36 ist am Gehäuse 12 vorgesehen, um eine Qualität des Kraftstoffgemisches anzugeben. Vorzugsweise weist die Anzeige eine rote und eine grüne Leuchtdiode (LED) 38, 40 auf. Die rote LED 38 wird als Reaktion auf eine Feststellung, daß die vom Sensor 26 gemessene Leitfähigkeit oberhalb eines vorbestimmten Werts liegt, beleuchtet. Die grüne LED 40 wird als Reaktion auf eine Feststellung, daß die vom Sensor 26 gemessene Leitfähigkeit unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt, beleuchtet.
Mit Bezug auf 2 entnimmt eine Bedienperson eine Mischkraftstoffprobe aus einem Kraftstofftank 31 eines Fahrzeugs (bei 33 schematisch dargestellt). Die Kraftstoffprobe wird in den Behälter 24 gegossen. so daß die Kraftstoffprobe das Dielektrikum für den Sensor 26 bildet (1B). Der Prozessor 28 stellt den gemessenen Kapazitätswert durch die Mischkraftstoffprobe F als Reaktion auf die Messungen vom Sensor 26 fest. Solche Feststellungen sind bekannt und werden hierin nicht weiter beschrieben.
Da die Korrelation zwischen der relativen Dielektrizitätskonstante und dem Alkoholgehalt innerhalb der Mischkraftstoffprobe stark von der Temperatur abhängt, ist es bevorzugt, daß der Prozessor 28 den gemessenen Kapazitätswert mit dem Wert der Kraftstofftemperatur von einem Temperatursensor (bei 27 in 1B schematisch dargestellt) in Zusammenhang setzt, um eine Ausgangsgröße, die von der Temperatur unabhängig ist und als Maß für den Alkoholgehalt, zu erhalten. Diese Verknüpfung kann zusammen mit einer Linearisierung der Ausgangsspannung durch den Prozessor 28 durchgeführt werden. Besonders bevorzugt ist die Anwendung eines Prozessors, der normalerweise innerhalb eines Fahrzeugs zur Einspritz- und/oder Zündsteuerung des Luft: Kraftstoff-Gemisches verwendet wird.
Der Prozessor 28 beleuchtet entweder die rote LED 38 oder die grüne LED 40, wenn die gemessene Kapazität oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt. Die vorbestimmten Werte sind so definiert, daß sie eine annehmbare Kraftstoffprobe von einer unannehmbaren Probe trennen. Mit anderen Worten, verdorbener Kraftstoff beleuchtet die rote LED, während annehmbarer Kraftstoff die grüne LED beleuchtet. Für eine Bedienperson wird somit unmittelbar festgestellt, daß der Fahrzeugkraftstoff das Problem ist und nicht ein Fahrzeugkraftstoffsensor 37.
Der tragbare Kraftstoffanalysator 10 wird vorzugsweise mit der Auswertungseinheit 30 verbunden, um eine Frequenzmessung vom Sensor 26 zu ermitteln. Es sollte selbstverständlich sein, daß der Speicher 34 die Messungen vorübergehend speichern kann, so daß der Analysator 10 mit der Auswertungseinheit 30 zu einem späteren Zeitpunkt verbunden werden kann. Die Frequenzmessung stellt einen Prozentsatz des Alkoholgehalts in der Mischkraftstoffprobe dar. In einem Beispiel entspricht 50 Hz 0% Ethanol und 100% Benzin, während 150 Hz 100% Ethanol und 0% Benzin entspricht. Außerdem steht das Ausgangstastverhältnis mit der Temperaturmessung in Beziehung. Die Funktionen sind für andere Zwischengemische linear.
Die Auswertungseinheit 30 wird auch mit einer Fahrzeugsteuereinheit 35 verbunden, die mit einem Fahrzeugkraftstoffsensor 37 in Verbindung steht. Es sollte selbstverständlich sein, daß eine Motorsteuereinheit oder dergleichen, die mit dem Fahrzeugssensor 37 in Verbindung steht, von der vorliegenden Erfindung profitiert. Die Fahrzeugsteuereinheit 35 steht mit dem Fahrzeugkraftstoffsensor 37 in Verbindung, um eine Frequenz vom Fahrzeugkraftstoffsensor 37 in einer bekannten Weise zur Einspritz- und oder Zündsteuerung des Luft: Kraftstoff-Gemisches zu messen. Die Auswertungseinheit 30 vergleicht dann die Frequenz vom Fahrzeugkraftstoffsensor 37 mit der Frequenz vom tragbaren Kraftstoffanalysator 10.
Die folgenden Bestimmungen können somit in einer schnellen und wirksamen Weise ohne die Notwendigkeit, den Fahrzeugkraftstoffsensor 37 aus dem Fahrzeug 33 zu entnehmen, definiert werden:
Wenn die grüne LED beleuchtet wird und der tragbare Kraftstoffanalysator 10 eine andere Frequenz angibt als der Fahrzeugsensor 37, ist der Fahrzeugsensor 37 defekt und sollte ausgetauscht werden;
Wenn die grüne LED beleuchtet wird und der tragbare Kraftstoffanalysator 10 dieselbe Frequenz wie der Fahrzeugsensor 37 angibt, ist ein anderes Fahrzeugbauteil als der Fahrzeugsensor 37 fehlerhaft; und
Wenn die rote LED beleuchtet wird, ist die Mischkraftstoffprobe F verdorben und eine Feststellung über den Fahrzeugsensor 37 kann nicht bestimmt werden.
Die vorangehende Beschreibung ist vielmehr beispielhaft als durch die Begrenzungen in dieser definiert. Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind angesichts der obigen Lehren möglich. Die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung wurden offenbart, ein Fachmann würde jedoch erkennen. daß gewisse Modifikationen innerhalb den Schutzbereich dieser Erfindung fallen würden. Es soll daher selbstverständlich sein, daß innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche die Erfindung anders als speziell beschrieben ausgeführt werden kann. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Schutzbereich und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.

Claims

Tragbarer Kraftstoffanalysator für ein Kraftstoffgemisch mit: einem Gehäuse mit einer Öffnung zu einem Behälter; einem Sensor, der mit dem Behälter in Verbindung steht, so dass eine Mischkraftstoffprobe innerhalb des Behälters als Dielektrikum für den Sensor wirkt; einem Prozessor in Verbindung mit dem Sensor, wobei der Prozessor wirksam ist, um einen Alkoholgehalt der Mischkraftstoffprobe als Reaktion auf den Sensor zu ermitteln; einem Temperatursensor, der mit dem Behälter und dem Prozessor in Verbindung steht, um eine Temperatur der Mischkraftstoffprobe zu fühlen; und einer Anzeige innerhalb des Gehäuses, wobei die Anzeige mit dem Sensor und dem Prozessor in Verbindung steht, um eine Qualität des Kraftstoffgemisches als Reaktion auf eine vorbestimmte Leitfähigkeit anzugeben.
Tragbarer Kraftstoffanalysator nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen Trichter benachbart zu der Öffnung aufweist.
Tragbarer Kraftstoffanalysator nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse eine Stromquelle umfasst.
Tragbarer Kraftstoffanalysator nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen Griff aufweist.
Tragbarer Kraftstoffanalysator nach Anspruch 1, welcher ferner einen Verbindungsstecker umfasst, der mit dem Prozessor in Verbindung steht, wobei der Verbindungsstecker wirksam ist, um den Prozessor mit einer Auswertungseinheit zu verbinden.
Tragbarer Kraftstoffanalysator nach Anspruch 5, wobei die Auswertungseinheit ein Vielfachmessgerät umfasst.
Tragbarer Kraftstoffanalysator nach Anspruch 1, wobei die Anzeige eine erste und eine zweite Anzeigevorrichtung umfasst, wobei die erste Anzeigevorrichtung als Reaktion auf eine statthafte Kraftstoffgemischqualität aktivierbar ist und die zweite Anzeigevorrichtung als Reaktion auf eine unstatthafte Mischkraftstoffprobenqualität aktivierbar ist.
Tragbarer Kraftstoffanalysator nach Anspruch 7, wobei die erste Anzeigevorrichtung als Reaktion darauf, dass der Sensor eine Leitfähigkeit unterhalb eines ersten vorbestimmten Werts feststellt, aktivierbar ist und die zweite Anzeigevorrichtung als Reaktion darauf, dass der Sensor eine Leitfähigkeit oberhalb eines zweiten vorbestimmten Werts feststellt, aktivierbar ist.
Tragbarer Kraftstoffanalysator nach Anspruch 7, wobei die erste und die zweite Anzeigevorrichtung eine Leuchtdiode ist.
Verfahren zum Analysieren einer Kraftstoffgemischeinheit mit den Schritten: (1) Entnehmen einer Mischkraftstoffprobe aus einem Fahrzeug; (2) Fassen der Mischkraftstoffprobe in einem tragbaren Kraftstoffanalysator; (3) Feststellen, ob die Mischkraftstoffprobe eine annehmbare Qualität aufweist, als Reaktion auf eine Leitfähigkeit der Mischkraftstoffprobe; (4) Aktivieren einer ersten Anzeigevorrichtung, wenn die Leitfähigkeit des Schritts (3) unterhalb eines ersten vorbestimmten Werts liegt; (5) Aktivieren einer zweiten Anzeigevorrichtung, wenn die Leitfähigkeit des Schritts (3) oberhalb eines zweiten vorbestimmten Werts liegt; (6) Messen der Kapazität eines ausgebildeten Kondensatorsensors, wobei die Mischkraftstoffprobe ein Dielektrikum für den Kondensatorsensor ist; (7) Ermitteln eines Alkoholgehalts der Mischkraftstofffprobe als Reaktion auf eine vom Kondensatorsensor von (6) angegebenen Frequenz; und (8) Vergleichen der Frequenz des Schritts (7) mit einer von einem Fahrzeugsensor gemessenen Frequenz.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt (7) ferner folgendes umfasst: 7a. Messen einer Temperatur der Mischkraftstoffprobe; und 7b. Justieren des Alkoholgehalts der Mischkraftstoffprobe als Reaktion auf die in Schritt 7a gemessene Temperatur.