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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Kraftstoffqualität, einer Gemischzusammensetzung eines Kraftstoffs. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffsensor, insbesondere einen Kraftstoff-Qualitätssensor für ein Fortbewegungsmittel. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Kraftstoffpumpe, insbesondere einer Kraftstoff-Vorförderpumpe.
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Immer strenger werdende, gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge machen es erforderlich, Maßnahmen zu treffen, durch welche Schadstoffemissionen gesenkt werden können. Ein Ansatzpunkt hierbei ist es, eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern des Verbrennungsmotors zu erzielen. Ferner ist ein möglichst geringer Verbrauch des Verbrennungsmotors bei einer guten Leistungsentfaltung Ziel der Auslegung von Verbrennungsmotoren und deren Ansteuerung während des Betriebs des Kraftfahrzeugs.
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Dies soll insbesondere auch für Fahrzeuge gelten, die mit unterschiedlichen Kraftstoffen bzw. Kraftstoffgemischen betrieben werden können. Ein Beispiel hierfür ist ein so genanntes FFV, ein Flexible Fuel Vehicle. Also ein an den Kraftstoff anpassungsfähiges Fahrzeug, welches mit Benzin und Alkohol, insbesondere Methanol und/oder Ethanol, sowie in nahezu beliebigen Mischungen dieser drei Kraftstoffe betrieben werden kann. Im Folgenden soll der Begriff Kraftstoff auch den Begriff Kraftstoffgemische umfassen.
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Für eine möglichst optimale Prozessführung bzw. Steuerung/Regelung einer Verbrennung in den Zylindern des Verbrennungsmotors ist es daher notwendig zu wissen, mit welchem Kraftstoff das Fahrzeug aktuell betrieben wird, da sich die erhältlichen Kraftstoffe unterscheiden können. Dies betrifft insbesondere einen Alkoholgehalt des betreffenden Kraftstoffs. Für einen Betrieb des Verbrennungsmotors ist z. B. eine Kenntnis eines Ethanolgehalts im Kraftstoff aufgrund unterschiedlicher Stoffeigenschaften von Benzin und Ethanol notwendig. Damit einer Motorsteuerung bekannt ist, mit welchem Kraftstoff das Fahrzeug betrieben wird, wird eine Kraftstoffqualität einer Gemischzusammensetzung des Kraftstoffs mittels eines Kraftstoff-Qualitätssensors bestimmt.
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Es ist eine Vielzahl von Kraftstoffsensoren bekannt. Einige Sensoren sind in der Lage, die Zusammensetzung des Kraftstoffs beispielsweise als Verhältnis oder Prozentsatz von Alkohol zu Benzin innerhalb des Kraftstoffs zu bestimmen. Je nach einem festgestellten Verhältnis können die Zündeinstellung und die von einer Einspritzanlage gelieferte Kraftstoffmenge durch ein System zur Steuerung eines Kraftstoffflusses angepasst werden. Es ist ferner bekannt, dass eine relative Dielektrizitäts-Konstante von Benzin auf Grund eines unterschiedlichen Sauerstoffgehalts von der von einem Alkohol abweicht. Alkohol sind Benzin weisen zudem eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit auf. Dementsprechend ist der relative Alkoholgehalt eines Kraftstoffs eine Funktion der relativen Dielektrizitäts-Konstante, der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit und der Temperatur des Kraftstoffs.
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Bekannte Kraftstoffsensoren nutzen die Vorteile dieser bekannten Eigenschaften von Kraftstoffen und die elektrischen Eigenschaften der Bestandteile des Kraftstoffs, um z. B. den Alkoholgehalt im Kraftstoff bestimmen zu können. So offenbart die
EP 0 543 215 A1 einen kapazitiven Kraftstoffsensor, der an einer Kraftstoffleitung vorgesehen ist. Hierbei ist koaxial auf der metallischen Kraftstoffleitung ein metallisches Rohr vorgesehen, das zusammen mit der Kraftstoffleitung einen Zylinderkondensator bildet. Der Zwischenraum zwischen der Kraftstoffleitung und dem Rohr ist über Durchgangsöffnungen in der Kraftstoffleitung von innen befüllbar, sodass eine Kraftstoffzusammensetzung im Zylinderkondensator kapazitiv bestimmt werden kann.
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In der
EP 0 379 644 A1 ist ein Verfahren zur Feststellung des Alkoholgehaltes und/oder des Heizwertes von Kraftstoffen durch Messung messbarer elektrischen Größen des Kraftstoffes beschrieben. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit und einer apparativen Vereinfachung wird vorgeschlagen, dass bei Brennkraftmaschinen wenigstens ein Bauteil des Kraftstoffsystems gegenüber einer Gegenelektrode zur kondensatorischen Dielektrizitätsmessung des Kraftstoffes eingesetzt wird. Dabei besteht die Möglichkeit, dass zusätzlich ein Bauteil des Kraftstoffsystems gegenüber einer Gegenelektrode zur Messung des Leitwertes des Kraftstoffes eingesetzt wird. Auch kann die gleiche Gegenelektrode zur Dielektrizitätsmessung und zur Messung des Leitwertes des Kraftstoffes eingesetzt werden. Als Bauteil des Kraftstoffsystems zur kondensatorischen Dielektrizitätsmessung wird vorzugsweise das Leitungssystem des Kraftstoffs benutzt und zwar insbesondere eine metallische Leitung. Im Übrigen wird vorgeschlagen, den Kraftstofftank, den Druckregler, das Druckhalteventil oder den Federspeicher als Kraftstoff speichernde Teile zu verwenden.
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Aus der
DE 39 23 992 A1 ist ein Kraftstoffsensor zur Erfassung eines Mischungsanteils einer bestimmten Flüssigkeit, insbesondere Methanol, in einem Kraftstoffgemisch bekannt, wobei der Sensor ausgestattet ist mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse untergebrachten Aufbau, der einen hindurchgeformten Kraftstoffkanal aufweist. Ferner ist eine durch den Aufbau im Gehäuse gehaltene Elektrodenanordnung beschrieben, die wenigstens zwei Sondenteile aufweist, die den Kraftstofffluss im Kraftstoffkanal ausgesetzt sind und ein im Gehäuse untergebrachte Ausgangssteuereinrichtung liefert ein verstärktes Spannungsausgangssignal, das sich in Abhängigkeit eines geringen Informationssignals ändert. Im Gehäuse sind elektrische Leitungsmittel zur elektrischen Verbindung der Elektrodenanordnung mit der Eingangsseite der Ausgangssteuereinrichtung vorhanden, so dass die Ausgangssteuereinrichtung ein verstärktes Spannungsausgangssignal liefert, das in Abhängigkeit einer Kapazität sich ändert, die zwischen den beiden Sondenteilen vorhanden ist.
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In der
US 5,179,926 A ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Art des Alkohols innerhalb einer Alkohol-Benzin-Kraftstoffmischung für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Die Vorrichtung enthält einen Sensor zum Messen des elektrischen Widerstandes des Kraftstoffgemisches und zur Erzeugung eines Signals, das repräsentativ ist für den Widerstand dieses Gemisches. Ferner sind Mittel vorgesehen, denen dieses Sensorsignal zugeführt wird zum Bestimmen der Art des Alkohols in dem Kraftstoffgemisch und Mittel zum Erzeugen eines Ausgangssignals zum Anzeigen der Art des Alkoholes im Kraftstoffgemisch. Des Weiteren ist in dieser Druckschrift angegeben, dass neben dem Widerstand des Kraftstoff-Alkoholgemisches auch die Kapazität des Kraftstoffgemisches mittels eines kapazitiven Sensors ermittelt und bei der Bestimmung der Art und Konzentration des Alkohols innerhalb des Gemisches bestimmt werden kann.
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Die
EP 0 472 767 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Feststellen des Alkoholgehaltes oder Heizwertes eines Gemisches, in dem Alkohol und Benzin enthalten sind, durch Messen der Kapazität und des Leitwertes der Messanordnung sowie der Temperatur des Gemisches in einem von ihm durchflossenen, elektrisch leitenden Gehäuse und Auswertender Messung in einer Messschaltung, wobei ein Teil des Gehäuses eine erste Elektrode und ein Sensorelement eine zweite Elektrode eines Kondensators bildet. Hierzu ist das Sensorelement in einer Zwischenplatte befestigt, teilweise von dem Gemisch umgeben und bildet eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Elektrode und der Messschaltung. Die Zwischenplatte dichtet das Gehäuse zur Messschaltung hin hermetisch ab.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein alternatives oder verbessertes Verfahren zum Bestimmen einer Kraftstoffqualität und einen alternativen oder verbesserten Kraftstoffsensor für ein Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Kraftfahrzeug anzugeben. Die Kraftstoffqualität soll durch das erfindungsgemäße Verfahren und den erfindungsgemäßen Kraftstoffsensor zuverlässig und möglichst kostengünstig sensier- bzw detektierbar, d. h. bestimmbar sein. Ferner soll es erfindungsgemäß möglich sein, mit einer nur geringen baulichen Modifikation an/in einem Fahrzeug ohne Kraftstoffsensor, einen solchen vorzusehen und damit ein Verfahren zum Bestimmen der Kraftstoffqualität durchzuführen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Kraftstoffqualität einer Gemischzusammensetzung eines Kraftstoffs nach Anspruch 1; einen Kraftstoffsensor für ein Kraftfahrzeug, gemäß Anspruch 11; und eine Verwendung einer Kraftstoffpumpe als Kraftstoffsensor, gemäß Anspruch 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem Stator eines Elektromotors, insbesondere einer Kraftstoffpumpe, wie z. B. einer Kraftstoff-Vorförderpumpe, ein elektrischer Parameter eines darin befindlichen Kraftstoffs bestimmt. Der erfindungsgemäße Kraftstoffsensor umfasst einen Elektromotor, insbesondere einer Kraftstoffpumpe, mit einem Stator und einem Rotor. Der Elektromotor ist derart eingerichtet und wird zeitweise derart angesteuert, dass ein elektrischer Parameter eines zwischen dem Rotor und dem Statur befindlichen Kraftstoffs bestimmbar ist. Der jeweilige elektrische Parameter ist dabei ein Maß für die Kraftstoffqualität.
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Gemäß der Erfindung läuft der Elektromotor im Nassen, also in demjenigen Kraftstoff, dessen Qualität bzw. Güte bestimmt wird; d. h. in einem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor befindet sich Kraftstoff. Der zu bestimmende elektrische Parameter kann dabei ein kapazitiver Parameter und/oder ein resistiver Parameter sein, wobei der jeweilige Parameter eine bestimmte Aussage über die Kraftstoffqualität des in einem Rotorraum des Stators befindlichen Kraftstoffs erlaubt.
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Anhand des elektrischen Parameters kann ein Alkoholgehalt, insbesondere ein Methanol- und/oder Ethanolgehalt, im Kraftstoff bestimmt werden. Gemäß der Erfindung kann eine elektrische Leitfähigkeit und/oder eine Permittivität/Dielektrizitätszahl des Kraftstoffs ermittelt werden, um Informationen über die Zusammensetzung des Kraftstoffs zu erhalten. Hierdurch sind z. B. eine Klopffestigkeit, ein Siedebereich und ein Energiegehalt des Kraftstoffs bestimmbar, was für eine korrekte Ansteuerung eines Verbrennungsmotors und einen emissionsarmen und geringen Verbrauch des Verbrennungsmotors von zentraler Bedeutung ist. Ferner wird gemäß der Erfindung ein bisher verwendeter Kraftstoffsensor bzw. eine dazu analoge Sensorik obsolet.
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Bei der Erfindung handelt es sich um einen als einen Elektromotor oder eine Kraftstoffpumpe ausgebildeten Kraftstoffsensor bzw. einen Elektromotor oder eine Kraftstoffpumpe mit einer Einrichtung zum Sensieren eines elektrischen Parameters des Kraftstoffs. Ein geeigneter Elektromotor oder eine geeignete Kraftstoffpumpe gemäß der Erfindung ist ansteuerbar, um das erfindungsgemäße Ergebnis zu erhalten. Diese Erfindung realisiert einen wirtschaftlicheren und einfacheren Ansatz zur Kraftstoff-Messtechnologie, wobei das erfindungemäße Verfahren kostengünstig umgesetzt werden kann, wobei allenfalls geringe baulichen Veränderungen vorgenommen werden müssen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Elektromotor für das Bestimmen des elektrischen Parameters in einem Sensiermodus betrieben, in welchem bestimmte Abschnitte des Elektromotors mit elektrischer Spannung beaufschlagt werden. Bevorzugt ist es dabei, dass der Elektromotor bzw. der Rotor des Elektromotors stillsteht. Bei der Anwendung der Erfindung auf ein Fahrzeug kann der Sensiermodus insbesondere bei einem Stillstand des Fahrzeugs, z. B. zeitlich vor Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors, oder während einer Schubphase des Verbrennungsmotors eingerichtet werden.
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Gemäß der Erfindung kann der Kraftstoffsensor eine elektrische Steuereinrichtung aufweisen, mittels welcher der Elektromotor im Sensiermodus betreibbar ist und zeitweise betrieben wird und mittels welcher elektrische Parameter bestimmbar ist. Ferner können in der Steuereinrichtung elektrische Parameter des Kraftstoffs aufbereitet werden, wobei dann die aufbereiteten Sensormesswerte einem Gerät, insbesondere einem Steuergerät im Fahrzeug zugänglich gemacht werden, welches bevorzugt eine Zündeinstellung und eine Kraftstoffversorgung derart anpasst, wie es der aktuellen Zusammensetzung des Kraftstoffs entspricht. In Ausführungsformen der Erfindung kann die elektrische Steuereinrichtung eine Motorsteuerung, insbesondere eine Motorsteuerung für ein Kraftfahrzeug sein.
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Gemäß der Erfindung bildet wenigstens ein Abschnitt des Rotorraums des Stators einen Bereich für ein Dielektrikum eines Kondensators und/oder einen Bereich für ein Widerstandsmaterial eines elektrischen Widerstands, wobei das Dielektrikum bzw. das Widerstandsmaterial wenigstens teilweise vom Kraftstoff gebildet wird. Analog bildet dann ein Abschnitt des Stators und/oder des Rotors einen entsprechenden anderen Bereich des Kondensators und/oder des elektrischen Widerstands, z. B. eine elektrische Zuleitung und/oder eine Elektrode. D. h. im Sensiermodus fungieren bestimmte Bereiche bzw. Abschnitte des Stators und des Rotors als solche elektrischen Bauteile. Hierbei ist das jeweilige elektrische Bauteil immer nur im Sensiermodus des Kraftstoffsensors aktiv; ansonsten hat dieses mittels einer elektrischen Schaltung etablierte Bauteil während des Betriebs des Kraftstoffsensors keine Auswirkungen, dieser kann also als ein Elektromotor oder eine Kraftstoffpumpe arbeiten.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Mehrzahl von Kondensatoren innerhalb des Elektromotors elektrisch einzurichten. Hierfür ist der Elektromotor mit einer entsprechenden Verdrahtung bzw. elektrischen Anschlüssen versehen, die mittels der Steuereinrichtung ansteuerbar sind. Die Steuereinrichtung bestimmt die Kapazität des Kondensators, die im Wesentlichen vom Abstand der Elektroden und dem zwischen den Elektroden befindlichen Kraftstoff abhängt. Ist der Rotor Teil des Dielektrikums, so verhält sich dieser im Wesentlichen neutral, da er meist aus einem Metall gefertigt ist. Ist dies nicht der Fall, so muss der Rotor als Material im Dielektrikum berücksichtigt werden.
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So ist es z. B. möglich, eine Außenseite des Rotors und eine Innenseite des Stators, also bevorzugt eine Innenseite des Rotorraums, als Elektroden eines Kondensators elektrisch zu verschalten. Hierbei kann auch nur eine jeweilige Teilfläche eine wirksame Elektrodenfläche des Kondensators bilden, was dann der Fall ist, wenn nicht alle Pole des Stators zusammen als eine Elektrode fungieren. Fungieren alle Pole des Stators als eine gemeinsame Elektrode, dann erhält man einen Zylinderkondensator, ist dies nicht der Fall, so erhält man einen Plattenkondensator mit zueinander im Wesentlichen parallelen, gekrümmten Elektroden. Bei solchen Ausführungsformen wird das Dielektrikum des Kondensators ausschließlich vom im Spalt zwischen Stator und Rotor befindlichen Kraftstoff gebildet.
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Ferner ist es möglich, den Rotor in das Dielektrikum des Kondensators einzubeziehen. D. h. wenigstens zwei im Wesentlichen einander gegenüberliegende Pole des Stators bilden zwei Elektroden aus, wobei diese wenigstens beiden Pole wiederum von der Steuereinrichtung entsprechend angesteuert werden. In einem solchen Fall wird das Dielektrikum des Kondensators vom Kraftstoff in einem Spaltbereich zwischen Stator und Rotor, vom Rotor selbst und wiederum von einem dem ersten Spaltbereich gegenüberliegenden zweiten Spaltbereich zwischen Rotor und Stator gebildet. D. h. zwei einander im Wesentlichen gegenüberliegende Innenseiten des Rotorraums des Stators bilden die beiden Elektroden des Kondensators. Hierbei fungieren zwei oder mehr Spulen des Stators zusammen mit ihren Spulenkernen als Kondensator.
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Es ist hierbei nicht notwendig, dass die Elektroden parallel zueinander angeordnet sind und/oder sich exakt gegenüberliegen. Es genügt, wenn sich die Elektrodenflächen einander derart überdecken, dass sich ein elektrisches Feld zwischen ihnen bilden kann, in welchem sich Kraftstoff als wenigstens ein Teil des Dielektrikums befindet.
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Der elektrische Widerstand kann z. B. derart eingerichtet werden, dass der Rotor und ein Material des Stators mit elektrischer Spannung beaufschlagt werden; d. h. der Rotor und der Stator fungieren als elektrische Zuleitungen zum elektrischen Widerstand, der vom im Spalt zwischen Stator und Rotor befindlichen Kraftstoff gebildet wird. D. h. der gebildete elektrische Widerstand ist wenigstens teilweise radialsymmetrisch in Richtung eines elektrischen Stromflusses. Die Steuereinrichtung wertet einen Spannungsabfall im Spalt aus, was ein Maß für den elektrischen Widerstand des im Spalt befindlichen Kraftstoffs ist.
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In Ausführungsformen der Erfindung kann im Sensiermodus innerhalb des Stators und/oder zwischen dem Stator, also dem Material des Stators selbst oder einer Spule, und dem Rotor, am Kondensator und/oder am elektrischen Widerstand elektrische Spannung angelegt werden. Bevorzugt wird dabei eine Zeitkonstante eines Lade- und/oder Entladevorgangs von elektrischem Strom und/oder elektrischer Spannung am Kondensator oder einer Spule bestimmt. Ferner kann im Sensiermodus eine Frequenz eines elektrischen Schwingkreises zwischen einer Spule und dem Kondensator bestimmt werden. Des Weiteren kann der elektrische Widerstand des Widerstandsmaterials, ggf. in Abhängigkeit von der Zeit, bei Anlegen einer elektrischen Spannung bestimmt werden. Die betreffende Zeitkonstante, die Frequenz des Schwingkreises, der elektrische Widerstand und auch die Kapazität des Kondensators sind jeweils ein Maß für den elektrischen Parameter des Kraftstoffs.
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Gemäß der Erfindung kann eine Kraftstoffpumpe als Kraftstoffsensor verwendet werden, wobei mit der Kraftstoffpumpe bzw. deren Elektromotor ein elektrischer Parameter des zwischen dem Stator und dem Rotor des Elektromotors befindlichen Kraftstoffs bestimmt wird bzw bestimmbar ist. Der elektrische Parameter ist dabei wiederum ein Maß für die Kraftstoffqualität. Hierbei kann die Kraftstoffpumpe ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen und/oder der Kraftstoffsensor ist erfindungsgemäß ausgebildet.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Zeichnung näher erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen:
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1 einen 2-poligen Elektromotor einer Kraftstoffpumpe, mittels welchem bzw. welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist;
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2 einen 4-poligen Elektromotor einer Kraftstoffpumpe, mittels welchem bzw. welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist;
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3 einen erfindungsgemäßen Kraftstoffsensor beim Laden eines in ihm ausgebildeten Kondensators; und
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4 den Kraftstoffsensor aus 3 beim Entladen des Kondensators.
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Kraftfahrzeuge haben meist im Kraftstofftank eine Kraftstoffpumpe 10 (siehe 3, 4), insbesondere eine Kraftstoff-Vorförderpumpe 10 verbaut, welche Kraftstoff Kr zu einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs fördert. Der Kraftstoff Kr kann dabei ein reinsortiger Kraftstoff, wie z. B. Benzin oder Diesel, oder ein Kraftstoffgemisch, insbesondere ein Benzin-Alkohol-Gemisch, bevorzugt ein Benzin-Methanol-Gemisch oder ein Benzin-Ethanol-Gemisch, oder z. B. auch ein Diesel-Biodiesel-Gemisch sein.
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Die Kraftstoffpumpe 10 wird meist durch einen bevorzugt als Gleichstrommotor ausgebildeten Elektromotor 12 angetrieben (siehe 1, 2). Es ist bevorzugt, dass der Elektromotor 12 als ein Innenläufermotor mit einem permanenterregten Rotor 110, dem beweglichen Bauteil des Elektromotors 12, auch Anker 110 genannt, ausgebildet ist. Dies erfolgt mittels eines Permanentmagneten. Der Stator 100, also das unbewegliche Bauteil des Elektromotors 12, weist dabei eine Mehrzahl von Polen 104 auf, die jeweils mit einer Wicklung einer Spule 102 versehen sind. Die Erfindung soll jedoch nicht auf solche Gleichstrom-Elektromotoren beschränkt sein, sondern auf alle Elektromotoren, also z. B. auch auf Wechselstrom- oder Drehstrom-Elektromotoren anwendbar sein.
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Die Kraftstoffpumpe 10 und deren Elektromotor 12, also die Spulen 102 des Stators 100 des Elektromotors 12 und/oder der oder die Elektromagneten des Rotors 110 (in der Zeichnung nicht dargestellt) werden von einer Steuereinrichtung 14 angesteuert. Hierbei kann die Steuereinrichtung 14 eine interne, also eine in der Kraftstoffpumpe 10 verbaute Steuereinrichtung 14 oder eine externe Steuereinrichtung 14 sein. Ferner ist es möglich, die Steuereinrichtung 14 in einer größeren Steuereinheit, z. B. einer Motorsteuerung (ECU = Engine Control Unit) des Verbrennungsmotors bzw. des Kraftfahrzeugs zu realisieren.
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Die 1 zeigt einen zwei- und die 2 einen vier-poligen Elektromotor 12 einer Kraftstoffpumpe 10 schematisch im Schnitt. Hierbei kann der Rotor 110 fremd- oder permanenterregt sein. Innerhalb des Stators 100 ist ein Rotorraum 106 ausgebildet, in welchem der Rotor 110 um seine Längsachse rotierbar vorgesehen ist. Innerhalb des Rotorraums 106, also zwischen dem über Spulen 102 ansteuerbaren Stator 100 und dem Rotor 110 befindet sich ein Spalt 108, der mit Kraftstoff Kr gefüllt ist, d. h. der Elektromotor 12 läuft im Kraftstoff Kr.
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Gemäß der Erfindung kann der Kraftstoff Kr im Spalt 108 zwischen dem Stator 100 und dem Rotor 110 der Kraftstoffpumpe 10 bzw. des Elektromotors 12 analysiert werden. D. h. es wird gemäß der Erfindung wenigstens eine physikalische oder chemische Eigenschaft bestimmt, die für den Betrieb des Verbrennungsmotors verwendbar ist. D. h. gemäß der Erfindung ist der Verbrennungsmotor im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ohne Kraftstoffsensor besser ansteuerbar.
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D. h. auch, dass gemäß der Erfindung eine Kraftstoffpumpe 10 bzw. ein Elektromotor 12 als ein Kraftstoffsensor 1 bzw. ein Kraftstoff-Qualitätssensor 1 verwendet wird, bzw. der Kraftstoffsensor 1 eines Kraftfahrzeugs in einer Kraftstoffpumpe 10 bzw. einem Elektromotor 12 realisiert ist. Hierzu muss der Elektromotor 12 entsprechend eingerichtet sein und entsprechend angesteuert werden, sodass dieser die Funktion eines Sensors übernehmen kann.
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Gemäß der Erfindung wird mittels der Kraftstoffpumpe 10 bzw. des Elektromotors 12 ein Parameter Pn bzw. ein elektrischer Parameter Pn, insbesondere ein kapazitiver PK oder ein resistiver Parameter PR des Kraftstoffs Kr bestimmt, der wiederum ein Maß für den vorliegenden Kraftstoff Kr ist. D. h. es wird gemäß der Erfindung bevorzugt ein Verhalten des Kraftstoffs Kr in Bezug auf ein elektrisches Feld bzw. in Bezug auf dessen Leitfähigkeit festgestellt. Bevorzugt wird also ein kapazitiver PK oder ein resistiver Parameter PR bzw. ein diesem analoger Wert des Kraftstoffs Kr bestimmt; dies kann z. B. eine Dielektrizitätszahl und/oder ein ohmscher Widerstand sein.
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D. h. gemäß der Erfindung ist der Elektromotor 12 derart ausgelegt, dass der im Spalt 108 des Elektromotors 12 befindliche Kraftstoff Kr elektrisch bzw. elektronisch teilweise ausgewertet werden kann. Hierfür wird der Elektromotor 12 in einem Sensiermodus entsprechend angesteuert. Im Sensiermodus ist der Rotor 110 bevorzugt in Ruhe, was z. B. zeitlich vor dem Start oder nach einem Ausschalten des Verbrennungsmotors oder auch in einer Schubphase des Kraftfahrzeugs der Fall sein kann.
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Im Sensiermodus kann z. B. ein vorher nur „virtuell” vorhandener Kondensator mit Spannung beaufschlagt oder elektrischer Stromkreis geschlossen werden. Hierbei bildet der Kraftstoff Kr jeweils wenigstens einen Teil oder Abschnitt eines Dielektrikums oder eines Widerstandsmaterials des Kondensators bzw. des elektrischen Widerstands. Durch eine Auswertung des derart gewonnenen Parameters Pn; PK, PR kann auf physikalische und chemische Eigenschaften des im Spalt 108 vorhanden Kraftstoffs Kr geschlossen werden, anhand welcher der Verbrennungsmotor angesteuert wird. D. h. es wird gemäß der Erfindung die Qualität des Kraftstoffs Kr bzw. der verwendete Kraftstoff Kr bzw. das verwendete Kraftstoffgemisch Kr gemessen.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei zwei Spulen 102 des Stators 110 einen Kondensator bilden. Das Dielektrikum setzt sich dabei aus einem oberen (mit Bezug auf die 1) Spalt 108, dem Rotor 110 und einem unteren Spalt 108 zusammen. Im Sensiermodus werden die beiden Spulen 102 derart angesteuert, dass sich zwischen den Spulen 102 bzw. den Spulenkernen 104 (Pole 104) ein elektrisches Feld ausbildet. Hierfür sind die Spulen 102 entsprechend an die Steuereinrichtung 14 angeschlossen, die die Spulen 102 unterschiedlich bestromt. Die Steuereinrichtung 14 wertet das entstehende Signal, im vorliegenden Fall einen Lade- und oder Entladevorgang (siehe auch 3, 4) des Kondensators aus und bestimmt ein einer Kapazität des Kondensators analoges Signal PK.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf einen vier-poligen Elektromotor 12. Hierbei bildet sich das elektrische Feld des Kondensators zwischen zwei benachbarten Spulen 102 bzw. Polen 104 und einem Oberflächenbereich einer angrenzenden Rotoroberfläche aus; d. h. es entsteht quasi ein bogenförmiger Plattenkondensator. Hierfür wird der Rotor 110 entsprechend bestromt. Es ist natürlich auch möglich, einen oder eine Mehrzahl von Polen 104 hinzu- oder einen Pol 104 wegzuschalten, sodass ein Kondensator mit einer größeren bzw. kleineren Elektrodenfläche entsteht (Verschaltung in der 2 nicht dargestellt). Im ersteren Fall kann dabei maximal ein Zylinderkondensator entstehen.
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Die Ausführungsform der 2 eignet sich auch für eine elektrische Widerstandsmessung. D. h. statt dem kapazitiven Parameter PK wird der resistive Parameter PR bestimmt. Dies kann allerdings auch parallel oder sequentiell erfolgen.
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Die 3 und 4 zeigen in einer schematischen Darstellung ein Laden bzw. Entladen eines von zwei Spulen 102 bzw. Polen 104 gebildeten Kondensators, was mit einer Darstellung der 1 korrespondiert. Beim Laden wird ein bevorzugt in der Steuereinrichtung 14 realisierter elektronischer Schalter 140 geschlossen, und ein bevorzugt in der Steuereinrichtung 14 realisierter elektrischer Schalter 150 geöffnet, sodass sich ein elektrisches Feld zwischen den Spulen 102 bzw. Polen 104 ausbildet. Nach einer gewissen Zeit wird der Schalter 140 geöffnet und der Schalter 150 geschlossen, und der Kondensator entlädt sich über einen elektrischen Widerstand 130, an dem mittels einer Spannungsmesseinrichtung 120 ein Spannungsabfall gemessen wird.
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Hierbei kann eine Kapazitätsbestimmung des Kondensators z. B. im Wesentlichen folgendermaßen erfolgen. Es wird eine Zeitkonstante des Lade- und/oder Entladevorgangs von elektrischem Strom und/oder Spannung ermittelt. Ferner ist es möglich, eine Frequenz eines Schwingkreises zwischen einer Ankerspule und dem Kondenstor zu bestimmen. Anhand der ermittelten Kapazität des Kondensators kann auf eine Dielektrizitätszahl des Kondensators geschossen werden, die wiederum ein Maß für eine oder eine Mehrzahl von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des verwendeten Kraftstoffs Kr ist; d. h. es kann auf die Qualität des Kraftstoffs Kr geschlossen werden. Insbesondere wird damit ein Ethanolgehalt des Kraftstoffs Kr bestimmt.
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Praxisnah wird man in etwa folgendermaßen vorgehen. An die Elektroden des Kondensators wird eine Spannung angelegt und dabei ein Zeitpunkt bestimmt, bei welchem die elektrische Spannung einen bestimmten Wert erreicht hat. Dies ist z. B. τ = 63,2% einer Ausgangsspannung. Unter der Annahme, dass der elektrische Widerstand innerhalb des Kondensators gleich bleibt, kann aufgrund einer Änderung der Zeitkonstante eine Stoffabhängigkeit bestimmt werden, also auf einen anderen Kraftstoff Kr als einen Referenzkraftstoff oder -wert geschlossen werden. Vorteilhaft ist es hierbei über die vorherrschenden Temperaturverhältnisse Bescheid zu wissen, damit dies in eine Auswertung des Messergebnisses, z. B. als ein Faktor oder eine Konstante eingehen kann.
