DE102019112027A1 - Integrierter kraftstoffzusammensetzungs- und drucksensor - Google Patents

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Manuel Iván Calderón Delgado
Enrique Lopez Hernandez
Diego Cabrera Padilla
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Abstract

Die Offenbarung stellt einen integrierten Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor bereit. Verfahren und Systeme für einen integrierten Kraftstoffzusammensetzungs-/Drucksensor werden bereitgestellt. In einem Beispiel kann der integrierte Sensor einen Satz von zylindrischen Kondensatoren und einen Satz von Plattenkondensatoren beinhalten, wobei ein gemeinsames Kondensatorelement zwischen den Sätzen gemeinsam genutzt wird. Eine Zusammensetzung des Kraftstoffs kann von dem Satz von zylindrischen Kondensatoren bestimmt werden und ein Druck des Kraftstoffs kann von dem Satz von Plattenkondensatoren bestimmt werden.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine elektronische Vorrichtung zum Bestimmen einer Kraftstoffzusammensetzung und eines Kraftstoffdrucks in einer Kraftstoffleitung.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Flexible Kraftstofffahrzeuge (flexible fuel vehicle - FFV) sind eine Alternative zu herkömmlichen benzinbetriebenen Fahrzeugen und beinhalten eine Brennkraftmaschine, um Mischungen von Benzin und einem Sekundärkraftstoff, wie etwa Methanol, Ethanol, Propan oder andere Alkohole oder Oktanzahlverbesserer, zu verbrennen. Kraftstoffgemische, die Ethanol enthalten, sind aufgrund eines Ursprungs von Ethanol aus Biomasse, wobei verschiedene Rohmaterialien aus der Landwirtschaft verfügbar sind, besonders beliebt. Ein flexibler Kraftstoffmotor kann ausgelegt sein, um Kraftstoffmischungen von 0-100 % Ethanol zu verbrennen, wodurch der Benzinverbrauch und die Emission unerwünschter Nebenprodukte der Benzinverbrennung verringert werden.
  • Um den Motorbetrieb einzustellen, damit er mit Veränderungen in der Kraftstoffzusammensetzung zurechtkommt, kann ein Antriebsstrangsteuermodul (powertrain control module - PCM) einen Lernprozess durchlaufen. Die Fähigkeit des PCM, Veränderungen der Bedingungen der Kraftstoffversorgung effektiv zu diagnostizieren, kann vom Empfang genauer Signale abhängen, um Parameter als eine Basis für Berechnungen bereitzustellen. Um zum Beispiel geeignete Luft-Kraftstoff-Verhältnisse in den Brennkammern des Motors zu bestimmen, kann das PCM eine Schätzung oder Messung der Kraftstoffzusammensetzung (z. B. Prozentsatz von Ethanol) und eines Kraftstoffdrucks nutzen, um eine Menge an einzuspritzendem Kraftstoff zu bestimmen.
  • Das PCM kann solche Informationen von Sensoren erlangen, die dazu konfiguriert sind, Druck und Kraftstoffzusammensetzung zu messen. Bei einem Ansatz, der durch Tuckey u.a. in U.S. 5,044,344 beschrieben wird, beinhaltet ein Kraftstoffzufuhrsystem eines Motors ein Kraftstoffzufuhrmodul, das mit einem Sensor konfiguriert ist, der auf eine Kraftstoff-Alkohol-Konzentration reagiert. Das Kraftstoffzufuhrmodul beinhaltet zudem einen Drucksensor, der an die Kraftstoffzufuhrleitung gekoppelt ist, um einen Kraftstoffzufuhrdruck zu messen. Signale von dem Drucksensor und dem Alkoholkonzentrationssensor werden an einen Verstärker gesendet, der mit einer Kraftstoffpumpe kommuniziert, die den Kraftstofffluss zum Motor leitet.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel erhöht die Verwendung von getrennten Sensoren zum Messen des Drucks und der Zusammensetzung des Kraftstoffs, der in dem Motor verbrannt wird, Komplexität, Kosten, Gewicht und Bauraum des Kraftstoffsystems. Zusätzlich sind die in U.S. 5,044,344 offenbarten Sensoren in dem Kraftstofftank positioniert und berücksichtigen möglicherweise Druckverluste in der Kraftstoffleitung mit Abstand vom Kraftstofftank nicht. Da Kraftstoff durch die Kraftstoffleitung fließt, bevor er die Brennkammern erreicht, kann sich ein letztendlicher Zufuhrdruck deutlich von den Drücken, die am Tank gemessen werden, unterscheiden und zu einer schlechten Verbrennungseffizienz führen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch einen integrieren Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor angegangen werden, umfassend einen Satz von zylindrischen Kondensatoren, die konzentrisch angeordnet und voneinander beabstandet sind, wobei der Satz von zylindrischen Kondensatoren ausgelegt ist, um einen Fluidfluss axial durch jeden Kondensator des Satzes von zylindrischen Kondensatoren zu empfangen, und einen Satz von Plattenkondensatoren, die voneinander beabstandet sind, wobei ein gemeinsames Kondensatorelement zwischen dem Satz von zylindrischen Kondensatoren und dem Satz von Plattenkondensatoren gemeinsam genutzt wird. Auf diese Weise können Kraftstoffdruck und Kraftstoffzusammensetzung des Kraftstoffs durch einen einzelnen Sensor gemessen werden, der proximal zu Brennkammern des Motors positioniert sein kann.
  • Als ein Beispiel beinhaltet die elektronische Vorrichtung einen ersten Satz von Keramikplatten zum Bestimmen des Kraftstoffdrucks und einen zweiten Satz von konzentrischen zylindrischen Keramikplatten zum Bestimmen der Kraftstoffzusammensetzung des Kraftstoffs. Eine Hülse einer äußeren zylindrischen Platte des zweiten Satzes von Keramikplatten kann zwischen den zwei Sätzen von Keramikplatten gemeinsam genutzt werden und in beiden Messungen verwendet werden. Eine Kapazität kann zwischen jeden von dem ersten und zweiten Satz von Platten auf Grundlage eines Spannungspotentials berechnet werden. Die Permittivität des durch die elektronische Vorrichtung fließenden Kraftstoffs kann durch den zweiten Satz von zylindrischen Keramikplatten bestimmt und verwendet werden, um einen Prozentsatz von Ethanol in dem Kraftstoff zu berechnen. Die Permittivität kann ebenfalls verwendet werden, um eine Kapazität des ersten Satzes von Keramikplatten zu berechnen, die zusammen mit einer Einstellung zum Berücksichtigen einer Veränderung des Fluiddrucks aufgrund des Flusses durch die elektronische Vorrichtung den Kraftstoffdruck bestimmen kann.
  • Es versteht sich, dass die vorangehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, in dem ein integrierter Zusammensetzungs-/Drucksensor verwendet werden kann, um eine Kraftstoffzusammensetzung und einen Kraftstoffdruck des Kraftstoffs zu messen.
    • 2 zeigt ein Beispiel eines Motorsystems, das mit einem integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensor, der in einer Kraftstoffleitung angeordnet ist, konfiguriert ist.
    • 3 zeigt ein Beispiel eines integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensor, der ausgelegt ist, um Kraftstoffdruck und Kraftstoffzusammensetzung des Kraftstoffs zu messen.
    • 4 zeigt einen ersten Querschnitt eines Beispiels eines integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensors.
    • 5 zeigt einen zweiten Querschnitt eines Beispiels eines integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensors.
    • 6 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Messen von Kraftstoffdruck und Kraftstoffzusammensetzung des Kraftstoffs über einen integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensor.
    • 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Satzes von zylindrischen Kondensatoren und Parametern, die in einer Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung beinhaltet sind.
    • 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Satzes von Kondensatorplatten und Parametern, die in einer Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung beinhaltet sind.
    • 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Signalübertragung von einem integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensor zu einer Steuerung.
    • 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Satzes von zylindrischen Kondensatoren und Parametern, die in einer Bestimmung von Druck in einer Kraftstoffleitung stromabwärts eines integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensors beinhaltet sind.
  • Die 3-5 sind ungefähr maßstabsgetreu gezeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die nachfolgende Beschreibung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von sowohl Kraftstoffzusammensetzung als auch Kraftstoffdruck eines Kraftstoffs, der in einem Motor verbrannt wird. Die Vorrichtung kann in einem Motorsystem eines Fahrzeugs beinhaltet sein und insbesondere in einer Kraftstoffleitung zwischen einem Kraftstofftank und Zylindern eines Motors positioniert sein. Ein Beispiel eines Fahrzeugs, das ein solches Motorsystem beinhaltet, ist in 1 gegeben und ein Beispiel eines Motorsystems, das mit der Vorrichtung konfiguriert ist, ist in 2 gezeigt. Die Vorrichtung kann ein integrierter Sensor zum Messen sowohl eines Drucks als auch einer Zusammensetzung des Kraftstoffs, der im Motor verbrannt wird, sein. Der integrierte Sensor kann Sensorelemente beinhalten, einschließlich integrierter Kapazitätsplatten und konzentrisch angeordneter Kapazitätszylinder, wie in einer seitlich aufgeschnittenen Ansicht des integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensors in 3 veranschaulicht ist. Querschnitte des integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensors, die eine Ansicht senkrecht zu der Ansicht der 3 bereitstellen, sind in den 4 und 5 gezeigt und veranschaulichen Abwandlungen einer Geometrie eines zweiten Zylinders des integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensors. 6 ist ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben des integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensors, um eine Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs, das von dem Kraftstofftank zum Motor fließt, zu erlangen. Variable, die zum Berechnen der Kraftstoffzusammensetzung und des Kraftstoffdrucks verwendet werden können, wie im dem Verfahren der 6 beschrieben, sind in schematischen Darstellungen zylindrischer Kondensatoren, die verwendet werden, um die Kraftstoffzusammensetzung zu bestimmen, und Kondensatorplatten, die in Kombination mit den zylindrischen Kondensatoren verwendet werden, um den Kraftstoffdruck zu bestimmen, in den 7, 8 und 10 dargestellt. Eine schematische Darstellung, die in 9 abgebildet ist, veranschaulicht eine Übertragung elektronischer Signale von dem integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensor zu einer Motorsteuerung, wobei die bestimmte Kraftstoffzusammensetzung und der bestimmte Kraftstoffdruck verwendet werden können, um Motorvorgänge, wie etwa Zündfunke, Kraftstoffeinspritzung und Zeitsteuerung der Kurbelwelle, einzustellen.
  • Die 1-5 und 7-10 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können sie in mindestens einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander anliegend bzw. zueinander benachbart sein. Um ein Beispiel zu nennen, können Komponenten, die in flächenteilender Berührung zueinander liegen, als in flächenteilender Berührung bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich dazwischen lediglich ein Raum befindet und keine anderen Komponenten, zumindest in einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, in Bezug aufeinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in zumindest einem Beispiel als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und kann ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Wie hier verwendet, können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, um die Positionierung von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Somit sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können zudem Formen der Elemente, die in den Figuren dargestellt sind, als diese Formen (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen) aufweisend bezeichnet werden. Ferner können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in zumindest einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Des Weiteren kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
  • Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, wobei 1 ein beispielhaftes Fahrzeugantriebssystem 100 veranschaulicht. Das Fahrzeugantriebssystem 100 beinhaltet einen Kraftstoffverbrennungsmotor 110 und einen Motor 120. Als ein nicht einschränkendes Beispiel umfasst der Motor 110 eine Brennkraftmaschine und umfasst der Motor 120 einen Elektromotor. Der Motor 120 kann dazu konfiguriert sein, eine andere Energiequelle zu nutzen oder zu verbrauchen als der Motor 110. Beispielsweise kann der Motor 110 einen Flüssigkraftstoff (z. B. Benzin, Ethanol oder ein Benzin-Ethanol-Gemisch) verbrauchen, um eine Motorausgangsleistung zu erzeugen, während der Motor 120 elektrische Energie verbrauchen kann, um eine Motorausgangsleistung zu erzeugen. Somit kann ein Fahrzeug mit dem Antriebssystem 100 als ein Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV) bezeichnet werden und ein Fahrzeug, das Kraftstoffmischungen verbrennt, kann als ein flexibles Kraftstofffahrzeug (FFV) bezeichnet werden.
  • Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann abhängig von den Betriebsbedingungen, denen das Fahrzeugantriebssystem ausgesetzt ist, eine Vielfalt von unterschiedlichen Betriebsmodi nutzen. Einige dieser Modi können ermöglichen, dass der Motor 110 in einem ausgeschalteten Zustand (d. h. auf einen abgeschalteten Zustand eingestellt) gehalten wird, in dem die Verbrennung von Kraftstoff an dem Motor unterbrochen ist. Beispielweise kann der Motor 120 das Fahrzeug bei ausgewählten Betriebsbedingungen über ein Antriebsrad 130 antreiben, wie durch Pfeil 122 angegeben, während der Motor 110 abgeschaltet ist.
  • Während anderer Betriebsbedingungen kann der Motor 110 auf einen abgeschalteten Zustand eingestellt sein (wie vorstehend beschrieben), während der Motor 120 betrieben werden kann, um eine Energiespeichervorrichtung 150 zu laden. Beispielsweise kann der Motor 120 ein Raddrehmoment von dem Antriebsrad 130 empfangen, wie durch Pfeil 122 angegeben, wobei der Motor die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zur Speicherung in der Energiespeichervorrichtung 150 umwandeln kann, wie durch Pfeil 124 angegeben. Dieser Betrieb kann als Nutzbremsung des Fahrzeugs bezeichnet werden. Demnach kann der Motor 120 in einigen Ausführungsformen eine Generatorfunktion bereitstellen. In anderen Ausführungsformen kann jedoch stattdessen ein Generator 160 ein Raddrehmoment von dem Antriebsrad 130 empfangen, wobei der Generator die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zum Speichern in der Energiespeichervorrichtung 150 umwandeln kann, wie durch Pfeil 162 angegeben.
  • Während noch anderer Betriebsbedingungen kann der Motor 110 betrieben werden, indem Kraftstoff verbrannt wird, der von einem Kraftstoffsystem 140 empfangen wird, wie durch Pfeil 142 angegeben. Beispielweise kann der Motor 110 betrieben werden, um das Fahrzeug über das Antriebsrad 130 anzutreiben, wie durch Pfeil 112 angegeben, während der Motor 120 abgeschaltet ist. Während anderer Betriebsbedingungen können sowohl der Motor 110 als auch der Motor 120 jeweils betrieben werden, um das Fahrzeug über das Antriebsrad 130 anzutreiben, wie durch Pfeile 112 bzw. 122 angegeben. Eine Konfiguration, bei der sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor das Fahrzeug selektiv antreiben können, kann als Fahrzeugantriebssystem vom Paralleltyp bezeichnet werden. Es ist zu beachten, dass der Motor 120 in einigen Ausführungsformen das Fahrzeug über einen ersten Satz von Antriebsrädern antreiben kann und der Motor 110 das Fahrzeug über einen zweiten Satz von Antriebsrädern antreiben kann.
  • In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugantriebssystem 100 als ein Fahrzeugantriebssystem vom Reihentyp konfiguriert sein, bei dem der Motor die Antriebsräder nicht direkt antreibt. Vielmehr kann der Motor 110 betrieben werden, um den Motor 120 mit Energie zu versorgen, der wiederum das Fahrzeug über das Antriebsrad 130 antreiben kann, wie durch Pfeil 122 angegeben. Beispielsweise kann der Motor 110 bei ausgewählten Betriebsbedingungen den Generator 160 antreiben, welcher wiederum eines oder mehrere von dem Motor 120, wie durch Pfeil 114 angegeben, oder der Energiespeichervorrichtung 150, wie durch Pfeil 162 angegeben, mit elektrischer Energie versorgen kann. Als ein weiteres Beispiel kann der Motor 110 betrieben werden, um den Motor 120 anzutreiben, der wiederum eine Generatorfunktion bereitstellen kann, um die Motorausgangsleistung in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Energie zur späteren Verwendung durch den Elektromotor in der Energiespeichervorrichtung 150 gespeichert werden kann. Das Fahrzeugantriebssystem kann außerdem konfiguriert sein, um abhängig von Betriebsbedingungen zwischen zwei oder mehreren der vorangehend beschriebenen Betriebsmodi zu wechseln.
  • Das Kraftstoffsystem 140 kann einen oder mehrere Kraftstoffspeichertanks 144 zum Speichern von Kraftstoff an Bord des Fahrzeugs beinhalten. Beispielsweise kann der Kraftstofftank 144 einen oder mehrere Flüssigkraftstoffe speichern, einschließlich unter anderem Benzin, Diesel und Alkoholkraftstoffe. In einigen Beispielen kann der Kraftstoff an Bord des Fahrzeugs als Gemisch aus zwei oder mehr unterschiedlichen Kraftstoffen gespeichert sein. Beispielweise kann der Kraftstofftank 144 konfiguriert sein, um ein Gemisch aus Benzin und Ethanol (z. B. E10, E85 usw.) oder ein Gemisch aus Benzin und Methanol (z. B. M10, M85 usw.) zu speichern, wodurch diese Kraftstoffe oder Kraftstoffgemische dem Motor 110 zugeführt werden können, wie durch Pfeil 142 angegeben. Es können noch andere geeignete Kraftstoffe oder Kraftstoffgemische dem Motor 110 zugeführt werden, wobei sie in dem Motor verbrannt werden können, um eine Motorausgangsleistung zu erzeugen. Die Motorausgangsleistung kann dazu genutzt werden, das Fahrzeug anzutreiben, wie durch Pfeil 112 angegeben, oder um die Energiespeichervorrichtung 150 über den Motor 120 oder den Generator 160 aufzuladen.
  • In einigen Beispielen kann die Energiespeichervorrichtung 150 dazu konfiguriert sein, elektrische Energie zu speichern, die anderen elektrischen Verbrauchern (außer dem Elektromotor) zugeführt werden kann, die sich an Bord des Fahrzeugs befinden, zu denen ein System zum Heizen und Klimatisieren der Kabine, ein System zum Starten des Motors, ein Scheinwerfersystem, Video- und Audiosysteme der Kabine usw. gehören. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Energiespeichervorrichtung 150 eine oder mehrere Batterien und/oder Kondensatoren beinhalten.
  • Ein Steuersystem 190 kann mit einem oder mehreren von dem Motor 110, dem Motor 120, dem Kraftstoffsystem 140, der Energiespeichervorrichtung 150 und dem Generator 160 kommunizieren. Das Steuersystem 190 kann sensorische Rückkopplungsinformationen von einem oder mehreren von dem Motor 110, dem Motor 120, dem Kraftstoffsystem 140, der Energiespeichervorrichtung 150 und dem Generator 160 empfangen. Ferner kann das Steuersystem 190 als Reaktion auf diese sensorische Rückkopplung Steuersignale an einen oder mehrere von dem Motor 110, dem Motor 120, dem Kraftstoffsystem 140, der Energiespeichervorrichtung 150 und dem Generator 160 senden. Das Steuersystem 190 kann eine Angabe einer von einem Fahrzeugführer angeforderten Ausgabe des Fahrzeugantriebssystems von einem Fahrzeugführer 102 empfangen. Beispielsweise kann das Steuersystem 190 eine sensorische Rückkopplung von einem Pedalpositionssensor 194 empfangen, der mit einem Pedal 192 kommuniziert. Das Pedal 192 kann sich schematisch auf ein Bremspedal und/oder ein Gaspedal beziehen.
  • In anderen Ausführungsformen kann ein elektrisches Übertragungskabel 182 weggelassen werden, wobei elektrische Energie drahtlos von einer Leistungsquelle 180 an der Energiespeichervorrichtung 150 empfangen werden kann. Beispielsweise kann die Energiespeichervorrichtung 150 elektrische Energie über eines oder mehrere von elektromagnetischer Induktion, Funkwellen und elektromagnetischer Resonanz von der Leistungsquelle 180 empfangen. Demnach versteht es sich, dass ein beliebiger geeigneter Ansatz zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 150 von einer Leistungsquelle verwendet werden kann, die nicht Teil des Fahrzeugs ist. Auf diese Weise kann der Motor 120 das Fahrzeug antreiben, indem eine andere Energiequelle genutzt wird als der Kraftstoff, der durch den Motor 110 genutzt wird.
  • Das Kraftstoffsystem 140 kann in regelmäßigen Abständen Kraftstoff von einer Kraftstoffquelle empfangen, die sich außerhalb des Fahrzeugs befindet. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Fahrzeugantriebssystem 100 betankt werden, indem Kraftstoff über eine Kraftstoffabgabevorrichtung 170 aufgenommen wird, wie durch Pfeil 172 angegeben. In einigen Ausführungsformen kann der Kraftstofftank 144 konfiguriert sein, um den Kraftstoff zu speichern, der von der Kraftstoffabgabevorrichtung 170 aufgenommen wurde, bis er dem Motor 110 zur Verbrennung zugeführt wird. In einigen Ausführungsformen kann das Steuersystem 190 eine Angabe des Füllstands des Kraftstoffs, der in dem Kraftstofftank 144 gespeichert ist, über einen Kraftstofffüllstandsensor empfangen. Der Füllstand des Kraftstoffs, der in dem Kraftstofftank 144 gespeichert ist (z. B. wie durch den Kraftstofffüllstandsensor identifiziert), kann dem Fahrzeugführer zum Beispiel über eine Kraftstoffanzeige oder eine Anzeigelampe kommuniziert werden, wie bei 196 angegeben. Weiterhin kann das Kraftstoffsystem 140 einen oder mehrere Sensoren zum Erkennen einer Kraftstoffzusammensetzung, wenn mehr als eine Kraftstoffart für die Verbrennung verwendet wird, sowie zum Messen eines Kraftstoffdrucks beinhalten.
  • 2 zeigt eine schematische Abbildung eines Fahrzeugsystems 200. Das Fahrzeugsystem 200 beinhaltet ein Motorsystem 208, das an ein Emissionssteuersystem 251 und ein Kraftstoffsystem 218 gekoppelt ist. Das Emissionssteuersystem 251 beinhaltet einen Kraftstoffdampfbehälter oder -kanister 222, der verwendet werden kann, um Kraftstoffdämpfe aufzufangen und zu speichern. In einigen Beispielen kann das Fahrzeugsystem 200 ein flexibles Kraftstofffahrzeugsystem (FFV) und/oder ein Hybridelektrofahrzeugsystem sein.
  • Das Motorsystem 208 kann einen Motor 210 beinhalten, der eine Vielzahl von Zylindern 230 aufweist. Der Motor 210 beinhaltet einen Motoreinlass 223 und einen Motorauslass 225. Der Motoreinlass 223 beinhaltet eine Drossel 262, die fluidisch mit dem Motoransaugkrümmer 244 über einen Einlassdurchlass 242 gekoppelt ist. Der Motorauslass 225 beinhaltet einen Abgaskrümmer 248, der zu einem Auslassdurchlass 235 führt, der Abgas an die Atmosphäre leitet. Der Motorauslass 225 kann eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 270 beinhalten, die an einer nahen Position im Abgas angebracht sein können. Eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator, eine Mager-NOx-Falle, einen Diesel- oder Benzinpartikelfilter, einen Oxidationskatalysator usw. beinhalten. In einigen Beispielen kann der Abgaskrümmer 248 mit Abgasrückführung konfiguriert sein, wobei der Abgaskrümmer stromaufwärts des Motoreinlasses 223 an den Ansaugdurchlass 242 gekoppelt ist, um verbranntes Gas mit Ansaugluft vor einer erneuten Verbrennung zu mischen (in 2 nicht gezeigt). Man wird verstehen, dass andere Komponenten in dem Motor enthalten sein können, wie etwa eine Vielzahl von Ventilen und Sensoren.
  • Das Kraftstoffsystem 218 kann einen Kraftstofftank 220 beinhalten, der an ein Kraftstoffpumpensystem 221 gekoppelt ist. Das Kraftstoffpumpensystem 221 kann eine oder mehrere Pumpen zum Druckbeaufschlagen von Kraftstoff beinhalten, der den Einspritzungen des Motors 210, wie etwa der dargestellten beispielhaften Einspritzung 266, zugeführt wird. Während nur eine einzelne Einspritzung 266 dargestellt ist, sind zusätzliche Einspritzungen für jeden Zylinder bereitgestellt. Es versteht sich, dass das Kraftstoffsystem 218 ein rücklauffreies Kraftstoffsystem, ein Kraftstoffsystem mit Rücklauf oder unterschiedliche andere Arten von Kraftstoffsystemen sein kann. Der Kraftstofftank 220 kann eine Vielzahl von Kraftstoffgemischen aufnehmen, einschließlich Kraftstoff mit einer Reihe von Alkoholkonzentrationen, wie etwa verschiedene Benzin-Ethanol-Gemische, die E10, E85, Benzin usw. und Kombinationen daraus.
  • Zum Beispiel ist der Kraftstofftank 220 in 2 mit einer ersten Innenkammer 224 und einer zweiten Innenkammer 226 gezeigt. Eine erste Kraftstoffart, wie etwa Benzin, kann in der ersten Innenkammer 224 gelagert werden, und eine zweite Kraftstoffart, wie etwa Ethanol, kann in der zweiten Innenkammer 226 gelagert werden. Kraftstofffüllstandsensoren 234, die sich in der ersten Innenkammer 224 und der zweiten Innenkammer 226 des Kraftstofftanks 220 befinden, können der Steuerung 212 eine Anzeige des Kraftstofffüllstands („Kraftstofffüllstandeingabe“) bereitstellen. Wie abgebildet, können die Kraftstofffüllstandsensoren 234 einen Schwimmer umfassen, der mit einem Regelwiderstand verbunden ist. Alternativ können andere Arten von Kraftstofffüllstandsensoren verwendet werden. Ventile 238 und 239 können den Kraftstofffluss von der ersten und zweiten Innenkammer 224, 226 in eine Mischkammer 240 steuern, in der die zwei Kraftstoffarten in einem gewünschten Verhältnis gemischt werden können, bevor sie durch die Kraftstoffpumpe 221 in eine Kraftstoffleitung 236 durchgepumpt werden.
  • Die Kraftstoffleitung 236 koppelt den Kraftstofftank 220 an den Motor 210. Eine effiziente Verbrennung und ein von der Verbrennung stammendes Spitzendrehmoment können von Motorvorgängen, wie etwa Zündungszeitsteuerung, Kraftstoffeinspritzungssteuerung, Einlass- und Auslassventilsteuerung, Schalten am Getriebe usw., abhängen. Eine Einstellung der Motorvorgänge, um eine gewünschte Motorleistung bereitzustellen, können gemäß einer gemessenen Kraftstoffzusammensetzung und eines gemessenen Kraftstoffdrucks durchgeführt werden. Die Kraftstoffzusammensetzung und der Kraftstoffdruck können durch einen integrierten Sensor 202 bestimmt werden, der linear in der Kraftstoffleitung 236 angeordnet und näher am Motor 210 als am Kraftstofftank 220 positioniert ist. Der integrierte Sensor 202 kann eine einzelne Vorrichtung sein, die dazu konfiguriert ist, sowohl einen Druck als auch eine Zusammensetzung des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung 236 zu messen. Die Messungen können durch elektrische Ausgaben gemeinsam genutzter Elemente des integrierten Sensors 202 erlangt werden, um einzelne Werte für Druck und Zusammensetzung zu bestimmen. Auf diese Weise kann Kraftstoff, der durch die Kraftstoffleitung 236 fließt, direkt durch den integrierten Sensor 202 (z. B. durch eine Mitte oder einen mittigen Abschnitt davon) fließen. Der integrierte Sensor 202 kann Signale (z. B. zwei Signale von zwei unterschiedlichen Elektroden, wie nachstehend weiter erläutert wird) an die Steuerung 212 ausgeben, die dann durch die Steuerung 212 verwendet werden können, um zum Beispiel einen Prozentsatz von Ethanol in dem Kraftstoff und einen Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung 236 zwischen dem integrierten Sensor 202 und dem Motor 210 zu bestimmen (z. B. zu berechnen). Komponenten und Betrieb des integrierten Sensors 202 werden nachstehend in den Beschreibungen der 3-8 weiter ausgeführt.
  • Die in dem Kraftstoffsystem 218 generierten Dämpfe können über eine Dampfrückgewinnungsleitung 231 zu dem Steuersystem 251 für Verdampfungsemissionen, das den Kraftstoffdampfkanister 222 beinhaltet, geleitet werden, bevor sie in den Motoreinlass 223 gespült werden. Die Dampfrückgewinnungsleitung 231 kann über eine oder mehrere Leitungen an den Kraftstofftank 220 gekoppelt sein und kann ein oder mehrere Ventile zum Absperren des Kraftstofftanks bei bestimmten Bedingungen beinhalten. Zum Beispiel kann die Dampfrückgewinnungsleitung 231 über eine oder mehrere oder eine Kombination der Leitungen 271, 273 und 275 an den Kraftstofftank 220 gekoppelt sein.
  • Ferner sind in einigen Beispielen ein oder mehrere Kraftstofftankentlüftungsventile in den Leitungen 271, 273 oder 275 beinhaltet. Neben anderen Funktionen können die Kraftstofftankentlüftungsventile es ermöglichen, dass der Kraftstoffdampfkanister des Emissionssteuersystems bei einem geringen Druck oder Vakuum gehalten wird, ohne die Kraftstoffverdampfungsgeschwindigkeit aus dem Tank zu erhöhen (was ansonsten auftreten würde, falls der Kraftstofftankdruck gesenkt würde). Zum Beispiel kann die Leitung 271 ein Stufenentlüftungsventil (grade vent valve - GW) 287 beinhalten, kann die Leitung 273 ein Füllbegrenzungsentlüftungsventil (fill limit venting valve - FLW) 285 beinhalten und kann die Leitung 275 ein Stufenentlüftungsventil (GW) 283. Ferner kann die Rückgewinnungsleitung 231 in einigen Beispielen an ein Kraftstoffeinfüllsystem 219 gekoppelt sein. In einigen Beispielen kann das Kraftstoffeinfüllsystem einen Tankdeckel 205 zum Abdichten des Kraftstoffeinfüllsystems gegen die Atmosphäre beinhalten. Das Betankungssystem 219 ist über ein Kraftstoffeinfüllrohr oder einen Kraftstoffeinfüllstutzen 211 an den Kraftstofftank 220 gekoppelt.
  • Ferner kann das Betankungssystem 219 eine Betankungsverriegelung 245 beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann es sich bei der Betankungsverriegelung 245 um einen Tankdeckelverriegelungsmechanismus handeln. Der Tankdeckelverriegelungsmechanismus kann dazu konfiguriert sein, den Tankdeckel automatisch in einer geschlossenen Position zu verriegeln, sodass der Tankdeckel nicht geöffnet werden kann. Zum Beispiel kann der Tankdeckel 205 über die Betankungsverriegelung 245 verriegelt bleiben, während der Druck oder das Vakuum in dem Kraftstofftank größer als ein Schwellenwert ist. Als Reaktion auf eine Betankungsanforderung, z. B. eine von einem Fahrzeugführer eingeleitete Anforderung, kann der Druck in dem Kraftstofftank herabgesetzt werden und der Tankdeckel entriegelt werden, nachdem der Druck oder das Vakuum in dem Kraftstofftank unter den Schwellenwert abgefallen ist. Der Tankdeckelverriegelungsmechanismus kann alternativ ein Riegel oder eine Kupplung sein, der bzw. die, wenn in Eingriff gebracht, das Entfernen des Tankdeckels verhindert. Der Riegel oder die Kupplung kann elektrisch verriegelt werden, zum Beispiel durch eine Magnetspule, oder kann mechanisch verriegelt werden, zum Beispiel durch eine Druckmembran.
  • In einigen Ausführungsformen kann es sich bei der Betankungsverriegelung 245 um ein Einfüllrohrventil handeln, das sich an einer Mündung des Kraftstoffeinfüllrohrs 211 befindet. In derartigen Ausführungsformen kann die Betankungsverriegelung 245 das Entfernen des Tankdeckels 205 nicht verhindern. Stattdessen kann die Betankungsverriegelung 245 das Einführen einer Betankungspumpe in das Kraftstoffeinfüllrohr 211 verhindern. Das Einfüllrohrventil kann elektrisch verriegelt werden, zum Beispiel durch eine Magnetspule, oder kann mechanisch verriegelt werden, zum Beispiel durch eine Druckmembran. In anderen Ausführungsformen kann die Betankungsverriegelung eine Betankungstürverriegelung sein oder unter Verwendung eines elektrischen Mechanismus verriegelt sein.
  • Das Emissionssteuersystem 251 kann eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen beinhalten, wie etwa einen oder mehrere Kraftstoffdampfkanister 222, die mit einem geeigneten Adsorptionsmittel gefüllt sind, wobei die Kanister konfiguriert sind, um Kraftstoffdämpfe (darunter verdampfte Kohlenwasserstoffe) während Auffüllvorgängen des Kraftstofftanks und „Betriebsverlust“ (das heißt Kraftstoff, der während des Fahrzeugbetriebs verdampft) zeitweise einzufangen. In einem Beispiel ist das verwendete Adsorptionsmittel Aktivkohle. Das Emissionssteuersystem 251 kann ferner einen Kanisterentlüftungsweg oder eine Entlüftungsleitung 227 beinhalten, der bzw. die Gase aus dem Kanister heraus 222 in die Atmosphäre leiten kann, wenn Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffsystem 218 gespeichert oder eingefangen werden.
  • Der Kanister 222 kann einen Puffer 222a (oder einen Pufferbereich) beinhalten, wobei jeder von dem Kanister und dem Puffer das Adsorptionsmittel umfasst. Wie gezeigt, kann das Volumen des Puffers 222a kleiner sein als das Volumen des Kanisters 222 (z. B. ein Bruchteil davon). Das Adsorptionsmittel des Puffers 222a kann das gleiche wie das Adsorptionsmittel in dem Kanister sein oder kann sich davon unterscheiden (z. B. können beide Aktivkohle beinhalten). Der Puffer 222a kann innerhalb des Kanisters 222 positioniert sein, sodass während der Kanisterbeladung Kraftstofftankdämpfe zuerst innerhalb des Puffers adsorbiert werden, und wenn der Puffer dann gesättigt ist, werden weitere Kraftstofftankdämpfe in dem Kanister adsorbiert. Im Vergleich werden Kraftstoffdämpfe während des Kanisterspülens zuerst von dem Kanister desorbiert (z. B. bis zu einer Schwellenmenge), bevor sie von dem Puffer desorbiert werden. Mit anderen Worten ist das Beladen und Entladen des Puffers nicht linear zu dem Beladen und Entladen des Kanisters. Somit ist die Wirkung des Kanisterpuffers, jegliche Kraftstoffdampfspitzen, die von dem Kraftstofftank in den Kanister fließen, zu dämpfen, wodurch die Möglichkeit, dass irgendwelche Kraftstoffdampfspitzen in den Motor gelangen, reduziert wird. Ein oder mehrere Temperatursensoren 232 können an den Kanister 222 oder innerhalb dessen gekoppelt sein. Wenn Kraftstoffdampf durch das Adsorptionsmittel in dem Kanister adsorbiert wird, wird Wärme erzeugt (Adsorptionswärme). Gleichermaßen wird Wärme verbraucht, wenn Kraftstoffdampf durch das Adsorptionsmittel in dem Kanister desorbiert wird. Auf diese Art und Weise können die Adsorption und Desorption von Kraftstoffdampf durch den Kanister auf Grundlage von Temperaturänderungen innerhalb des Kanisters überwacht und geschätzt werden.
  • Die Entlüftungsleitung 227 kann zudem ermöglichen, dass Frischluft in den Kanister 222 gesaugt wird, wenn gespeicherte Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffsystem 218 über die Spülleitung 228 und das Spülventil 261 zu dem Motoreinlass 223 gespült werden. Zum Beispiel kann das Spülventil 261 normalerweise geschlossen sein, aber bei bestimmten Bedingungen geöffnet werden, sodass das Vakuum von dem Motoransaugkrümmer 244 dem Kraftstoffdampfkanister zum Spülen bereitgestellt wird. In einigen Beispielen kann die Entlüftungsleitung 227 einen Luftfilter 259 beinhalten, der stromaufwärts von einem Kanister 222 darin angeordnet ist.
  • In einigen Beispielen kann der Strom von Luft und Dämpfen zwischen dem Kanister 222 und der Atmosphäre durch ein in der Entlüftungsleitung 227 gekoppeltes Kanisterentlüftungsventil geregelt werden. Wenn es enthalten ist, kann das Kanisterentlüftungsventil ein normalerweise offenes Ventil sein, sodass das Kraftstofftankabsperrventil (fuel tank isolation valve - FTIV) 252 das Entlüften des Kraftstofftanks 220 in die Atmosphäre steuern kann. Das FTIV 252 kann zwischen dem Kraftstofftank und dem Kraftstoffdampfkanister innerhalb der Leitung 278 positioniert sein. Das FTIV 252 kann ein normalerweise geschlossenes Ventil sein, das im geöffneten Zustand das Entlüften von Kraftstoffdämpfen aus dem Kraftstofftank 220 in den Kanister 222 ermöglicht. Kraftstoffdämpfe können dann in die Atmosphäre entlüftet oder über das Kanisterspülventil 261 zu dem Motoreinlasssystem 223 gespült werden.
  • Das Kraftstoffsystem 218 kann durch die Steuerung 212 durch selektive Einstellung der unterschiedlichen Ventile und Magnetspulen in einer Vielzahl von Modi betrieben werden. Zum Beispiel kann das Kraftstoffsystem in einem Kraftstoffdampfspeichermodus betrieben werden (z. B. während eines Vorgangs zum Betanken des Kraftstofftanks und wenn der Motor nicht läuft), wobei die Steuerung 212 das Absperrventil 252 öffnen kann, während sie das Kanisterspülventil (CPV) 261 schließt, um Betankungsdämpfe in den Kanister 222 zu leiten, während verhindert wird, dass die Kraftstoffdämpfe in den Ansaugkrümmer geleitet werden.
  • Als ein weiteres Beispiel kann das Kraftstoffsystem in einem Betankungsmodus betrieben werden (z. B. wenn eine Betankung des Kraftstofftanks durch einen Fahrzeugführer angefordert wird), wobei die Steuerung 212 das Absperrventil 252 öffnen kann, während sie das Kanisterspülventil 261 geschlossen hält, um den Druck in dem Kraftstofftank zu senken, bevor ermöglicht wird, dass Kraftstoff hineingegeben wird. Demnach kann das Absperrventil 252 während des Betankungsvorgangs offengehalten werden, um zu ermöglichen, dass Betankungsdämpfe in dem Kanister gespeichert werden. Nach dem Abschluss der Betankung kann das Absperrventil geschlossen werden.
  • Als noch ein weiteres Beispiel kann das Kraftstoffsystem in einem Kanisterspülmodus betrieben werden (z. B. nachdem eine Anspringtemperatur der Emissionssteuervorrichtung erreicht worden ist und wenn der Motor läuft), wobei die Steuerung 212 das Kanisterspülventil 261 öffnen kann, während sie das Absperrventil 252 schließt. Hier kann das durch den Ansaugkrümmer des laufenden Motors erzeugte Vakuum dazu verwendet werden, Frischluft durch die Entlüftungsleitung 27 und durch den Kraftstoffdampfkanister 22 zu saugen, um die gespeicherten Kraftstoffdämpfe in den Ansaugkrümmer 44 zu spülen. In diesem Modus werden die gespülten Kraftstoffdämpfe aus dem Kanister im Motor verbrannt. Das Spülen kann fortgesetzt werden, bis die gespeicherte Kraftstoffdampfmenge in dem Kanister unter einem Schwellenwert liegt.
  • Die Steuerung 212 kann einen Teil eines Steuersystems 214 umfassen. Der Darstellung nach empfängt das Steuersystem 214 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 216 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) und sendet Steuersignale an eine Vielzahl von Aktoren 281 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind). Als ein Beispiel können die Sensoren 216 den stromaufwärts von der Emissionssteuervorrichtung liegenden Abgassensor 237, den Temperatursensor 233, den Kraftstofftankdrucksensor 291 (fuel tank pressure sensor - FTPT), den Kanistertemperatursensor 243 und den integrierten Sensor 202 beinhalten. Andere Sensoren, wie etwa Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können an verschiedene Stellen im Fahrzeugsystem 200 gekoppelt sein. Als ein weiteres Beispiel können die Aktoren die Kraftstoffeinspritzung 266, die Drossel 262, das Kraftstofftankabsperrventil 253, die Pumpe 292 und die Betankungsverriegelung 245 beinhalten. Das Steuersystem 214 kann eine Steuerung 212 beinhalten. Die Steuerung kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage der Anweisung oder darin programmierten Codes (z. B. in einem Speicher der Steuerung programmiert und gespeichert) einer oder mehreren Routinen entsprechend auslösen. Eine beispielhafte Steuerroutine zum Bestimmen der Kraftstoffzusammensetzung und des Kraftstoffdrucks vom integrierten Sensor 202 wird hierin unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
  • Wie zuvor beschrieben, kann die Motorleistung erhöht werden, indem Motorvorgänge als Reaktion auf eine bestimmte Zusammensetzung und einen bestimmten Druck eines Kraftstoffgemischs in einem FFV eingestellt werden. Die Kraftstoffzusammensetzung und der Kraftstoffdruck können auf Grundlage von Ausgaben (z. B. Messungssignalen) von einem integrierten Sensor, wie etwa der integrierte Sensor 202 der 2, geschätzt werden. Zum Beispiel kann der integrierte Sensor 202 Signale weiterleiten, die Kapazitäten angeben, die durch Komponenten des Sensors generiert werden, die aufgrund von Veränderungen des Ethanolprozentsatzes und/oder des Drucks des Kraftstoffs, der durch den integrierten Sensor fließt, entstehen. Die Kapazität ist ein Verhältnis einer Veränderung der elektrischen Ladung in einem System zu eine entsprechenden Veränderung des elektrischen Potentials des Systems und kann von einer Geometrie des integrierten Sensors und der Permittivität des Kraftstoffs, der durch den integrierten Sensor fließt, abhängen.
  • Eine aufgeschnittene Seitenansicht 300 des integrierten Sensors 202 ist in 3 gezeigt. Ein Satz von Referenzachsen 301 ist bereitgestellt, die eine Y-Achse, eine X-Achse und eine Z-Achse angeben. Der integrierte Sensor 202 weist einen ersten Bereich 302 auf, der linear mit der Kraftstoffleitung 236 angeordnet ist, sodass Kraftstoff, der durch die Kraftstoffleitung fließt, auch durch den ersten Bereich 302 des integrierten Sensors 202 fließt. Mindestens ein Abschnitt des ersten Bereichs 302 ist vollständig innerhalb eines Innenraums eines Durchflussdurchlass 303 des Sensors 202 angeordnet. Der erste Bereich 302 kann eine Mittelachse 304 aufweisen, die auch eine Mittelachse 304 der Kraftstoffleitung 236 ist, und beinhaltet einen Satz von zylindrischen Kondensatoren, der mindestens zwei konzentrisch angeordnete Zylinder umfasst. Die Zylinder können aus Keramik oder anderen leitfähigen Materialen gebildet sein. Wie in 3 gezeigt, beinhaltet der erste Bereich 302 einen ersten Zylinder 308, gezeigt als zwei ebene Platten in der aufgeschnittenen Seitenansicht 300, der so ausgerichtet ist, dass ein Innendurchlass 310 des ersten Zylinders 308 entlang der Mittelachse 304 zentriert ist und eine Mittelachse des ersten Zylinders 308 koaxial zu der Mittelachse 304 ist. Der erste Zylinder 308 kann von einem zweiten größeren Zylinder 312 (z. B. mit größerem Durchmesser) umgeben sein, ebenfalls als zwei ebene Platten in der aufgeschnittenen Seitenansicht 300 gezeigt. Jeder von dem ersten Zylinder 308 (der als ein Innenzylinder bezeichnet werden kann) und dem zweiten Zylinder 312 (der als ein Außenzylinder bezeichnet werden kann, wobei innen/außen relativ zu der Mittelachse 304 ist) ist ringförmig und weist einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser auf, wobei eine Dicke jedes Zylinders zwischen dem jeweiligen Innen- und Außendurchmesser definiert ist. Zum Beispiel kann der zweite Zylinder 312 einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser der Kraftstoffleitung 236 und dem Durchflussdurchlass 303 des integrierten Sensors 202 ist, und einen Innendurchmesser, der im Wesentlichen gleich einem Innendurchmesser der Kraftstoffleitung 236 und dem Durchflussdurchlass 303 ist, aufweisen. In anderen Beispielen jedoch können sich der Außendurchmesser und der Innendurchmesser des zweiten Zylinders 312 von dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser der Kraftstoffleitung 236 unterscheiden.
  • Der erste Zylinder 308 kann durch den zweiten Zylinder 312 umschlossen und von diesem beabstandet sein, sodass eine Außenfläche des ersten Zylinders 308 eine Innenfläche des zweiten Zylinders 312 nicht berührt. Eine Position des ersten Zylinders 308, zentriert innerhalb des zweiten Zylinders 312, kann durch einen steifen Schaft 314 verankert sein, der aus einem nicht leitfähigen Material gebildet ist und den ersten Zylinder 308 mit dem zweiten Zylinder 312 verbindet. Ein äußerer Durchflussdurchlass 316 ist zwischen der Außenfläche des ersten Zylinders 308 und der Innenfläche des zweiten Zylinders 312 gebildet. Kraftstoff, der durch die Kraftstoffleitung 236 entlang einer durch den Pfeil 318 angegebenen Richtung, die parallel zur Mittelachse 304 ist, fließt, kann durchgehend durch den Innendurchlass 310 des ersten Zylinders 308 sowie durch den Außendurchlass 316 fließen. Der Kraftstoff berührt sowohl die Innen- und Außenfläche des ersten Zylinders 308 als auch die Innenfläche des zweiten Zylinders 312.
  • Der zweite Zylinder 312 kann eine erste Hülse 320 und eine zweite Hülse 322 umfassen. In einem Beispiel können die erste Hülse 320 und die zweite Hülse 322 aneinandergekoppelt sein, um eine durchgehende zylindrische Fläche (die einen kompletten Zylinder bildet) zu bilden, wie in einem ersten Querschnitt 400 des integrierten Sensors 202 in 4 gezeigt ist. Der erste Querschnitt 400 verläuft entlang A-A' der 3. Mit anderen Worten kann jede von der ersten Hülse 320 und der zweiten Hülse 322 eine Hälfte des zweiten Zylinders 312 bilden. Die Ränder 408 der ersten Hülse 320 und die Ränder 410 der zweiten Hülse 322 können durch Bereiche eines Materials der Kraftstoffleitung 236 verbunden sein. In anderen Beispielen jedoch kann jede von der ersten Hülse 320 und der zweiten Hülse 322 weniger als eine Hälfte des zweiten Zylinders 312 sein, wobei der Rest des Zylinders durch Bahnen eines Materials, das den Durchflussdurchlass 303 bildet, gebildet ist. Als ein Beispiel können die erste Hülse 320 und die zweite Hülse 322 jeweils ein Viertel des ringförmigen Querschnitts des zweiten Zylinders 312 umfassen, wie in einem zweiten Querschnitt 500 des integrierten Sensors 202 in 5 gezeigt ist. Der zweite Querschnitt 500 verläuft ebenfalls entlang A-A' der 3. Die erste Hülse 320 und die zweite Hülse 322 können durch Bahnen 502 verbunden sein, die ebenfalls aus dem Material des Durchflussdurchlasses 303 gebildet sind. Während die erste Hülse 320 und die zweite Hülse 322 in den 3-5 so gezeigt sind, dass sie ähnliche Abmessungen aufweisen, können andere Beispiele des integrierten Sensors 202 den zweiten Zylinder 312 beinhalten, bei dem die erste Hülse 320 kleiner (z. B. schmaler, dünner und/oder kürzer) als die zweite Hülse 322 ist oder die erste Hülse 320 größer (z. B. breiter, dicker und/oder länger) als die zweite Hülse 322 ist.
  • Die erste Hülse 320 kann dazu konfiguriert sein, sich zu biegen oder zu beugen, wenn sie eine nach außen gerichtete Kraft (z. B. weg von der Mittelachse 304) von einem Druck des Kraftstoffs, der durch den Außendurchlass 316 fließt, erfährt. Eine Krümmung der ersten Hülse 320 kann aufgrund des Drucks in einer Auswärtsrichtung leicht zunehmen, wie durch in den 4 und 5 gezeigte Pfeile 402 angegeben. Da die erste Hülse 320 aus Keramik gebildet sein kann und spröde und widerstandsfähig gegen Biegen sein kann, kann die Zunahme der Krümmung der ersten Hülse relativ gering sein. Alternativ kann die erste Hülse 320 ausgelegt sein, um sich als Reaktion auf einen erhöhten Druck in dem Außendurchlass 316 radial nach außen zu verschieben, ohne die Krümmung zu verändern, während sie beispielsweise mit den Bahnen 502 der 5 verbunden bleibt. Die zweite Hülse 322 kann ähnlich auf Veränderungen des Drucks des Kraftstoffs, der durch den zweiten Zylinder 312 fließt, reagieren oder kann dazu konfiguriert sein, eine Position der zweiten Hülse 322 ungeachtet des Drucks aufrechtzuerhalten.
  • Zurückkehrend zu 3 kann der integrierte Sensor 300 zusätzlich zu dem ersten Bereich 302 einen zweiten Bereich 326 aufweisen, der nach außen, von der Mittelachse 304 weg, vorsteht, und hauptsächlich außenliegend, z. B. außerhalb des Durchflussdurchlasses 303 und auch außerhalb des Fließpfads der Kraftstoffleitung 236, positioniert ist. Der zweite Bereich 326 kann einen parallelen Satz von Kapazitätsplatten umfassen, wobei die erste Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 eine Platte des Satzes von parallelen Kapazitätsplatten bildet und eine außenliegende Platte 328, z. B. außenliegend zu einem Pfad des Kraftstoffflusses, eine zweite Platte des Satzes von parallelen Kapazitätsplatten bildet. Die außenliegende Platte 328 kann ebenfalls aus Keramik oder einer anderen Art von leitfähigem Material gebildet sein. Die außenliegende Platte 328 kann über der ersten Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 in Bezug auf die Y-Achse positioniert und von der ersten Hülse 320 um einen Abstand beabstandet sein, die variieren kann, wenn sich die erste Hülse 320 als Reaktion auf einen Druckanstieg von dem Kraftstoff, der durch die zylindrischen Kapazitätsplatten fließt, biegt. Anders ausgedrückt ist die außenliegende Platte 328 außerhalb der ersten Hülse 320 in Bezug auf die Mittelachse 304 und eine äußere (z. B. außenliegende) Wand des Durchflussdurchlasses 303 positioniert. Die außenliegende Platte 328 kann so konfiguriert sein, dass sie statisch ist und sich, anders als die erste Hülse 320, als Reaktion auf eine Veränderung des Kraftstoffdrucks nicht biegt.
  • Die außenliegende Platte 328 kann so konfiguriert sein, dass sie die gleiche Länge wie die zweite Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 aufweist, wie in 3 gezeigt, wobei die Länge entlang der Z-Achse definiert ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Länge der ersten Hülse 320 und der außenliegenden Platte 328 unterschiedlich sein. In einem Beispiel kann die außenliegende Platte 328 eben sein, wie in 4 gezeigt, und kann eine Breite, definiert entlang der X-Achse, aufweisen, die breiter oder schmaler (wie in 4 gezeigt) als ein Außendurchmesser 404 des zweiten Zylinders 312 ist. In einem weiteren Beispiel, wie in 5 gezeigt, kann die außenliegende Platte 328 gekrümmt sein, wobei eine Krümmung der grundlegenden ungebogenen Krümmung der ersten Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 entspricht. Die gekrümmte außenliegende Platte 328 kann zudem eine Breite aufweisen, die schmaler oder breiter als der Außendurchmesser 404 des zweiten Zylinders 312 ist. Zusätzlich kann eine Dicke der außenliegenden Platte 328, definiert entlang der Y-Achse, gleich der Dicke der ersten Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 oder dünner oder dicker als diese sein.
  • Der zweite Bereich 326 des integrierten Sensors 202 kann zudem eine elektronische Vorrichtung 330 beinhalten, wie in 3 gezeigt, um elektronische Signale von dem integrierten Sensor 202 an ein Motorsteuersystem, wie etwa die Steuerung 212 des Motorsteuersystems 214 der 2, zu übertragen. Die elektronische Vorrichtung 330 kann aus einem leitfähigen Material gebildet sein, wie etwa ein Metall oder ein Verbundmaterial, und eine erste Elektrode 332 und eine zweite Elektrode 334 umfassen, wobei sowohl die erste als auch die zweite Elektrode 332, 334 senkrecht zu der Mittelachse 304 angeordnet ist. Die erste Elektrode 332 und die zweite Elektrode 334 können durch eine Kreuzschiene 336 verbunden sein, die die Position der ersten Elektrode 332 und der zweiten Elektrode 334 aufrechterhält. Die Kreuzschiene 336 kann koaxial zur Mittelachse 304 und von und über der außenliegenden Platte 328 beabstandet sein.
  • Die erste Elektrode 332 der elektronischen Vorrichtung 330 kann sich von einer Höhe über der außenliegenden Platte 332 nach unten durch die außenliegende Platte 328 und durch die erste Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 erstrecken, um die Außenfläche des ersten Zylinders 308 zu berühren. Die außenliegende Platte 328 und die erste Hülse 320 können mit Öffnungen ausgelegt sein, um Platz für das Einführen der ersten Elektrode 332 zu machen. Der Abschnitt der ersten Elektrode 332 zwischen der Innenfläche des zweiten Zylinders 312 und der Außenfläche des ersten Zylinders 308 kann in Kraftstoff eingetaucht sein. Die erste Elektrode 332 kann sich alternativ entlang einer Seitenkante der außenliegenden Platte 328, z. B. die in 4-5 gezeigte Seitenkante 406, und entlang einer in 5 gezeigten Seitenkante 504 der ersten Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 erstrecken, wenn die außenliegende Platte 328 und die erste Hülse 320 eine Breite aufweisen, die ein benachbartes Positionieren der ersten Elektrode 332 ermöglicht, während sie entlang der Y-Achse mit dem ersten Zylinder 308 ausgerichtet bleibt.
  • Die zweite Elektrode 334 kann um einen Abstand, der geringer als eine Breite (definiert entlang der Z-Achse) der Kreuzschiene 336 ist, parallel zu und beabstandet von der ersten Elektrode 332 ausgerichtet sein. Die zweite Elektrode 334 kann sich von einer Höhe gleich einer Höhe der ersten Elektrode 332 über der außenliegenden Platte 332 nach unten erstrecken, wobei sie entweder durch die Dicke der außenliegenden Platte 328 oder entlang der Seitenkante 406 der außenliegenden Platte 328 eindringt. Anders als die erste Elektrode 332 kann die zweite Elektrode eine Außenfläche der ersten Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 berühren, sich aber nicht durch die erste Hülse 320 erstrecken und den ersten Zylinder 308 nicht berühren. Die erste und zweite Elektrode 332, 334 übertragen somit elektronische Signale von unterschiedlichen Sätzen von Kapazitätsplatten, wobei die erste Elektrode 332 ein elektronisches Signal, das durch einen Kapazitätsunterschied zwischen den zwei Zylindern des Satzes von zylindrischen Kondensatoren (z. B. erster Zylinder 308 und zweiter Zylinder 312) generiert wird, weiterleitet und die zweite Elektrode 334 ein elektronisches Signal, das durch einen Kapazitätsunterschied zwischen den zwei Platten des Satzes von Plattenkondensatoren (z. B. außenliegende Platte 328 und erste Hülse 320) generiert wird, weiterleitet. Auf diese Weise kann der Sensor 202 zwei elektronische Signale ausgeben, wobei die erste Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 durch den Sensor verwendet wird, um jedes der zwei elektronischen Signale zu erzeugen.
  • Der integrierte Sensor 202 kann innerhalb eines Außengehäuses umschlossen sein, wie in 2 gezeigt, um eine Barriere zwischen dem zweiten Bereich 326 des integrierten Sensors 202 und anderen Objekten, wie etwa anderen Motorkomponenten, bereitzustellen. Die Öffnung in der ersten Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 oder einer der Bahnen 502 (wie in 5 gezeigt), durch die die erste Elektrode 332 eingeführt werden kann, kann abgedichtet sein, sodass Kraftstoff von dem Außendurchlass 316 des integrierten Sensors 202 nicht durch die Öffnung in den umschlossenen zweiten Bereich 326 des integrierten Sensors 202 fließen kann.
  • Auf diese Weise kann ein integrierter Sensor verwendet werden, um eine Kraftstoffzusammensetzung (z. B. Prozentsatz von Ethanol in einem Benzin-/Ethanolgemisch) und einen Kraftstoffdruck des Kraftstoffs, der in einer Kraftstoffleitung stromaufwärts der Motorzylinder eines Motors fließt, zu bestimmen. Der integrierte Sensor, der einen Satz von zylindrischen Kondensatoren und einen Satz von Plattenkondensatoren, die ein Element (z. B. die erste Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 der 3-5) gemeinsam nutzen, umfasst, kann mit einer elektrischen Speichervorrichtung verbunden sein, wie etwa mit der Energiespeichervorrichtung 150 der 1. Ein Potential kann an jedem von dem Satz von zylindrischen Kondensatoren und dem Satz von Plattenkondensatoren angelegt werden. Ein Potentialunterschied zwischen einem ersten Zylinder und einem zweiten Zylinder, wobei der zweite Zylinder den ersten Zylinder umgibt und um einen Abstand beabstandet ist, kann gemessen und verwendet werden, um eine Kapazität des Satzes von zylindrischen Kondensatoren zu berechnen. Die Kapazität kann auf Grundlage des Potentialunterschieds von einer vorbestimmten Kapazität des Satzes von zylindrischen Kondensatoren um einen Betrag abweichen. Die Kapazitätsveränderung des Satzes von zylindrischen Kondensatoren kann in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, wie etwa eine Spannung, und durch die elektronische Vorrichtung an eine Motorsteuerung gesendet werden, wobei eine Permittivität des Kraftstoffs aus dem elektrischen Signal bestimmt und mit Permittivitäten von Benzin und Ethanol verglichen werden kann. Zum Beispiel kann eine relative Permittivität von Benzin 2 sein und kann eine relative Permittivität von Ethanol kann 24,3 sein. Die berechnete Permittivität des Kraftstoffs kann ein Wert zwischen 2 und 24,3 sein und ein Prozentsatz von Ethanol in der Mischung aus Benzin und Ethanol kann auf Grundlage des berechneten Permittivitätswerts relativ zu dem Permittivitäten von Benzin und Ethanol berechnet werden.
  • Der Kraftstoffdruck kann von dem Satz von Plattenkondensatoren bestimmt werden. Der Satz von Plattenkondensatoren kann um einen bekannten Abstand beabstandet sein, wenn der Kraftstoff unbeweglich ist oder mit einer geringen Durchflussrate durch den Satz von zylindrischen Kondensatoren fließt. Wenn jedoch der Kraftstofffluss durch den Satz von zylindrischen Kondensatoren zunimmt, kann ein Druck von dem Kraftstoff eine nach außen gerichtete Kraft, z. B. weg von einer Mittelachse der Zylinder, auf den äußersten Zylinder des Satzes von zylindrischen Kondensatoren ausüben. Der äußerste Zylinder kann ausgelegt sein, um sich als Reaktion auf den Kraftstoffdruck nach außen zu biegen, wodurch der Abstand zwischen dem Satz von Plattenkondensatoren verringert wird. Die Veränderung des Abstands führt zu einer Veränderung der Kapazität des Satzes von Plattenkondensatoren. Eine Berechnung der Veränderung der Kapazität des Satzes von Kapazitätsplatten kann einen Potentialunterschied zwischen den Platten sowie die Permittivität des Kraftstoffs, die von dem Satz von Kapazitätszylinder bestimmt wird, beinhalten. Die Veränderung der Kapazität kann in eine Spannung umgewandelt werden, die an die Steuerung weitergeleitet wird. An der Steuerung kann bestimmt werden, dass ein Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung innerhalb des integrierten Sensors zwischen einem Innenzylinder, z. B. der erste Zylinder 308 der 3-5, und einer ersten Hülse des Außenzylinders, z. B. die erste Hülse 320 des zweiten Zylinders 312 der 3-5, der Veränderung der Kapazität entspricht.
  • Der Kraftstoffdruck innerhalb des integrierten Sensors, z. B. Pi in 3, kann sich von einem Kraftstoffdruck stromabwärts des integrierten Sensors, z. B. P2 in 2, zwischen dem integrierten Sensor und dem Motor aufgrund der Anwesenheit des Innenzylinders innerhalb des Kraftstoffflusspfads unterscheiden. Die Wechselwirkung des Kraftstoffs mit dem Innenzylinder kann Reibung generieren, wodurch der Kraftstoffdruck innerhalb des integrierten Sensors im Vergleich zu dem Kraftstoffdruck stromabwärts des integrierten Sensors erhöht wird. Der stromabwärtige Kraftstoffdruck (stromaufwärts des Motors) kann auf Grundlage einer berechneten Wirkung auf den durch Reibung zwischen dem Kraftstoff und dem Innenzylinder entstehenden Kraftstoffdruck geschätzt werden, wobei ein Druck des Kraftstoffs, wenn der Kraftstoff den Motor erreicht, bereitgestellt wird. Kraftstoffdruck und Kraftstoffzusammensetzung des in die Zylinder des Motors eingespritzten Kraftstoffs werden somit durch eine einzelne Vorrichtung (z. B. einzelnen elektronischen Sensor) gemessen, die proximal zu dem Motor angeordnet ist, wodurch Änderungen des Kraftstoffdrucks entlang der Kraftstoffleitung berücksichtigt werden. Berechnungen, die zum Bestimmen der Kraftstoffzusammensetzung und des Kraftstoffdrucks verwendet werden, werden nachstehend in einem in 6 gezeigten Beispiel einer Routine weiter ausgeführt.
  • Ein Beispiel einer Routine 600 zum Bestimmen einer Kraftstoffzusammensetzung und eines Kraftstoffdrucks von Kraftstoff von einem integrierten Sensor, der in einer Kraftstoffleitung zwischen einem Kraftstofftank und einem Motor eines Fahrzeugs und proximal zu dem Motor angeordnet ist, wird in 6 bereitgestellt. Der integrierte Sensor kann einen Satz von zylindrischen Kondensatoren und einen Satz von Plattenkondensatoren beinhalten, wobei ein gemeinsames Kondensatorelement zwischen den beiden Sätzen gemeinsam genutzt wird. Eine Energiespeichervorrichtung kann an den integrierten Sensor gekoppelt sein und eine Spannung zu den Kondensatoren des integrierten Sensors zuführen. Der integrierte Sensor kann zudem eine elektronische Vorrichtung umfassen, wie etwa die elektronische Vorrichtung 330 der 3, um Signale von dem integrierten Sensor an eine Steuerung, wie etwa die Steuerung 212 der 2, weiterzuleiten. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 600 und der übrigen der hierin beinhalteten Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa von den zuvor in Bezug auf 2 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 602 beinhaltet das Verfahren, dass Kraftstoff von dem Kraftstofftank durch die Kraftstoffleitung zu dem Motor fließt. Der Kraftstoff kann Benzin, Ethanol oder ein Gemisch aus Benzin und Ethanol sein. Das Fließen des Kraftstoffs kann Betätigen einer Kraftstoffpumpe, wie etwa die Kraftstoffpumpe 221 der 2, beinhalten, um Kraftstoff aus dem Kraftstofftank in Richtung des Motors zu pumpen. Wenn der integrierte Sensor linear in der Kraftstoffleitung platziert ist, fließt der Kraftstoff auch durch den integrierten Sensor. Eine Spannung kann durch die Energiespeichervorrichtung bei 602 an den integrierten Sensor angelegt werden. Die Steuerung kann eine Verbindung einer Schaltung befehlen, um dem integrierten Sensor eine vorab festgelegte Spannung bereitzustellen, von der Basiskapazitäten der Kondensatoren des integrierten Sensors auf Grundlage von unbeweglichem Benzin oder Ethanol in dem integrierten Sensor als ein dielektrisches Material erlangt werden können. Ein Antriebsstrangsteuermodul (PCM) kann eine Komponente der Steuerung sein, die Kraftstoffeinspritzungssteuerung auf Grundlage von Signalen, die durch die Steuerung empfangen werden, berechnet.
  • Die Kraftstoffzusammensetzung des Kraftstoffs, der durch die Kraftstoffleitung fließt, wird bei 604 bestimmt. Das Bestimmen der Kraftstoffzusammensetzung kann umfassen, dass Kraftstoff bei 606 durch den Satz von zylindrischen Kondensatoren fließt. Der Satz von zylindrischen Kondensatoren beinhaltet einen ersten Zylinder mit kleinerem Durchmesser, der so ausgerichtet ist, dass Kraftstoff entlang einer Länge des ersten Zylinders durch einen Innendurchlass und einen Außendurchlass des ersten Zylinders fließt. Der erste Zylinder ist innerhalb eines zweiten Zylinders des Satzes von zylindrischen Kondensatoren positioniert, wie durch den ersten Zylinder 308 und den zweiten Zylinder 312 gezeigt, gezeigt in 3-5 und 7, und innerhalb des zweiten Zylinders, der parallel zum ersten Zylinder angeordnet ist, zentriert. Eine Länge des ersten Zylinders kann geringer als eine Länge des zweiten Zylinders oder gleich dieser sein. Der Außendurchlass des ersten Zylinders kann auch ein Innendurchlass des zweiten Zylinders sein. Der zweite Zylinder kann aus einer ersten Hülse und einer zweiten Hülse gebildet sein, wobei die erste Hülse über der zweiten Hülse angeordnet ist. Die erste und zweite Hülse können direkt aneinander gekoppelt oder durch Bahnen gekoppelt sein, wie etwa die Bahnen 502 der 5, die zwischen der ersten und zweiten Hülse angeordnet sind. Auf diese Weise kann Kraftstoff durch einen Innendurchlass, der durch einen Innenraum des ersten Zylinders gebildet ist, und einen Außendurchlass, der zwischen einer Außenwand des ersten Zylinders und einer Innenwand des zweiten Zylinders gebildet ist (z. B. der Außendurchlass, der in dem Raum gebildet ist, der den ersten und zweiten Zylinder trennt), fließen.
  • Ein elektronisches Signal, das eine Veränderung der Kapazität angibt, kann durch die elektronische Vorrichtung generiert werden, wenn sich eine Zusammensetzung des Kraftstoffs verändern, z. B. wenn der Ethanolprozentsatz kleiner oder größer wird. Die elektronische Vorrichtung kann eine erste Elektrode beinhalten, die an den Satz von zylindrischen Kondensatoren gekoppelt ist, die eine Kapazität von dem Satz von zylindrischen Kondensatoren zu einem Signalkonditionierer bei 608 weiterleitet. Bei 610 kann der Signalkonditionierer das Signal in ein durch die Steuerung lesbares Format, wie etwa eine Spannung, umwandeln. Das Konditionieren des Signals kann in einer schematischen Darstellung 900 in 9 veranschaulicht werden. Die elektronische Vorrichtung des integrierten Sensors 202 kann ein Signal 902 über einen ersten Pfad 904 an einen Signalkonditionierer 906 senden. In einem Beispiel kann das Signal analog sein und kann der Signalkonditionierer 906 ein Verstärker sein, der das analoge Signal in ein digitales Signal 908 umwandelt. Das Signal 908 kann an die Steuerung 212 gesendet werden.
  • Bei 612 beinhaltet das Verfahren Berechnen einer Permittivität des Kraftstoffs. Geometrische Parameter des integrierten Sensors, wie etwa die Radien des ersten und zweiten Zylinders (z. B. r1 und r2 in 7), eine Fläche eines Querschnitts des Satzes von zylindrischen Kondensatoren, Volumen des ersten und zweiten Zylinders, ein Abstand zwischen einer Innenfläche des zweiten Zylinders und einer Außenfläche des ersten Zylinders, und die Länge des ersten und zweiten Zylinders können in einem Speicher der Steuerung gespeichert und bei der Bestimmung der Permittivität verwendet werden. Als ein Beispiel ist eine schematische Darstellung 700 des integrierten Sensors 202 in 7 gezeigt, die einen Querschnitt des ersten Bereichs des integrierten Sensors 202 abbildet, betrachtet von einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse des ersten und zweiten Zylinders 308, 312 auf der linken Seite, und ein Querschnitt des ersten und zweiten Zylinders 308, 312 entlang der Mittelachse ist auf der rechten Seite gezeigt. Ein elektrisches Feld kann zwischen dem ersten Zylinder 308 und dem zweiten Zylinder 312 generiert werden, wie durch Pfeile 702 angegeben. Aus dem Gauß'schen Gesetz kann eine Gauß'sche Fläche beinhaltet sein, um den elektrischen Potentialunterschied unter Verwendung eines Unterschieds zwischen r1 und r2, einer gespeicherten elektrischen Ladung q und einer Länge L des ersten und zweiten Zylinders 308, 312 gemäß Folgendem zu beschreiben: Δ V = q ε 2 π L ln ( r 2 r 1 )
    Figure DE102019112027A1_0001
    wobei ε die Kraftstoffpermittivität des Kraftstoffs ist, der durch den integrierten Sensor fließt.
  • Eine Kapazität des ersten Bereichs 302 des integrierten Sensors 202 kann durch den integrierten Sensor gemessen und auf den elektrischen Potentialunterschied unter Verwendung der folgenden Beziehung bezogen werden: C = | q Δ V |
    Figure DE102019112027A1_0002
  • Die elektronische Vorrichtung kann dazu konfiguriert sein, die Kapazität zu berechnen, und die Gleichungen (1) und (2) können kombiniert werden, um Gleichung (3) zu bestimmen, wie nachstehend beschrieben. Die gemessene Kapazität kann in eine Spannung umgewandelt werden, die durch den Signalkonditionierer ausgegeben und an die Steuerung gesendet wird. In einem Beispiel kann die Spannung der Permittivität des Kraftstoffs entsprechen. An der Steuerung kann die Permittivität bei 612 gemäß Folgendem bestimmt werden: ε = C l n ( r 2 r 1 ) 2 π L
    Figure DE102019112027A1_0003
  • Auf Grundlage des Werts einer relativen Permittivität von Benzin von ε ≈ 2 und einer relativen Permittivität von Benzin von ε ≈ 24,3, die im Speicher der Steuerung gespeichert sind, kann der Prozentsatz von Ethanol in der Kraftstoffmischung, die durch den integrierten Sensor fließt, bei 614 des Verfahrens abgeleitet werden.
  • Das Ableiten des Prozentsatzes von Ethanol in dem Kraftstoffgemisch kann Referenzieren einer Lookup-Tabelle beinhalten, die eine Beziehung der Kraftstoffpermittivität zum Prozentsatz von Ethanol beschreibt. Zum Beispiel kann die Steuerung die berechnete Permittivität als Eingabe mit einer Liste von Ethanol-/Benzinverhältnissen, die zu spezifischen Permittivitäten führen, vergleichen. Ein entsprechender Ethanolprozentsatz kann auf Grundlage der Permittivität ausgegeben werden, um die Kraftstoffzusammensetzung zu schätzen.
  • Bei 618 beinhaltet das Verfahren Bestimmen eines Kraftstoffdrucks der Kraftstoffleitung zwischen dem integrierten Sensor und dem Motor über den zweiten Bereich (z. B. den zweiten Bereich 326 des integrierten Sensors 202 der 3-5, 8) des integrierten Sensors, der den Satz von Plattenkondensatoren umfasst. Eine erste Platte des Satzes von Plattenkondensatoren kann eine erste Hülse des Außenzylinder des Satzes von zylindrischen Kondensatoren sein und eine zweite Platte kann eine außenliegende Platte sein, in Bezug auf die erste Hülse 320, den zweiten Zylinder 312 und die außenliegende Platte 328 der 3-5 und 8. Die außenliegende Platte kann gekrümmt sein, um zu einer Krümmung der ersten Hülse des zweiten Zylinders zu passen, oder eben sein. Die außenliegende Platte kann von der ersten Hülse des zweiten Zylinders um einen Abstand d beabstandet sein, wie in 8 gezeigt, und der Abstand, wenn der Kraftstofffluss durch den integrierten Sensor niedrig oder unbeweglich ist, kann, wie auch eine Kapazität des zweiten Bereichs des integrierten Sensor, die auf Grundlage des Abstands berechnet wird, in einem Speicher der Steuerung als ein Basisabstand gespeichert sein.
  • Wenn der Kraftstofffluss langsam oder unbeweglich ist, kann sich die erste Hülse des zweiten Zylinders an dem Basisabstand befinden, an dem die erste Hülse relativ dazu, wenn der Kraftstoffdruck steigt, nicht verlagert ist. Der Basisabstand kann einem Basisdruck in dem integrierten Sensor entsprechen, der ebenfalls in dem Speicher der Steuerung gespeichert ist. Der Anstieg des Kraftstoffdrucks kann eine nach außen gerichtete Kraft auf die erste Hülse ausüben, sodass sich die erste Hülse leicht nach außen biegt oder leicht nach außen relativ zu einem Umfang des zweiten Zylinders verschoben wird. Die Verlagerung der ersten Hülse kann den Abstand zwischen der außenliegenden Platte und der ersten Hülse des zweiten Zylinders verändern, wodurch ein Potentialunterschied und die Kapazität des Satzes von Plattenkondensatoren variieren. Die Kapazität des Satzes von Plattenkondensatoren kann zudem von der Kraftstoffpermittivität abhängen, die auf Grundlage der Kapazitätsveränderungen an dem Satz von zylindrischen Kondensatoren berechnet wird.
  • Die elektronische Vorrichtung des integrierten Sensors kann eine zweite Elektrode aufweisen, die an den Satz von Plattenkondensatoren gekoppelt ist. Bei 620 beinhaltet das Verfahren Messen der Kapazität (z. B. Kapazitätsunterschied) zwischen dem Satz von Plattenkondensatoren. Auf diese Weise kann die zweite Elektrode die Veränderung der Kapazität über den Satz von Plattenkondensatoren messen, was aufgrund einer Veränderung des Drucks des Kraftstoffs, der durch den Sensor fließt, erfolgt. Ein Potentialunterschied über den Satz von Plattenkondensatoren des integrierten Sensors kann auf Grundlage des Gauß'schen Gesetzes und einer Gauß'schen Fläche geschätzt werden. Die Berechnung ist in der schematischen Darstellung 800 veranschaulicht, die die außenliegende Platte 328 abbildet, die über der ersten Hülse 320 und um einen Abstand d beabstandet angeordnet ist. Ein magnetischer Feldfluss wird zwischen der außenliegenden Platte 328 und der ersten Hülse 320 gebildet, wie durch Pfeile 802 angegeben. Der Potentialunterschied ΔV kann gemäß Folgendem bestimmt werden: Δ V = q ε A d
    Figure DE102019112027A1_0004
    wobei A eine Fläche der außenliegenden Platte 328 oder der ersten Hülse 320 des zweiten Zylinders ist. Die gemessene Kapazität kann auf die Permittivität und den Abstand zwischen den Platten durch die folgende Beziehung bezogen werden: C = ε A d
    Figure DE102019112027A1_0005
    wobei die Permittivität ε die bei 612 bestimmte Kraftstoffpermittivität sein kann. Die gemessene Kapazität des Satzes von Plattenkondensatoren kann an eine Signalbedingung bei 622 des Verfahrens weitergeleitet werden.
  • Das Signal, das eine Veränderung der Kapazität des Satzes von Plattenkondensatoren weiterleitet, kann an den Signalkonditionierer gesendet werden, um das Signal in ein durch die Steuerung lesbares Format umzuwandeln. Die elektronische Vorrichtung des integrierten Sensors kann die Kapazität als ein elektronisches Signal 912 entlang eines zweiten Pfads 910, gezeigt in der schematischen Darstellung 900 der 9, zu einem Signalkonditionierer 912, ähnlich dem Signalkonditionierer 906 im ersten Pfad 904, weiterleiten. Der Signalkonditionierer 914 kann ebenfalls ein Verstärker sein, der ein analoges Signal von dem zweiten Bereich des integrierten Zusammensetzungs-/Drucksensors 202 in eine digitale Ausgabe 916 des Verfahrens umwandelt, was zu einer Umwandlung des Kapazitätssignals in eine Spannungsausgabe, die bei 624 an die Steuerung an die Steuerung gesendet wird, führt.
  • Eine Veränderung der Kapazität, weitergeleitet als eine Spannung, relativ zu der Basiskapazität, wenn der Kraftstoff innerhalb des integrierten Sensors langsam fließt oder unbeweglich ist, kann proportional zu einer Druckveränderung sein. Die Steuerung kann sich auf eine Lookup-Tabelle beziehen, die in dem Speicher der Steuerung gespeichert ist, die die empfangene Spannung als Eingabe und einen entsprechenden Druck als Ausgabe verwendet. Der Kraftstoffdruck in einem Durchflussdurchlass des integrierten Sensors wird somit bei 626 bestimmt.
  • Der Druckwert kann einen Kraftstoffdruck Pi in dem integrierten Sensor darstellen, wie in 3 gezeigt. Jedoch kann die Positionierung des ersten Zylinders innerhalb des Pfads des Kraftstoffflusses den Kraftstoffdruck in dem integrierten Sensor beeinflussen, sodass der Druck in dem integrierten Sensor höher ist als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung zwischen dem integrierten Sensor und dem Motor. Somit kann der Kraftstoffdruck stromabwärts des integrierten Sensors bei 628 des Verfahrens auf Grundlage einer geschätzten Ringkanalreibung und einer Volumenkraftstoffflussgeschwindigkeit des ersten Zylinders, die durch ein Kraftstoffzufuhrmodul erlangt werden können, berechnet werden. Zum Beispiel kann der stromabwärtige Druck P2, wie in 3 gezeigt, gemäß Folgendem bestimmt werden: P 2 = P 1 + [ 0.3164 ( R e D h ) − 0.25 ] ρ L V 2 2 D h
    Figure DE102019112027A1_0006
    wobei Re die Reynolds-Zahl ist, ρ eine Dichte des Kraftstoffs ist, V die Fließgeschwindigkeit des Kraftstoffs ist. Der hydraulische Durchmesser Dh in Gleichung 6 kann aus dem Innen- und Außendurchmesser des ersten Zylinders 308 und des zweiten Zylinders 312 berechnet werden, wie in einer schematischen Darstellung 1000 der 10 gezeigt, die den ersten Bereich 302 des integrierten Sensors abbildet, auf Grundlage von: D h = [ D i 2 − d e 2 D i + d e
    Figure DE102019112027A1_0007
  • Bei 630 beinhaltet das Verfahren Einstellen von Motorbetriebsparametern, wie etwa Zündfunkenzeitsteuerung, Kraftstoffeinspritzungssteuerung, Ventilsteuerung und/oder Abgasrückführung, gemäß den erkannten Veränderungen der Kraftstoffzusammensetzung und des Kraftstoffdrucks von dem integrierten Sensor. Zum Beispiel kann die Steuerung den berechneten Druck P2 verwenden, um Einspritzleitungsdruck und eine Kraftstoffdurchflussrate durch die Kraftstoffeinspritzungen des Motors abzuleiten, wodurch dem PCM Informationen bereitgestellt werden, um die Kraftstoffeinspritzung entsprechend einzustellen. Wenn erkannt wird, dass der Kraftstoffdruck steigt, kann die Dauer eines Einspritzungsimpulses verringert werden, um der höheren Durchflussrate durch die Kraftstoffeinspritzungen entgegenzukommen. Umgekehrt kann eine Verringerung des Kraftstoffdrucks zu einem längeren Einspritzungsimpuls führen.
  • In anderen Beispielen, wenn der Ethanolprozentsatz steigt, kann eine Zündfunkenzeitsteuerung aufgrund einer höheren Aktivierungsenergie von Ethanol im Vergleich zu Benzin und somit eines längeren Zündungszeitraums für Ethanol vorverlegt werden. Ein Anstieg des Ethanolgehalts kann auch eine Bildung von Nebenprodukten der Benzinverbrennung reduzieren, wie etwa Feinstaub und Stickstoffoxide, und im Ergebnis kann mehr Gas zum Motoreinlass zurückgeführt werden, anstatt durch eine Nachbehandlungsvorrichtung, wie die Emissionssteuervorrichtung 270 der 2, zu strömen. Als ein weiteres Beispiel kann das Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen an den Motorzylindern gemäß Veränderungen der Kraftstoffzusammensetzung zeitlich gesteuert werden, um unterschiedlichen Zeiträumen für die Zündung des Kraftstoffs entgegenzukommen.
  • Auf diese Weise kann ein einzelner integrierter Sensor verwendet werden, um sowohl eine Kraftstoffzusammensetzung als auch einen Kraftstoffdruck von Kraftstoff zu bestimmen. Der integrierte Sensor kann einen Satz von konzentrischen zylindrischen Kondensatoren, der linear mit einer Kraftstoffleitung angeordnet ist, und einen Satz von Plattenkondensatoren, der außerhalb eines Pfads des Kraftstoffflusses positioniert ist, umfassen, wobei ein gemeinsames Kondensatorelement zwischen den beiden Sätzen gemeinsam genutzt wird. Die Kapazität des Satzes von zylindrischen Kondensatoren kann verwendet werden, um eine Permittivität des Kraftstoffflusses zu schätzen, aus der ein Prozentsatz von Ethanol in dem Kraftstoff berechnet werden kann. Wenn Kraftstoff durch den Satz von zylindrischen Kondensatoren fließt, kann Druck von dem Kraftstoff eine Hülse eines Außenzylinders des Satzes von zylindrischen Kondensatoren, die auch eine Platte des Satzes von Plattenkondensatoren ist, verlagern. Die Verlagerung der Hülse des zylindrischen Kondensators führt zu einer Veränderung der Kapazität des Satzes von Kondensatorplatten, die in einen Kraftstoffdruck im integrierten Sensor übersetzt werden kann. Ein Druck stromabwärts des integrierten Sensors kann auf Grundlage des Kraftstoffdrucks in dem integrierten Sensor berechnet werden, korrigiert für eine geschätzte Menge der Ringkanalreibung, die durch den Kraftstofffluss durch den Satz von zylindrischen Kondensatoren generiert wird. Somit können die Kraftstoffzusammensetzung und der Kraftstoffdruck direkt von dem integrierten Sensor bestimmt werden und Veränderungen der Kraftstoffzusammensetzung und/oder des Drucks können antizipiert werden, bevor Verbrennungsereignisse mit der veränderten Zusammensetzung und/oder dem veränderten Druck stattfinden. Der integrierte Sensor kann unabhängig von anderen Erfassungsvorrichtungen arbeiten und Reaktionszeiten auf Veränderungen von Kraftstoffzusammensetzung und/oder Kraftstoffdruck reduzieren, wodurch die Motorleistungsfähigkeit erhöht und eine Wahrscheinlichkeit für Ereignisse, die zu einer Motorverschlechterung, wie etwa Motorklopfen, führen, verringert wird. Außerdem können durch Integrieren von dualen Erfassungsfähigkeiten in einer Vorrichtung anstatt zwei Kosten und Gewicht des Motorsystems reduziert werden.
  • Die technisch Wirkung des Konfigurierens einer Kraftstoffleitung mit einem integrierten Sensor, der einen Satz von zylindrischen Kondensatoren, die konzentrisch angeordnet und voneinander beabstandet sind, wobei der Satz von zylindrischen Kondensatoren ausgelegt ist, um einen Fluidfluss axial durch jeden Kondensator des Satzes von zylindrischen Kondensatoren zu empfangen, und einen Satz von Plattenkondensatoren, die voneinander beabstandet sind, wobei ein gemeinsames Kondensatorelement zwischen dem Satz von zylindrischen Kondensatoren und dem Satz von Plattenkondensatoren gemeinsam genutzt wird, beinhaltet, liegt darin, dass eine Anzahl der Messkomponenten (z. B. Sensoren) reduziert ist, wodurch Motorkosten verringert und Komplexität der Motorsteuerung reduziert werden.
  • Als eine Ausführungsform beinhaltet ein integrierter Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor einen Satz von zylindrischen Kondensatoren, die konzentrisch angeordnet und voneinander beabstandet sind, wobei der Satz von zylindrischen Kondensatoren ausgelegt ist, um einen Fluidfluss axial durch jeden Kondensator des Satzes von zylindrischen Kondensatoren zu empfangen, und einen Satz von Plattenkondensatoren, die voneinander beabstandet sind, wobei ein gemeinsames Kondensatorelement zwischen dem Satz von zylindrischen Kondensatoren und dem Satz von Plattenkondensatoren gemeinsam genutzt wird. In einem ersten Beispiel des Sensors beinhaltet der Satz von zylindrischen Kondensatoren einen Innenzylinder und einen Außenzylinder, wobei der Außenzylinder den Innenzylinder umgibt und wobei das gemeinsame Kondensatorelement ein Abschnitt des Außenzylinders ist. Ein zweites Beispiel des Sensors beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass der Satz von Plattenkondensatoren eine erste Platte und eine zweite Platte, die voneinander beabstandet sind, beinhaltet, wobei die erste Platte der Abschnitt des Außenzylinder ist und die zweite Platte außerhalb der ersten Platte relativ zu einer Mittelachse des Innenzylinders positioniert ist. Ein drittes Beispiel des Sensors beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die erste Platte ausgelegt ist, um sich zu biegen, und die zweite Platte statisch ist. Ein viertes Beispiel des Sensors beinhaltet optional eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel und beinhaltet ferner, dass eine erste Elektrode einer elektronischen Vorrichtung des Sensors an den Satz von zylindrischen Kondensatoren gekoppelt ist und eine zweite Elektrode der elektronischen Vorrichtung an den Satz von Plattenkondensatoren gekoppelt ist. Ein fünftes Beispiel des Sensors beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die erste Elektrode ausgelegt ist, um eine erste Veränderung der Kapazität zwischen dem Satz von zylindrischen Kondensatoren zu messen, die auf eine Veränderung der Zusammensetzung von Kraftstoff, der durch den Sensor fließt, hinweist. Ein sechstes Beispiel des Sensors beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, dass die zweite Elektrode ausgelegt ist, um eine zweite Veränderung der Kapazität zwischen dem Satz von Plattenkondensatoren auszugeben, die auf eine Veränderung des Drucks des Kraftstoffs, der durch den Sensor fließt, hinweist. Ein siebtes Beispiel des Sensors beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die zweite Platte des Satzes von Plattenkondensatoren parallel zu der ersten Platte und parallel zu dem Satz von zylindrischen Kondensatoren angeordnet ist.
  • Als eine weitere Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren, dass ein Kraftstoff durch eine Kraftstoffleitung und durch einen Sensor fließt, der in der Kraftstoffleitung angeordnet ist, Schätzen einer Kraftstoffzusammensetzung des Kraftstoffs aus einem ersten Signal, das von einer Veränderung der Kapazität zwischen einem Satz von zylindrischen Kondensatoren des Sensors generiert wird, die konzentrisch miteinander angeordnet und in einem Fließpfad des Kraftstoffs positioniert sind, und Schätzen eines Drucks des Kraftstoffs aus einem zweiten Signal, das von einer Veränderung der Kapazität zwischen einem Satz von Plattenkondensatoren des Sensors und auf Grundlage des ersten Signals generiert wird. In einem ersten Beispiel des Verfahrens beinhaltet das Schätzen der Kraftstoffzusammensetzung, über eine Steuerung, die ausgelegt ist, um das erste Signal und das zweite Signal von dem Sensor zu empfangen, Berechnen einer Permittivität des Kraftstoffs auf Grundlage des ersten Signals, und ferner umfassend Schätzen eines Prozentsatzes von Ethanol in dem Kraftstoff aus der berechneten Permittivität. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Verfahren und beinhaltet ferner Schätzen des Drucks des Kraftstoffs, das Berechnen des Drucks des Kraftstoffs auf Grundlage des zweiten Signals und der berechneten Permittivität über die Steuerung beinhaltet, wobei die Veränderung der Kapazität zwischen dem Satz von Plattenkondensatoren aufgrund einer Änderung des Abstands zwischen Platten des Satzes von Plattenkondensatoren generiert wird. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner Korrigieren des geschätzten Drucks für eine Wirkung der Ringkanalreibung auf Grundlage einer Kraftstoffgeschwindigkeit und einer Länge des Satzes von zylindrischen Kondensatoren und einer Dichte des Kraftstoffs, um einen Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung stromabwärts des Sensors und stromaufwärts eines Motors zu bestimmen. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der Satz von zylindrischen Kondensatoren und der Satz von Plattenkondensatoren ein gemeinsames Element gemeinsam nutzen, wobei das gemeinsame Element ein Abschnitt eines Außenzylinders ist, der einen Innenzylinder des Satzes von zylindrischen Kondensatoren umgibt. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Fließen von Kraftstoff durch den Sensor Fließen von Kraftstoff durch einen Innenraum des Innenzylinders und durch einen Raum, der den Innenzylinder und den Außenzylinder trennt, beinhaltet.
  • Als eine weitere Ausführungsform beinhaltet ein Kraftstoffsystem eine Kraftstoffleitung, die einen Kraftstofftank an einen Motor koppelt, und eine integrierte Erfassungsvorrichtung, die in der Kraftstoffleitung angeordnet ist, linear zu einem Pfad des Kraftstoffflusses durch die Kraftstoffleitung, wobei die Vorrichtung einen Satz von zylindrischen Kondensatoren, der durch konzentrisch angeordnete, innere und äußere zylindrische Kondensatoren gebildet ist, und einen Satz von Plattenkondensatoren, der durch einen Abschnitt des äußeren zylindrischen Kondensators und eine statische Platte, die außerhalb des Pfads des Kraftstoffflusses angeordnet ist, gebildet ist, beinhaltet. In einem ersten Beispiel des Kraftstoffsystems ist der innere zylindrische Kondensator vollständig innerhalb des Pfads des Kraftstoffflusses angeordnet. Ein zweites Beispiel des Kraftstoffsystems beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass, wenn Kraftstoff durch die Kraftstoffleitung und durch die integrierte Erfassungsvorrichtung fließt, Kraftstoff durch einen Innendurchlass des inneren zylindrischen Kondensators, der durch einen Innenraum des inneren zylindrischen Kondensators gebildet wird, und durch einen Außendurchlass, der zwischen einer Außenfläche des inneren zylindrischen Kondensators und eine Innenfläche des äußeren zylindrischen Kondensators gebildet ist, fließt. Ein drittes Beispiel des Kraftstoffsystems beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der äußere zylindrische Kondensator eine erste Hülse und eine zweite Hülse aufweist, wobei jede von der ersten Hülse und der zweiten Hülse einen Abschnitt eines Umfangs des äußeren zylindrischen Kondensators bildet. Ein viertes Beispiel des Kraftstoffsystems beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die erste Hülse ausgelegt ist, um nach außen in einer Richtung weg von einer Mittelachse des äußeren zylindrischen Kondensators verlagert zu werden, wenn ein Kraftstoffdruck innerhalb des äußeren zylindrischen Kondensators ansteigt. Ein fünftes Beispiel des Kraftstoffsystems beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die erste Hülse des äußeren zylindrischen Kondensators der Abschnitt des äußeren zylindrischen Kondensators ist, der eine bewegliche Platte des Satzes von Plattenkondensatoren bildet, und dass die Verlagerung nach außen der ersten Hülse einen Abstand zwischen dem Satz von Plattenkondensatoren verändert.
  • In einer weiteren Darstellung beinhaltet ein Verfahren beim Fließen von Kraftstoff durch eine Vorrichtung über eine Kraftstoffleitung Anlegen einer Spannung an der Vorrichtung und Bestimmen einer Zusammensetzung und eines Drucks des Kraftstoffs auf Grundlage von Signalen, die durch die Vorrichtung weitergeleitet werden. In einem ersten Beispiel des Verfahrens beinhaltet das Fließen von Kraftstoff durch die Vorrichtung Fließen von Kraftstoff durch Innendurchlässe eines Satzes von konzentrischen zylindrischen Kondensatoren. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass ein Potentialunterschied zwischen dem Satz von konzentrischen zylindrischen Kondensatoren generiert wird. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass eine Kapazität des Satzes von konzentrischen zylindrischen Kondensatoren auf Grundlage des Potentialunterschieds berechnet wird. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass eine Permittivität des Kraftstoffs, der durch die Vorrichtung und die Kraftstoffleitung fließt, auf Grundlage der Kapazität des Satzes von konzentrischen zylindrischen Kondensatoren, einer Länge des Satzes von konzentrischen zylindrischen Kondensatoren und Radien jedes Zylinders des Satzes von konzentrischen zylindrischen Kondensatoren bestimmt wird. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Permittivität des Kraftstoffs durch einen Signalumwandler in eine Kraftstoffzusammensetzung umgewandelt und an eine Motorsteuerung weitergeleitet wird. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Fließen von Kraftstoff durch die Vorrichtung eine nach außen gerichtete Kraft auf eine erste Hülse eines Außenzylinders des Satzes von konzentrischen zylindrischen Kondensatoren ausübt, die auch eine erste Platte eines Satzes von Kapazitätsplatten der Vorrichtung ist, und eine außenliegende Platte ist eine zweite Platte des Satzes von Kapazitätsplatten ist. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die nach außen gerichtete Kraft auf die erste Platte einen Abstand zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte verändert und außerdem eine Kapazität des Satzes von Kapazitätsplatten verändert. Ein achtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis siebten Beispiels und beinhaltet ferner, dass eine Kapazität des Satzes von Kapazitätsplatten auf Grundlage des Abstands zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte, einer Kraftstoffpermittivität, die von dem Satz von konzentrischen zylindrischen Kondensatoren bestimmt wird, und eines Flächenbereichs der zweiten Platte berechnet wird. Ein neuntes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis achten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Kapazität des Satzes von Kapazitätsplatten durch einen Signalumwandler in einen Kraftstoffdruck umgewandelt und an eine Motorsteuerung weitergeleitet wird. Ein zehntes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis neunten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der Kraftstoffdruck eingestellt wird, um einen Kraftstoffdruck stromabwärts der Vorrichtung durch Berechnen einer Wirkung einer Ringkanalreibung widerzuspiegeln.
  • Es ist anzumerken, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein integrierter Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen Satz von zylindrischen Kondensatoren, die konzentrisch angeordnet und voneinander beabstandet sind, wobei der Satz von zylindrischen Kondensatoren ausgelegt ist, um einen Fluidfluss axial durch jeden Kondensator des Satzes von zylindrischen Kondensatoren zu empfangen, und einen Satz von Plattenkondensatoren, die voneinander beabstandet sind, wobei ein gemeinsames Kondensatorelement zwischen dem Satz von zylindrischen Kondensatoren und dem Satz von Plattenkondensatoren gemeinsam genutzt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Satz von zylindrischen Kondensatoren einen Innenzylinder und einen Außenzylinder, wobei der Außenzylinder den Innenzylinder umgibt und wobei das gemeinsame Kondensatorelement ein Abschnitt des Außenzylinders ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Satz von Plattenkondensatoren eine erste Platte und eine zweite Platte, die voneinander beabstandet sind, wobei die erste Platte der Abschnitt des Außenzylinder ist und die zweite Platte außerhalb der ersten Platte relativ zu einer Mittelachse des Innenzylinders positioniert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Platte ausgelegt, um sich zu biegen, und ist die zweite Platte statisch.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrode einer elektronischen Vorrichtung des Sensors an den Satz von zylindrischen Kondensatoren gekoppelt ist und eine zweite Elektrode der elektronischen Vorrichtung an den Satz von Plattenkondensatoren gekoppelt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Elektrode ausgelegt, um eine erste Veränderung der Kapazität zwischen dem Satz von zylindrischen Kondensatoren zu messen, die auf eine Veränderung der Zusammensetzung von Kraftstoff, der durch den Sensor fließt, hinweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Elektrode ausgelegt, um eine zweite Veränderung der Kapazität zwischen dem Satz von Plattenkondensatoren auszugeben, die auf eine Veränderung des Drucks von Kraftstoff, der durch den Sensor fließt, hinweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Platte des Satzes von Plattenkondensatoren parallel zu der ersten Platte und parallel zu dem Satz von zylindrischen Kondensatoren angeordnet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren: Fließen eines Kraftstoffs durch eine Kraftstoffleitung und durch einen Sensor, der in der Kraftstoffleitung angeordnet ist; Schätzen einer Kraftstoffzusammensetzung des Kraftstoffs aus einem ersten Signal, das von einer Veränderung der Kapazität zwischen einem Satz von zylindrischen Kondensatoren des Sensors generiert wird, die konzentrisch miteinander angeordnet und in einem Fließpfad des Kraftstoffs positioniert sind; und Schätzen eines Drucks des Kraftstoffs aus einem zweiten Signal, das von einer Veränderung der Kapazität zwischen einem Satz von Plattenkondensatoren des Sensors und auf Grundlage des ersten Signals generiert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Schätzen der Kraftstoffzusammensetzung, über eine Steuerung, die ausgelegt ist, um das erste Signal und das zweite Signal von dem Sensor zu empfangen, Berechnen einer Permittivität des Kraftstoffs auf Grundlage des ersten Signals, und ferner umfassend Schätzen eines Prozentsatzes von Ethanol in dem Kraftstoff aus der berechneten Permittivität.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Schätzen des Drucks des Kraftstoffs Berechnen des Drucks des Kraftstoffs auf Grundlage des zweiten Signals und der berechneten Permittivität über die Steuerung, wobei die Veränderung der Kapazität zwischen dem Satz von Plattenkondensatoren aufgrund einer Änderung des Abstands zwischen Platten des Satzes von Plattenkondensatoren generiert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Korrigieren des geschätzten Drucks für eine Wirkung der Ringkanalreibung auf Grundlage einer Kraftstoffgeschwindigkeit und einer Länge des Satzes von zylindrischen Kondensatoren und einer Dichte des Kraftstoffs, um einen Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung stromabwärts des Sensors und stromaufwärts eines Motors zu bestimmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform nutzen der Satz der zylindrischen Kondensatoren und der Satz der Plattenkondensatoren ein gemeinsames Element gemeinsam, wobei das gemeinsame Element ein Abschnitt eines Außenzylinders ist, der einen Innenzylinder des Satzes von zylindrischen Kondensatoren umgibt.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Fließen von Kraftstoff durch den Sensor Fließen von Kraftstoff durch einen Innenraum des Innenzylinders und durch einen Raum, der den Innenzylinder und den Außenzylinder trennt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffsystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Kraftstoffleitung, die einen Kraftstofftank an einen Motor koppelt; und eine integrierte Erfassungsvorrichtung, die in der Kraftstoffleitung angeordnet ist, linear zu einem Pfad des Kraftstoffflusses durch die Kraftstoffleitung, wobei die Vorrichtung beinhaltet: einen Satz von zylindrischen Kondensatoren, der durch konzentrisch angeordnete, innere und äußere zylindrische Kondensatoren gebildet ist, und einen Satz von Plattenkondensatoren, der durch einen Abschnitt des äußeren zylindrischen Kondensators und eine statische Platte, die außerhalb des Pfads des Kraftstoffflusses angeordnet ist, gebildet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der innere zylindrische Kondensator vollständig innerhalb des Pfads des Kraftstoffflusses angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform, wenn Kraftstoff durch die Kraftstoffleitung und durch die integrierte Erfassungsvorrichtung fließt, fließt Kraftstoff durch einen Innendurchlass des inneren zylindrischen Kondensators, der von einem Innenraum des zylindrischen Innenkondensators gebildet wird, und durch einen Außendurchlass, der zwischen einer Außenfläche des inneren zylindrischen Kondensators und einer Innenfläche des äußeren zylindrischen Kondensators gebildet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist der äußere zylindrische Kondensator eine erste Hülse und eine zweite Hülse auf, wobei jede von der ersten Hülse und der zweiten Hülse einen Abschnitt eines Umfangs des äußeren zylindrischen Kondensators bildet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Hülse ausgelegt, um nach außen in einer Richtung weg von einer Mittelachse des äußeren zylindrischen Kondensators verlagert zu werden, wenn ein Kraftstoffdruck innerhalb des äußeren zylindrischen Kondensators ansteigt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Hülse des äußeren zylindrischen Kondensators der Abschnitt des äußeren zylindrischen Kondensators, der eine bewegliche Platte des Satzes von Plattenkondensatoren bildet, und wobei die Verlagerung nach außen der ersten Hülse einen Abstand zwischen dem Satz von Plattenkondensatoren verändert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5044344 [0004, 0005]

Claims (15)

  1. Integrierter Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor, umfassend: einen Satz von zylindrischen Kondensatoren, die konzentrisch angeordnet und voneinander beabstandet sind, wobei der Satz von zylindrischen Kondensatoren ausgelegt ist, um einen Fluidfluss axial durch jeden Kondensator des Satzes von zylindrischen Kondensatoren zu empfangen; und einen Satz von Plattenkondensatoren, die voneinander beabstandet sind, wobei ein gemeinsames Kondensatorelement zwischen dem Satz von zylindrischen Kondensatoren und dem Satz von Plattenkondensatoren gemeinsam genutzt wird.
  2. Integrierter Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor nach Anspruch 1, wobei der Satz von zylindrischen Kondensatoren einen Innenzylinder und einen Außenzylinder beinhaltet, wobei der Außenzylinder den Innenzylinder umgibt und wobei das gemeinsame Kondensatorelement ein Abschnitt des Außenzylinders ist.
  3. Integrierter Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor nach Anspruch 2, wobei der Satz von Plattenkondensatoren eine erste Platte und eine zweite Platte, die voneinander beabstandet sind, beinhaltet, wobei die erste Platte der Abschnitt des Außenzylinder ist und die zweite Platte außerhalb der ersten Platte relativ zu einer Mittelachse des Innenzylinders positioniert ist.
  4. Integrierter Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor nach Anspruch 3, wobei die erste Platte ausgelegt ist, um sich zu biegen, und die zweite Platte statisch ist.
  5. Integrierter Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor nach Anspruch 4, wobei eine erste Elektrode einer elektronischen Vorrichtung des Sensors an den Satz von zylindrischen Kondensatoren gekoppelt ist und eine zweite Elektrode der elektronischen Vorrichtung an den Satz von Plattenkondensatoren gekoppelt ist.
  6. Integrierter Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor nach Anspruch 5, wobei die erste Elektrode ausgelegt ist, um eine erste Veränderung der Kapazität zwischen dem Satz von zylindrischen Kondensatoren zu messen, die auf eine Veränderung der Kraftstoffzusammensetzung von Kraftstoff, der durch den Sensor fließt, hinweist.
  7. Integrierter Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor nach Anspruch 5, wobei die zweite Elektrode ausgelegt ist, um eine zweite Veränderung der Kapazität zwischen dem Satz von Plattenkondensatoren auszugeben, die auf eine Veränderung des Drucks von Kraftstoff, der durch den Sensor fließt, hinweist.
  8. Integrierter Kraftstoffzusammensetzungs- und Drucksensor nach Anspruch 3, wobei die zweite Platte des Satzes von Plattenkondensatoren parallel zu der ersten Platte und parallel zu dem Satz von zylindrischen Kondensatoren angeordnet ist.
  9. Verfahren, umfassend: Fließen eines Kraftstoffs durch eine Kraftstoffleitung und durch einen Sensor, der in der Kraftstoffleitung angeordnet ist; Schätzen einer Kraftstoffzusammensetzung des Kraftstoffs aus einem ersten Signal, das von einer Veränderung der Kapazität zwischen einem Satz von zylindrischen Kondensatoren des Sensors generiert wird, die konzentrisch miteinander angeordnet und in einem Fließpfad des Kraftstoffs positioniert sind; und Schätzen eines Drucks des Kraftstoffs aus einem zweiten Signal, das von einer Veränderung der Kapazität zwischen einem Satz von Plattenkondensatoren des Sensors und auf Grundlage des ersten Signals generiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Schätzen der Kraftstoffzusammensetzung, über eine Steuerung, die ausgelegt ist, um das erste Signal und das zweite Signal von dem Sensor zu empfangen, Berechnen einer Permittivität des Kraftstoffs auf Grundlage des ersten Signals beinhaltet.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Schätzen der Kraftstoffzusammensetzung ferner Schätzen eines Prozentsatzes von Ethanol in dem Kraftstoff aus der berechneten Permittivität umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Schätzen des Drucks des Kraftstoffs Berechnen des Drucks des Kraftstoffs auf Grundlage des zweiten Signals und der berechneten Permittivität über die Steuerung beinhaltet, wobei die Veränderung der Kapazität zwischen dem Satz von Plattenkondensatoren aufgrund einer Änderung des Abstands zwischen Platten des Satzes von Plattenkondensatoren generiert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Korrigieren des geschätzten Drucks für eine Wirkung der Ringkanalreibung auf Grundlage einer Kraftstoffgeschwindigkeit und einer Länge des Satzes von zylindrischen Kondensatoren und einer Dichte des Kraftstoffs, um einen Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung stromabwärts des Sensors und stromaufwärts eines Motors zu bestimmen.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Satz von zylindrischen Kondensatoren und der Satz von Plattenkondensatoren ein gemeinsames Element gemeinsam nutzen, wobei das gemeinsame Element ein Abschnitt eines Außenzylinders ist, der einen Innenzylinder des Satzes von zylindrischen Kondensatoren umgibt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Fließen von Kraftstoff durch den Sensor Fließen von Kraftstoff durch einen Innenraum des Innenzylinders und durch einen Raum, der den Innenzylinder und den Außenzylinder trennt, beinhaltet.
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