DE10296835B4

DE10296835B4 - Kraftstoffsensor und Verfahren für die Bestimmung einer Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs

Info

Publication number: DE10296835B4
Application number: DE10296835.7T
Authority: DE
Inventors: Dave Vanzuilen; Isabelle Desmier; Gerard Mouaici; Francois-Xavier Bernard
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2022-05-18
Also published as: BRPI0209825B1; JP4017989B2; JP2004526170A; US20030020494A1; DE10296835T5; BR0209825A; US6885199B2; WO2002093150A1; BRPI0209825B8

Abstract

Kraftstoffsensor, der folgendes umfasst: einen Kondensator, der eine erste allgemein zylinderförmige Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die die erste Elektrode zumindest teilweise umschließt, wobei die Elektroden mit einem Zwischenraum angeordnet sind, so dass der Kraftstoff zwischen den Elektroden durchfließt; einen ersten Oszillator, der selektiv mit dem Kondensator gekoppelt ist, um eine Angabe über die Kapazität des Kondensators zu liefern, wenn der Kraftstoff sich zwischen den Elektroden befindet; einen zweiten Oszillator, der selektiv mit dem Kondensator gekoppelt ist, um eine Angabe über die Leitfähigkeit des Kondensators zu liefern, wenn der Kraftstoff sich zwischen den Elektroden befindet; und ein Steuergerät, das den ersten und den zweiten Oszillator an den Kondensator koppelt, um die entsprechenden Angaben zu erhalten.

Description

Technisches Einsatzgebiet
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftstoffsensoren. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Kraftstoffsensorvorrichtung, die einen einzelnen Kondensator aufweist, der auf zwei verschiedene Arten verwendet wird, um die gewünschten Eigenschaften einer Flüssigkeit, wie z. B. eines Kraftstoffgemischs, zu bestimmen.
Beschreibung des Stands der Technik
Es ist eine Vielzahl von Kraftstoffsensoren bekannt. In der Regel werden Kraftstoffsensoren für die Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs in einem Kraftstoffsystem eines Fahrzeugs verwendet. Einige Sensoren sind in der Lage, die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs beispielsweise als Verhältnis oder Prozentsatz von Alkohol zu Ottomotorkraftstoff innerhalb des Kraftstoffs zu bestimmen. Je nach dem festgestellten Verhältnis können die Zündeinstellung und die von der Kraftstoffeinspritzungsanlage gelieferte Kraftstoffmenge durch ein zweckdienliches System zur Steuerung des Kraftstoffflusses angepasst werden.
Es ist bekannt, dass die relative Dielektrizitätskonstante von Ottomotorkraftstoff auf Grund des unterschiedlichen Sauerstoffgehalts von der von Alkohol abweicht. Alkohol und Ottomotorkraftstoff weisen zudem eine unterschiedliche Leitfähigkeit auf. Dementsprechend ist der relative Alkoholgehalt eines Kraftstoffgemischs eine gut definierte Funktion der relativen Dielektrizitätskonstante, der Temperatur und der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit.
Bekannte Sensoren nutzen die Vorteile dieser bekannten Eigenschaften von Kraftstoffgemischen und nutzen die elektrischen Eigenschaften der Bestandteile des Kraftstoffs, um beispielsweise den Alkoholgehalt in einem Kraftstoff zu bestimmen. Beispiele für Patente in diesem Betätigungsfeld finden sich u. a. in den U. S. Patenten Nr. 4,945,863 und 5,367,264 . Jedes dieser Patente zeigt Ansätze zur Bereitstellung eines Kraftstoffsensors, der die elektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit nutzt, um die Zusammensetzung des Kraftstoffs zu bestimmen.
US 5,594,163 betrifft einen Kraftstoffgemischverhältnissensor, in dem einen Kondensator mit einem Oszillator gekoppelt ist und ein Steuergerät zur Angabe über Kapazität und Leitfähigkeit des Kondensators vorausgesetzt ist. Ein Kraftstoffgemischverhältnis mit einem LC-Resonanzkreis abgetastet wird und der LC-Resonanzkreis mit einem Gleichrichtungsteil gekoppelt ist. Es gibt einen Spannungsgesteuerten Oszillator im Gleichrichtungsteil, der ein Teil eines Phase Locked Loops ist. Der Spannungsgesteuerten Oszillator erzeugt einen Hochfrequenzsignal, wenn es einen Unterschied zwischen den Phasen eines Signals von einem Phasenkomparator und eines Zielsignals gibt. Die Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffs von dem Frequenz des Hochfrequenzsignal dann berechnet wird, wenn der Unterschied zwischen den Phasen und den Zielsignal gleich ist.
Obgleich sich die derzeitigen Ansätze als erfolgreich erwiesen, bemühen sich die Fachleute stets um Verbesserungen. Beschränkungen hinsichtlich der Unterbringung in Fahrzeugsystemen führen zum Beispiel dazu, daß besonders darauf geachtet wird, die Größe der Bestandteile möglichst klein zu halten und deren Integration in Fahrzeugsysteme möglichst einfach zu machen. Außerdem sind Kraftfahrzeuglieferanten stets um Kosteneinsparungen bemüht.
Diese Erfindung widmet sich der Notwendigkeit, einen wirtschaftlicheren und leichteren Ansatz zur Kraftstoffmeßtechnologie zu liefern.
Zusammenfassung der Erfindung
Allgemein ausgedrückt handelt es sich bei dieser in den beigefügten Patentansprüchen angegebenen Erfindung um einen Kraftstoffsensor, der einen einzelnen auf zwei Arten betriebenen Kondensator für die Bestimmung der Leitfähigkeit und der Permittivität eines Kraftstoffgemischs nutzt, um Informationen über die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs zu liefern.
In einem Beispiel weist der Kraftstoffsensor ein allgemein zylinderförmiges Teilstück auf, das leicht in einen ausgewählten Einbauort als Teil eines Kraftstoffversorgungssystems eines Fahrzeugs eingefügt werden kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Rumpf des Kraftstoffsensors gewissermaßen in eine entsprechende Öffnung auf einem ausgewählten Teilstück des Kraftstoffversorgungssystems eingesteckt.
Der Kondensator des Kraftstoffsensors weist eine erste allgemein zylinderförmige Elektrode auf, die zumindest teilweise von der anderen Elektrode umschlossen ist. Das Kraftstoffgemisch fließt zwischen den Elektroden durch, wodurch die entsprechenden Informationen über Leitfähigkeit und Permittivität herausgefunden werden können. Der Kondensator wird gewissermaßen auf zwei verschiedene Arten betrieben (unter Verwendung von zwei verschiedenen Oszillatoren in einem Beispiel), so dass die Permittivitäts- und Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt werden können.
Die Sensormesswerte können dann einem anderen Steuergerät im Fahrzeug zugänglich gemacht werden, das die Zündeinstellung und die Kraftstoffversorgung so anpasst, wie es für den Abgleich mit der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs benötigt wird.
Durch die folgende ausführliche Beschreibung der derzeitig bevorzugten Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann die vielen Merkmale und Vorteile der verschiedenen Ausführungsbeispiele dieser Erfindung einleuchten. Die Zeichnungen, die mit der ausführlichen Beschreibung einhergehen, können kurz wie folgt beschrieben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels für einen Kraftstoffsensor, der gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist.
2 stellt eine schematische, teilweise schnittperspektivische Veranschaulichung ausgewählter Bestandteile des Ausführungsbeispiels aus 1 dar.
3 stellt eine schematische Explosionszeichnung des Ausführungsbeispiels aus 2 dar.
4 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Teile des Ausführungsbeispiels aus 2, die ausgewählte Details eines Beispiels für eine Vorrichtung zur Aufnahme von Elektronik innerhalb des Kraftstoffsensors zeigen.
5 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Teilstücke des Ausführungsbeispiels aus 2 und zeigt ausgewählte Details eines Beispiels für eine Vorrichtung zur Aufnahme von Elektronik innerhalb des Kraftstoffsensors.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine elektrische Verbindungsfeder, die für ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung nützlich ist.
7 zeigt eine Darstellung eines weiteren Beispiels für eine elektrische Verbindungsfeder, die gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist.
8 stellt einen Querschnitt ausgewählter Teilstücke eines Kraftstoffsensors dar, der gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist, und zeigt eine alternative elektrische Isolierungsvorrichtung.
9 stellt einen Querschnitt ähnlich dem aus 8 dar und zeigt eine alternative Vorrichtung, die besonders gut für die Messung der Eigenschaften von Dieselkraftstoff geeignet ist.
10 zeigt einen teilweisen Querschnitt ausgewählter Teilstücke eines Kraftstoffsensors, der gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist und einen Kraftstofffilter umfasst.
11 zeigt eine schematische, teilweise schnittperspektivische Ansicht einer weiteren alternativen Anordnung von Kondensator-Bestandteilen in einem gemäß dieser Erfindung aufgebauten Kraftstoffsensor-Aufbaus.
12 zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, bei dem der Kraftstoffsensor mit einem separaten Gehäuse versehen ist, das so angefertigt ist, dass es in eine Kraftstoffleitung integriert werden kann.
13 zeigt eine Explosionszeichnung des Ausführungsbeispiels aus 12.
14 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels der Elektronik, die für den Betrieb eines gemäß dieser Erfindung aufgebauten Kraftstoffsensors verwendet wird.
15 zeigt eine etwas genauere schematische Darstellung eines Implementierungsbeispiels der Elektronik, die für den Betrieb eines gemäß dieser Erfindung aufgebauten Kraftstoffsensors verwendet wird.
16 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels einer gemäß dieser Erfindung aufgebauten Kraftstoffsensorvorrichtung, die besonders für die Integration in eine Kraftstoffleitung angepasst ist.
17 zeigt eine schematische Darstellung einer besonderen Eigenschaft des Ausführungsbeispiels aus 16.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1 zeigt grafisch einen Kraftstoffsensor 20, der einen Kondensator 22 hat, der dazu verwendet wird, Informationen bezüglich der elektrischen Eigenschaften eines Kraftstoffgemischs zu sammeln. Das abgebildete Beispiel ist besonders gut fair die Verwendung innerhalb eines Kraftstoffversorgungssystems eines Fahrzeugs geeignet. Der Kondensator 22 umfasst eine erste Elektrode 24 und eine zweite Elektrode 26. Im abgebildeten Beispiel weisen die Elektroden im Allgemeinen eine zylinderförmige Form auf, und die äußere Elektrode 24 umschließt im Allgemeinen die innere Elektrode 26. In einem Beispiel ist die äußere Elektrode 24 die Anode, während die innere Elektrode 26 die Kathode des Kondensators 22 darstellt.
Eine Mehrzahl von Öffnungen 28 in der äußeren Elektrode 24 ermöglichen es dem Kraftstoff durch einen Zwischenraum zwischen den Elektroden 24 und 26 zu fließen. Die Größe und Form der Öffnungen 28 richtet sich nach der benötigten Durchflussgeschwindigkeit des Kraftstoffs und nach der gewünschten Funktion des Kondensators. Eine größere Öffnung bedeutet eine niedrigere Kapazität. Die Fachleute, die den Vorteil dieser Beschreibung genießen, werden in der Lage sein, die beste Konfiguration für die Bedürfnisse ihrer jeweiligen Situation auszuwählen.
Der Kraftstoff zwischen den Elektroden fungiert als mindestens ein Dielektrikum des Kondensators 22. Durch eine entsprechende Steuerung des Kondensators 22 werden die Permittivität und die Leitfähigkeit des Kraftstoffgemischs bestimmt, um eine Angabe über die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs zu erhalten. Es ist bekannt, wie man Kondensatoren für derartige Bestimmungen nutzt. Derartige Informationen können dann in herkömmlicher Weise dazu verwendet werden, ein Kraftstoffversorgungssystem eines Fahrzeuges nach Bedarf zu steuern.
Bezug nehmend auf die 1–3 umfasst der Kraftstoffsensor ein Befestigungsteilstück 30, das so angepasst ist, dass es an einem ausgewählten Abschnitt eines Kraftstoffversorgungssystems (nicht abgebildet) befestigt werden kann. In diesem abgebildeten Beispiel ist das Befestigungsteilstück 30 aus demselben Teil geformt und aus demselben Material gefertigt, wie die innere Elektrode 26. Ein Vorteil dieser Erfindung ist es, dass sie fertig angepasst ist, um mit einem beliebigen geeigneten Abschnitt eines Kraftstoffversorgungssystems verbunden zu werden. Zum Beispiel kann ein nach dieser Erfindung aufgebauter Kraftstoffsensor direkt mit einer Kraftstoffschiene, einer Kraftstoffleitung, einer Kraftstoffpumpe oder einem Kraftstofftank verbunden werden. Durch die Integration des inventiven Kraftstoffsensors in eine Kraftstoffschiene kann die Information über die Zusammensetzung des Kraftstoffs sehr nahe bei der Kraftstoffeinspritzungsanlage festgestellt werden, was vorteilhaft für die genauere Steuerung des Kraftstoffversorgungssystems in Reaktion auf die ermittelte Zusammensetzung des Kraftstoffs ist. Die Positionierung eines Sensors sehr nahe bei der Kraftstoffeinspritzungsanlage liefert bessere Messwerte der tatsächlichen Zusammensetzung des Kraftstoffs am Punkt der Einspritzung.
Das in den 1–3 abgebildete Beispiel weist eine Einsteck-Konfiguration auf, so dass der Sensor 20 in ein Anschlussstück oder in eine entsprechende Öffnung in einem ausgewählten Abschnitt des Kraftstoffversorgungssystems, wie z. B. die Kraftstoffschiene gesteckt werden kann. Andere Ausführungen sind im Rahmen dieser Erfindung möglich, wie z. B. die Anbringung eines Gewindes am Befestigungsteilstück 30, so dass der Sensor vom entsprechenden Abschnitt des Kraftstoffversorgungssystems mit Hilfe eines Gewindes aufgenommen wird. Wieder andere Ausführungsbeispiele (inklusive, aber nicht ausschließlich die unten beschriebenen Beispiele und die in anderen Figuren gezeigten Beispiele) sind im Rahmen dieser Erfindung auch realisierbar. Die Fachleute, die den Vorteil dieser Beschreibung genießen, werden in der Lage sein, sich für die beste Strategie zu entscheiden, um die inventive Sensorvorrichtung in ihre jeweiligen Systemanforderungen zu integrieren.
Die Einsteck-Ausfühung des abgebildeten Beispiels in 2 und 3 beinhaltet im Befestigungsteilstück 30 ein Teilstück mit kleinerem Durchmesser 32 mit einer nominellen Außenabmessung. Dieses Teilstück mit kleinerem Durchmesser 32 ist so angepasst, dass es innerhalb der entsprechenden Öffnung im entsprechenden Teilstück des Kraftstoffversorgungssystems aufgenommen werden kann. Ein Teilstück mit größerem Durchmesser 34 ist so angepasst, dass es von einer Außenfläche, wie z. B. einem Boss, aufgenommen werden kann, der auf dem entsprechenden Teilstück des Kraftstoffversorgungssystems bereitgestellt wird. Runddichtringe 36 und 38 werden in Nuten 39 auf dem Teilstück mit kleinerem Durchmesser 32 gehalten, um für eine Dichtung zu sorgen, die dem normalerweise in einem Kraftstoffversorgungssystem eines Fahrzeugs vorliegendem Druck standhält. In diesem Beispiel werden redundante Runddichtringe verwendet, um sicherzustellen, dass während der Lebensdauer des Sensors der Abdichtungseffekt nicht verloren geht.
Im abgebildeten Beispiel weist das Teilstück mit größerem Durchmesser 34 eine Oberflächenkontur 40 auf, die mit einem Halterelement 42 zusammenspielt, um den Sensor 20 sicher an der gewünschten Stelle im Kraftstoffversorgungssystem zu halten. Das hier abgebildete Beispiel beinhaltet einen Spalt 40, aber andere Variationen, Unregelmäßigkeiten oder Konturen auf dem Befestigungsteilstück 30 können eine Vielzahl von Halterelementen aufnehmen, um den Kraftstoffsensor an der jeweils benötigten Stelle zu halten.
Das Halterelement 42, das in 3 am besten abgebildet ist, stellt einen Klemmhalter dar, der vorzugsweise auf das Befestigungsteilstück 30 des Sensors 20 geheftet wird, nachdem die Bügel 44 des Halters 42 durch die entsprechenden Spalten 40 auf dem Befestigungsteilstück 30 aufgenommen wurden. Eine Öffnung 46 in einer Verlängerung des Halters 42 ermöglicht es, einen entsprechenden Bolzen oder eine Schraube am entsprechenden Teilstück des Kraftstoffversorgungssystems anzubringen, wenn sich der Halter 42 und der Sensor 20 in der entsprechenden Position befinden.
Die abgebildete Anordnung ermöglicht es dem Halter 42 eine Kraft auf den Sensor 20 auszuüben, die den Sensor in das entsprechende Teilstück des Kraftstoffversorgungssystems drückt. Vorzugsweise erstreckt sich ein Vorsprung 48 parallel zum Sensorkörper, wenn er vom Kraftstoffversorgungssystem aufgenommen wird. Wenn der Vorsprung 48 in Kontakt mit einer entsprechenden Befestigungsoberfläche kommt, erzeugt er ein Moment am Kontaktpunkt auf der Befestigungsoberfläche. Die Kräfte, die auf den Halter 42 ausgeübt werden, werden durch den Halter auf die Tangente des Bogens auf der Klemmenoberfläche geleitet, wodurch der Sensor 20 in das entsprechende Befestigungsloch gedrückt wird. Genauso ermöglicht es ein wie im abgebildeten Beispiel gezeigter Halter, dass der Sensor 20 auf einer zusammenpassenden Oberfläche, wie z. B. einem Boss, fest auf dem gewählten Teilstück des Kraftstoffversorgungssystems sitzt und nicht von seiner gewünschten Position abweicht.
Ein Verbindungsteilstück 50 wird teilweise innerhalb der inneren Elektrode 26 aufgenommen und trägt die Elektronik des Sensors. Im abgebildeten Beispiel besteht das Verbindungsteilstück 50 aus einem Plastikstück, das eine Öffnung 52 an einem Ende hat, um eine elektrische Verbindung zwischen den leitenden Anschlusspunkten 54, die innerhalb der Öffnung 52 getragen werden, und anderen elektrischen Komponenten herzustellen. Je nach der Elektronik des Steuergeräts des Kraftstoffversorgungssystems des Fahrzeugs kann die Konfiguration der Anschlusspunkte 54 und der Verbindungsöffnung 52 auf viele unterschiedliche Arten angeordnet sein. In einem Beispiel verbindet ein erster Anschlusspunkt 54 den Sensor mit Erde, ein zweiter Anschlusspunkt 54 verbindet den Sensor mit einer Stromversorgung und ein dritter Anschlusspunkt ermöglicht die Übertragung des Signals bezüglich der Zusammensetzung des Kraftstoffs.
Das Verbindungsteilstück 50 umfasst einen Schaft 56, der so angepasst ist, dass er einen Träger 58 für die Elektronik halten kann. Die Sensorelektronik kann eine Leiterplatte umfassen, einen Mikroprozessor, einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC) oder eine Kombination aus einem oder mehreren dieser, je nach den Bedürfnissen einer bestimmten Situation. Die Systemelektronik eines Beispielsensors und ihre Funktion werden weiter unten umfangreicher beschrieben.
Ein Runddichtring 60 wird in einer Nut 61 auf dem Verbindungsteilstück 50 gehalten, um eine Schnittstelle zwischen dem Verbindungsteilstück 50 und der Innenseite des Befestigungsteilstücks 30 abzudichten. Eine solche Dichtung verhindert eine Verunreinigung von außerhalb des Sensors. In einem Beispiel ist das Verbindungsteilstück 50 innerhalb des Befestigungsteilstücks 30 eingerastet, so dass die Elektronik sicher innerhalb der inneren Elektrode 26 gehalten wird.
Die äußere Elektrode 24 in diesem Beispiel weist ein geschlossenes Ende 62 und ein offenes Ende 64 auf. Ein isolierendes Bauelement 66 wird von einem Teilstück mit verringertem Durchmesser 68 der inneren Elektrode 26 aufgenommen. Das isolierende Bauelement 66 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, um eine entsprechende Isolierung zwischen den Elektroden 24 und 26 herzustellen. Um den Aufbau zu vereinfachen, weist das Beispiel des isolierenden Bauelements 66 zwei halbkreisförmige Abschnitte 66A und 66B auf, die zusammen den Abschnitt 68 der inneren Elektrode 26 umschließen.
Im abgebildeten Beispiel wird das offene Ende 64 vorzugsweise auf das isolierende Bauelement 66 gepresst, so dass die äußere Elektrode 24 um die Außenseite der inneren Elektrode 26 befestigt wird. Eine derartige Vorrichtung ist besonders vorteilhaft, da sie eine wirtschaftliche Art der Herstellung eines gemäß dieser Erfindung aufgebauten Sensors darstellt. Außerdem verhindert die Verwendung einer Klemmverbindung bei der Befestigung der äußeren Elektrode 24 an die innere Elektrode 26 jegliche Bewegung der äußeren Elektrode 24 in Relation zur inneren Elektrode 26 während der Lebensdauer des Sensors, so dass sich weder die Kapazität noch die Leitfähigkeit des Sensorsystems ändert.
Das Teilstück der äußeren Elektrode 24 nahe des Endes 62 ist von der inneren Elektrode 26 durch ein isolierendes Bauelement 70 elektrisch isoliert. Im abgebildeten Beispiel besteht das isolierende Bauelement 70 aus einer Scheibe aus einem elektrisch isolierenden Material, das um das offene Ende der inneren Elektrode 26 innerhalb des geschlossenen Endes der Elektrode 24 aufgenommen wird. In einem Beispiel wird das isolierende Bauelement 70 in die äußere Elektrode 24 eingeschoben, bevor die äußere Elektrode über der inneren Elektrode 26 aufgenommen wird. Ein Paar Runddichtringe 72 und 74 sorgt auch für die elektrische Isolierung der beiden Elektroden voneinander.
Außerdem werden die Runddichtringe 72 und 74 über der Außenseite der inneren Elektrode 26 aufgenommen, um das offene Ende der inneren Elektrode 26 und die Elektronik, die innerhalb der inneren Elektrode gehalten wird, vom Kraftstoffgemisch abzudichten, das durch die Öffnungen 28 in der äußeren Elektrode 24 fließt. Das abgebildete Beispiel beinhaltet redundante Runddichtringe 72 und 74, um sicherzustellen, dass die Dichtung während der Lebensdauer des Sensors erhalten bleibt.
Das Substrat bzw. der Träger der Elektronik 58 im abgebildeten Beispiel wird innerhalb der inneren Elektrode 26 gehalten. Das Beispiel eines Substrats bzw. Trägers 58 ist eine Leiterplatte, die eine Mehrzahl von Öffnungen 82 aufweist, die Enden der Leiter 54 aufnehmen, wie man am besten in den 4 und 5 erkennen kann. Die Leiter 54 werden vom Verbindungsteilstück 50 getragen, so dass zumindest ein Abschnitt der Leiter in derselben Ebene wie der Träger 58 liegen. Wie man am besten in 5 erkennt, werden die Leiter leicht gebogen und dann auf den Träger 58 gelötet, um die entsprechenden elektrischen Verbindungen herzustellen. Im abgebildeten Beispiel kann selektives Löten angewendet werden, wodurch die potentiellen Probleme der Handlöttechnik verringert werden. In einem Beispiel beträgt der Zwischenraum zwischen den Enden der Leiter 54, die in den Öffnungen 82 aufgenommen werden, 3 Millimeter, um die Einsparungen bei der Herstellung eines gemäß dem abgebildeten Ausführungsbeispiel aufgebauten Sensors zu erhöhen.
Nahe des gegenüberliegenden Endes des Trägers 58, nimmt eine Mehrzahl von Öffnungen 84 Wärmekerbpfosten 86 auf, die als Teil des Schafts 56 des Verbindungsteilstücks 50 geschaffen sind. Ein herkömmliches Wärmefügverfahren wird angewendet, um den Träger 58 an den Pfosten zu befestigen, so dass der Träger 58 sicher auf dem Schaft 56 positioniert ist.
Im abgebildeten Beispiel werden die elektrischen Verbindungen zwischen der inneren und der äußeren Elektrode des Kondensators 22 mit Hilfe von leitenden Federn aus Beryllium-Kupfer hergestellt, die vorzugsweise vergoldet sind, um das Risiko von Korrosion und Verlust des elektrischen Kontakts zu minimieren. Unter Bezugnahme auf die 4–7 enthält der abgebildete Träger 58 eine Öffnung 90 in einem Mittelabschnitt des Trägers. Ein Pfosten 92 auf einem ersten Federkontakt 94 wird durch die Öffnung 90 aufgenommen. Die Verbindungsteilstücke 96 und 98 verlaufen nach außen hin weg von und hinter die Kanten des Trägers 58, so dass die Verbindungsteilstücke 96 und 98 einen elektrisch leitenden, mechanischen Kontakt mit der Innenfläche der inneren Elektrode 26 herstellen. Die Vorspannung der Feder 94 hält den benötigten elektrischen Kontakt aufrecht.
Nahe des Endes des Trägers 58, am weitesten entfernt von der Öffnung 52, wird ein Pfosten 100 einer anderen Kontaktfeder 102 durch eine Öffnung 104 aufgenommen. Die Kontaktfeder 102 umfasst Abschnitte mit elektrischem Kontakt 104 und 106, die einen direkten Kontakt mit der Innenfläche der äußeren Elektrode 24 haben. Die Elektronik auf dem Träger 58 ist entsprechend verkabelt, so dass der elektrische Kontakt zwischen der Elektronik und der inneren und äußeren Elektrode für den Betrieb des Kondensators 22 durch die Federn 94 und 102 bewerkstelligt wird.
Wie am besten aus 4 und 7 ersichtlich ist, umfasst die Feder 102 im Allgemeinen hakenförmige Teilstücke, die in entgegengesetzten Richtungen weg vom Pfosten 100 verlaufen. Diese hakenförmigen Teilstücke werden von den Pfosten 108 aufgenommen, die als Teil des Schafts 56 des Verbindungsteilstücks 50 geschaffen sind. Die Feder wird durch die Spannkraft der Feder 102 und dadurch dass der Pfosten 100 in der Öffnung 104 aufgenommen wird, um die Pfosten 108 in Position gehalten. Gleichzeitig erstrecken sich die Verbindungsteilstücke 104 und 106 weg von den Pfosten 108, und zwar weit genug, um elektrischen Kontakt mit der äußeren Elektrode 24 herzustellen.
8 zeigt ausgewählte Teile einer alternativen Anordnung eines Sensoraufbaus, der gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist. An Stelle von unabhängigen isolierenden Bauelementen 66 und 70 ist in diesem Beispiel die innere Elektrode 26 mit einem geeigneten Material 120 überzogen, das die Isolierschicht für die Isolierung der inneren Elektrode 26 von der äußeren Elektrode 24 bildet. Wie man 8 entnehmen kann, fließt das Kraftstoffgemisch durch den Zwischenraum 122 zwischen den Elektroden 26 und 24. Dementsprechend muss das Material, das für das Überziehen der inneren Elektrode 26 ausgewählt wird, um die Isolierschicht 120 zu bilden, so gewählt werden, dass es mit der angenommenen Reihe von Kraftstoffgemischen in einem bestimmten Kraftstoffversorgungssystem kompatibel ist. In einem Beispiel wurde ein Material gewählt, das von Dupont geliefert wird und als Vespel ST2030 bekannt ist. Die Fachleute, die den Vorteil dieser Beschreibung genießen, werden in der Lage sein, die besten Materialien für ihre jeweilige Situation zu bestimmen.
In einem solchen Beispiel ist das Befestigungsteilstück 30 aus demselben Teil, wie die äußere Elektrode 24 geformt und nicht wie die innere Elektrode 26 (wie in 2 und 3 dargestellt). Die Isolierschicht 120 wird vom Befestigungsteilstück 30 getragen und die innere Elektrode 26 wird von der Isolierschicht 120 getragen.
9 zeigt ein weiteres Beispiel, in dem die innere Elektrode 26 auf einer Isolierschicht 120 getragen wird, die innerhalb der äußeren Elektrode 24 aufgenommen wird und den notwendigen Zwischenraum 122 aufrecht erhält, damit der Kraftstoff zwischen den Elektroden 24 und 26 fließen kann. Im Beispiel der 9 gibt es zwei getrennte innere Elektroden 26A und 26B. Eine solche Anordnung ist besonders gut für Diesel-Kraftstoffsysteme geeignet. In diesem Beispiel wird die erste innere Elektrode 26A dafür verwendet, den Diesel-Kraftstoffgehalt abzutasten, während die zweite Elektrode 26B dazu verwendet wird, den Wassergehalt abzutasten Dementsprechend ermöglicht die Verwendung von zwei getrennten inneren Elektroden es einem gemäß dieser Verbindung aufgebauten Sensoraufbau, die Informationen zu liefern, die für die einzigartigen Feststellungen benötigt werden, die mit der Überwachung der Qualität von Diesel-Kraftstoff einhergehen.
Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung liefert viele Vorteile, u. a. die Möglichkeit, sie leicht in eine Vielzahl von Teilstücken eines Kraftstoffversorgungssystems zu integrieren. Ein Implementierungsbeispiel dieser Erfindung wird schematisch in 10 gezeigt, die einen Querschnitt darstellt. In diesem Beispiel wird um die äußere Elektrode 24 Material zur Kraftstofffilterung 130 aufgenommen. Dementsprechend übernimmt der Kraftstoffsensoraufbau 20 in diesem Beispiel auch die Funktion der Kraftstofffilterung, die in einem Kraftstoffversorgungssystem benötigt wird. Obwohl die Kraftstofffilterelemente schematisch als ein äußerer Zusatz zur äußeren Elektrode 26 abgebildet sind, dienen die Kraftstofffilterelemente in einem anderen Beispiel selbst als äußere Elektrode.
Eine derartige Integration von Bestandteilen in ein Kraftstoffversorgungssystem fördert die Einsparungen im kompletten System und bei den individuellen Bestandteilen. Dadurch, dass die inventive Vorrichtung einen separaten Kraftstoffsensor und Kraftstofffilter überflüssig macht, wird zum Beispiel eine schnellere Montage ermöglicht, weniger Verbindungen mit der Kraftstoffschiene oder anderen Bestandteilen des Kraftstoffsystems müssen hergestellt werden und der Aufwand für den Zusammenbau wird minimiert.
11 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel für eine gemäß dieser Erfindung aufgebaute Kraftstoffsensorvorrichtung. In diesem Beispiel ist der Sensor 20 in ein Teilstück der Kraftstoffschiene 132 integriert. Der Sensor ist dahingehend modifiziert, dass das entsprechende Teilstück der Kraftstoffschiene 132 als äußere Elektrode des Kondensators 22' fungiert. In diesem Beispiel wird die innere Elektrode 26' innerhalb des entsprechenden Teilstücks der Kraftstoffschiene 132 aufgenommen, die als äußere Elektrode fungiert. In diesem Beispiel stellt das Teilstück der Kraftstoffschiene 132 die Kathode dar, während die innere Elektrode 26' die Anode des Kondensators 22' darstellt. Das Teilstück der Kraftstoffschiene 132 fungiert in diesem Beispiel als Kathode, weil es geerdet ist. Abgesehen von einer derartigen umgedrehten Polarität funktioniert der Kondensator 22' auf dieselbe Art und Weise, wie der Kondensator 22.
Herkömmlich konfigurierte Kraftstoffleitungsanschlussstücke 134 werden so angepasst, dass sie mit den übrigen Teilstücken der Kraftstoffschiene verbunden werden können.
12 zeigt eine andere alternative Vorrichtung, bei der ein separates Gehäuse 150 den Sensor 20 an einer gewünschten Position in Relation zum Kraftstoffversorgungssystem des Fahrzeugs hält. Das abgebildete Beispiel weist eine Öffnung 152 auf, die den Kondensator 22 des Sensors 20 aufnimmt, und ein Einsatzteil 154, das den Sensor abdichtet und an seinem Platz hält. In einer derartigen Anordnung kann der Sensor 20 auf viele verschiedene Arten im Gehäuse 150 befestigt werden, abhängig vom jeweiligen Material, das für die Herstellung des Gehäuses 150 und des Einsatzteils 154 gewählt wurde. In einem Beispiel wird Klebstoff verwendet, in einem anderen wird der Sensor durch Klemmverbindungen an seinem Platz gehalten. In einem anderen Beispiel wird eine Klammer oder ein Klemmhalter ähnlich dem Befestigungselement 40 verwendet.
Das Gehäuse 150 beinhaltet ein erstes Anschlussstück 156, das es dem Kraftstoff ermöglicht, in ein Teilstück des Körpers 158 des Gehäuses 150 zu fließen, in dem der Kraftstoff auf den Sensor 20 trifft. Der Kraftstoff fließt dann durch ein anderes Anschlussstück 160 hinaus und setzt seinen Weg im entsprechenden Abschnitt des Kraftstoffversorgungssystems fort.
Wie in 13 erkannt werden kann, beinhaltet das Gehäuse 150 in einem Beispiel einen Deckel 162, der von einem Teilstück des Körpers 158 aufgenommen wird, um das Teilstück des Gehäuses abzuschließen, das während des Betriebes Kraftstoff erhält. Der Deckel 162 im abgebildeten Beispiel umfasst ein Befestigungsteilstück 164, das so angepasst ist, dass es an einem entsprechenden Teilstück des Kraftstoffversorgungssystems oder an einer geeigneten Aufnahmefläche am Fahrzeug befestigt werden kann.
Je nach verwendetem Material kann das Gehäuse 150 als äußere Elektrode des Kondensators benutzt werden.
Nachdem nun die verschiedenen Bestandteile mehrerer Ausführungsbeispiele für Kraftstoffsensoren, die gemäß dieser Erfindung aufgebaut sind, beschrieben wurden, wird nun die Elektronik beschrieben, die für den Betrieb des Sensors verwendet wird. Die allgemeinen Prinzipien, wie Kapazitäts- und Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt werden, sind bekannt. Wie man erkennen wird, verwendet der inventive Sensor herkömmliche Messprinzipien, aber er schließt auch neuartige Eigenheiten ein, die die inventive Vorrichtung von bisherigen Sensoren unterscheidet.
14 zeigt schematisch den Sensorkondensator 22 und die Elektronik 170 für den Betrieb des Sensors. Ein Mikroprozessor 172 wird entsprechend programmiert, um die Informationen über die Kapazität, die Temperatur und den Wirkleitwert (d. h. Leitfähigkeit und Kapazität), die vom Sensor eingeholt werden, aufzunehmen und diese Informationen mit Daten zu vergleichen, die im Festwertspeicher des Steuergeräts 172 gespeichert sind, um eine Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs durchzuführen. Kalibrierungsparameter des Sensors werden im EEPROOM 174 gespeichert. In einem Beispiel enthält der Festwertspeicher des Steuergeräts 172 eine Verweistabelle über eine Mehrzahl an vorgegebenen Sensorwerten, die mit bestimmten bekannten Kraftstoffgemischen übereinstimmen. Der Mikroprozessor 172 ist so programmiert, dass er diese Informationen verwenden und eine Ausgabe durch einen herkömmlichen Kommunikationsanschluss 176 liefern kann, die vom Steuergerät des Motors verwendet werden können oder von einem anderen Kraftstoffversorgungs-Steuergerät, das dafür verantwortlich ist, die Zündeinstellung und die Menge des Kraftstoffflusses durch die Kraftstoffeinspritzanlage zu steuern, um die gewünschte Reaktion auf die ermittelte Zusammensetzung des Kraftstoffs zu erzielen. In einem Beispiel ist die Ausgabe eine Frequenz und ein negatives pulsbreitenmoduliertes Signal. Ein herkömmliches Netzteil 178 liefert den Strom für den Mikroprozessor 172.
Ein einzigartiges Merkmal dieser Erfindung ist die Verwendung eines einzelnen Kondensators 22 für die Durchführung der Leitfähigkeits- und Permittivitätsmessungen des Kraftstoffgemischs. Zwei verschiedene Oszillatoren 180 und 182 werden selektiv mit dem Kondensator 22 gekoppelt, um die zwei getrennten Bestimmungen durchzuführen (d. h. Leitfähigkeit und Kapazität). Die inventive Vorrichtung umfasst eine einzige mechanische Verbindung 183 zwischen dem Kondensator 22 und den Oszillatoren 180 und 182. Anstatt die Verbindung zum Kondensator 22 umzuschalten, beinhaltet das Implementierungsbeispiel dieser Erfindung das Umschalten der Ausgaben der Oszillatoren (180 und 182), in welchem Fall keine parasitäre Kapazität die zu messende Kapazität beeinflusst.
Die Elektronik 170 umfasst einen Multiplexer 184, der die Ausgaben der Oszillatoren 180 und 182 empfängt. In einem Beispiel arbeitet einer der Oszillatoren in der Megahertz-Reichweite, während der andere in einer Kilohertz-Reichweite arbeitet. Auf Grund dieser relativ hohen Frequenzen wird ein Zähler 186 zwischen dem Multiplexer 184 und dem Mikroprozessor 172 positioniert, der als Frequenzteiler fungiert, so dass der Mikroprozessor in der Lage ist, die Signalinformationen der Oszillatoren zu verarbeiten. Obwohl die verschiedenen Teile in 14 und 15 schematisch als separate „Bestandteile” dargestellt werden, ist es möglich, diese beispielsweise mit Hilfe eines entsprechend programmierten Mikroprozessors zu implementieren. Die abgebildeten Teilungen dienen nur der Erläuterung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung beinhaltet einen Betrieb der Oszillatoren 180 und 182 bei unterschiedlichen Frequenzen und unabhängig voneinander, so dass der Kondensator 22 auf zwei verschiedene Arten verwendet wird, je nach dem, welcher Oszillator aktiviert wird.
Um ein Abdriften und Alter der Bestandteile zu kompensieren, werden die Referenzoszillatoren 188 und 190 bereitgestellt. In einem Beispiel ist der Referenzoszillator 188 so eingestellt, dass er eine Angabe über einen Alkoholgehalt im Kraftstoff an einem niedrigen Ende der Skala eines erwarteten Spektrums liefert. Der Oszillator 190 ist so eingestellt, dass er eine Angabe liefert, die einem Alkoholgehalt im Kraftstoff am entgegengesetzten Ende der Skala eines erwarteten Spektrums entspricht. In einem Beispiel entspricht der Referenzoszillator 188 einem Alkoholgehalt von zehn Prozent, während der Referenzoszillator 190 einem Alkoholgehalt von achtzig Prozent entspricht. Die Referenzoszillatoren werden vorzugsweise so gewählt, dass sie nicht verstellbar sind, damit sie über die Lebensdauer des Sensoraufbaus nicht beeinflusst werden.
Wie bekannt ist, stellt die Temperatur des Kraftstoffgemischs einen weiteren Faktor dar, der bei der Durchführung einer Kapazitäts- und Leitfähigkeitsbestimmung eingeschlossen ist. In einem Beispielsensor, der gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist, wird ein Thermistor oder ein NTC-Bauteil verwendet, um die Informationen über die Kraftstofftemperatur aufzunehmen. Ein vorteilhaftes Merkmal der inventiven Vorrichtung ist ihre Fähigkeit, das Thermistorbauteil auf dem Verbindungsteilstück 50 aufzunehmen, um die statistische Spanne der Temperaturinformationen möglichst gering zu halten. Ein Beispiel beinhaltet die Benetzung der Oberfläche des Sensorkörpers mit einem Thermalfett, um den Thermistor daran zu koppeln, damit eine maximale konvektive und direkte Wärmeübertragung an das Thermistorbauteil möglich ist. Es wird bevorzugt, keinen Zwischenraum zwischen dem Thermistor und dem Sensorkörper ohne Thermalfett zu belassen, um eine variable oder erweiterte Reaktion auf eine Änderung der Kraftstofftemperatur zu verhindern.
In einem Beispiel wird das Thermistorbauteil durch eine Tasche, die in einem entsprechenden Teilstück des Verbindungsteilstücks 50 geformt ist, an seinem Platz gehalten. Die Tasche hält den Thermistor so, dass ein gewünschter Zwischenraum zum Träger 58 bleibt. Die elektrischen Leitungen eines Thermistors können auf entsprechende Teilstücke der auf dem Träger 58 getragenen Elektronik gelötet werden.
Nach dem Zusammenbau wird vorzugsweise Fett auf den Thermistor um das Gebiet um die Tasche auf dem Verbindungsteilstück 50 gegeben, und er wird im Sensorkörper installiert. Das thermisch leitende Fett kompensiert Druck innerhalb des Sensors. Da der Sensor in einem Beispiel mit Runddichtringen abgedichtet ist, müssen Druckunterschiede unter Umständen von innerhalb des Sensors nach außen abgelassen werden. Durch ein in das Verbindungsteilstück 50 gebohrtes, konisch zulaufendes Loch, das von außerhalb des Verbindungsaufbaus in die Tasche führt, um den Thermistor zu tragen, wird dies auf effektive Art in einem Beispiel erreicht. Das thermisch leitende Fett kann in das Loch eingegeben werden, um dann den Hohlraum um den Thermistor aufzufüllen und die Oberfläche des Thermistors und des Sensorkörpers im entsprechenden Bereich zu benetzen. Das übrige Fett innerhalb des Loches dichtet das Loch ab, ist jedoch weich genug, um Druck abzulassen, indem das Fett vorwärts oder rückwärts innerhalb des Loches gedrückt wird, je nach dem, ob der Druck im Inneren des Sensors ansteigt oder abfällt. Die sich daraus ergebende Vorrichtung stellt einen Sensor bereit, der abgedichtet bleibt und Änderungen des Drucks dadurch kompensiert, dass er Volumensänderungen zulässt, was sich darauf zurückführen lässt, dass sich zumindest etwas Fett innerhalb des Lochs bewegt.
Die als Beispiel abgebildete Vorrichtung beinhaltet einen weiteren Oszillator 192, der mit einem Thermistor 194 gekoppelt ist, der Informationen über die Temperatur des Kraftstoffgemischs einholt. Ein Referenzoszillator 196 wird ausgewählt, um Kalibrierungsinformationen bereitzustellen, um ein Verrutschen oder Alter des Oszillators 192 über die Zeit hinweg zu verhindern.
Die Anwendung von Oszillatoren in Verbindung mit Kondensatoren und Thermistoren für die Feststellung der notwendigen Informationen über die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs sind bekannt. Ein vorteilhafter Unterschied bei dieser Erfindung ist es, dass ein einzelner Kondensator auf zwei Arten verwendet wird, und nur eine einzige mechanische Verbindung 183 zwischen dem Kondensator 22 und den Oszillatoren 180 und 182 vereinfacht den Gesamtaufbau und macht ihn wirtschaftlicher.
Der Mikroprozessor 172 wird vorzugsweise so programmiert, dass er selektiv zwischen den Oszillatoren 180 und 182 umschalten kann, um die entsprechenden Messungen der Leitfähigkeit oder der Kapazität durchzuführen. Das Beispiel in 15 umfasst elektronische Schalter 200 und 202, die vom Mikroprozessor 172 selektiv betrieben werden, um den gewünschten Oszillatorbetrieb zu erreichen und die gewünschte Messung zu erhalten. Auf ähnliche Art steuert der Mikroprozessor 172 die elektronischen Schalter 204 und 206, um einen der beiden Referenzoszillatoren 188 und 190 auszuwählen.
Die Anordnung von Elektronik für den Betrieb eines Sensors, der gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist, kann unterschiedliche Formen annehmen. Das Beispiel in 15 ist eine bestimmte Implementierung der gesamten inventiven Strategie. Die Fachleute, die den Vorteil dieser Beschreibung genießen, werden in der Lage sein, aus frei erhältlichen Elektronikteilen auszuwählen oder spezielle Hardware oder Software herzustellen, die die Anforderungen ihrer jeweiligen Situation erfüllt.
16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines gemäß dieser Erfindung aufgebauten Kraftstoffsensors. Dieses Beispiel eignet sich besonders gut für die Integration in eine Kraftstoffleitung. Der Sensor 320 umfasst einen Kondensator 322, der eine innere Elektrode 324 und eine äußere Elektrode 326 aufweist. Die innere Elektrode 324 wird von einer nicht leitenden Röhre 330 aufgenommen. In einem Beispiel besteht die nicht leitende Röhre 330 aus dem Material Vespel ST2030, das von Dupont erhältlich ist.
Die Röhre 330 erstreckt sich vorzugsweise über eine ausgewählte Distanz und hat herkömmliche Kraftstoffleitungsanschlüsse 332 mit einer Öffnung 334, die sich durch die Röhre 330 zieht, damit der Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung durch die Röhre 330 fließen kann. Die innere Elektrode 324 wird innerhalb der Öffnung 334 aufgenommen. Eine Mehrzahl von Rippen 340 auf einer Außenseite der inneren Elektrode 324 positioniert die innere Elektrode 324 koaxial mit der Röhre 330. Die Verlängerungen 344 halten die Elektrode 324 axial an ihrem Platz, indem sie in einem Beispiel über die Enden der Röhre 330 gebogen werden.
Die äußere Elektrode 326 im abgebildeten Beispiel umfasst zwei separate Elektrodenteile, die beide von der Außenseite der Röhre 330 aufgenommen werden. Ein Gehäuse 350 trägt die Teile der äußeren Elektrode 326, so dass sie in einer festen Position in Relation zur Außenseite der Röhre 330 gehalten werden.
Das Gehäuse 350 beherbergt auch die Elektronik 352, die für den Betrieb des Kraftstoffsensors 320 benötigt wird. Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist es, dass die elektrischen Verbindungen zwischen der Elektronik 352 und dem Kondensator 322 nur mit den äußeren Elektroden 326 vorkommen, die vollständig vom Kraftstoffgemisch isoliert sind. Dementsprechend sind alle elektrischen Verbindungen vollständig vom Kraftstoffgemisch isoliert und keine besondere Abdichtvorrichtung wird benötigt.
17 zeigt schematisch den Betrieb des Kraftstoffsensors 320. Wie aus der Zeichnung entnommen werden kann, liefert die Anordnung einer isolierenden Röhre 330 zwischen den zwei äußeren Leitern 326 und dem inneren Leiter 324 effektiv vier Kondensatoren in Reihe. Die Röhre 330 fungiert als ein erstes Dielektrikum zwischen einer ersten der äußeren Elektrode 326 und der inneren Elektrode 324. Dieser Kondensator wird durch den Kondensator 360 dargestellt. Der Kraftstoff, der durch die Röhre 330 fließt, hat eine erheblich andere relative Dielektrizitätskonstante als das Material der Röhre 330 und stellt daher effektiv einen zweiten Kondensator zwischen der äußeren Elektrode 326 und der inneren Elektrode 324 dar. Dieser Kondensator wird als 362 abgebildet.
Das gleiche gilt für die äußere Elektrode 326. Diese Beziehung wird schematisch durch die Kondensatoren 364 und 366 dargestellt. Dementsprechend wird die Elektronik bei einem derartigen Kraftstoffsensor so programmiert, dass die Permittivitäts- und Leitfähigkeitsmessungen auf Basis eines Modells mit vier in Reihe geschalteten Kondensatoren durchgeführt werden.
Da die relative Dielektrizitätskonstante des für die Röhre 330 gewählten Materials normalerweise viel höher, als die des Kraftstoffgemischs ist, kann der Einfluss dieses Materials auf die Leitfähigkeits- und Permittivitätsmessungen mit Hilfe von geeigneter Programmierung oder entsprechender Anordnungen der Elektronik des Sensors 320 leicht umgangen werden.
Eine Vielfalt von Beispielen für Kraftstoffsensoren, die gemäß dieser Erfindung aufgebaut sind, wurde offenbart. Abweichungen und Änderungen der offenbarten Beispiele, die nicht unbedingt von der Grundlage dieser Erfindung ausgehen, werden möglicherweise von Fachleuten erkannt. Der Umfang des Rechtsschutzes für diese Erfindung kann nur durch die folgenden Patentansprüche bestimmt werden.

Claims

Kraftstoffsensor, der folgendes umfasst: einen Kondensator, der eine erste allgemein zylinderförmige Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die die erste Elektrode zumindest teilweise umschließt, wobei die Elektroden mit einem Zwischenraum angeordnet sind, so dass der Kraftstoff zwischen den Elektroden durchfließt; einen ersten Oszillator, der selektiv mit dem Kondensator gekoppelt ist, um eine Angabe über die Kapazität des Kondensators zu liefern, wenn der Kraftstoff sich zwischen den Elektroden befindet; einen zweiten Oszillator, der selektiv mit dem Kondensator gekoppelt ist, um eine Angabe über die Leitfähigkeit des Kondensators zu liefern, wenn der Kraftstoff sich zwischen den Elektroden befindet; und ein Steuergerät, das den ersten und den zweiten Oszillator an den Kondensator koppelt, um die entsprechenden Angaben zu erhalten.
Sensor nach Anspruch 1, der eine einzelne mechanische, nicht geschaltete Verbindung zwischen dem ersten bzw. zweiten Oszillator und dem Kondensator aufweist, wobei das Steuergerät selektiv den entsprechenden Oszillator elektrisch mit dem Kondensator betreibt, um die jeweils gewünschte Angabe zu erhalten.
Sensor nach Anspruch 2, der elektronische Schalter umfasst, die mit jedem der Oszillatoren verbunden sind und die auf das Steuergerät reagieren, um den ausgewählten Oszillator mit dem Kondensator elektrisch zu betreiben.
Sensor nach Anspruch 1, der einen Temperaturanzeiger umfasst, der Informationen über die Kraftstofftemperatur an das Steuergerät leitet.
Sensor nach Anspruch 4, wobei das Steuergerät die Temperaturinformationen und die Angaben über Kapazität und Leitfähigkeit zur Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffs verwendet.
Sensor nach Anspruch 5, der einen Speicherbereich umfasst, der eine Mehrzahl an vorgegebenen, die Kraftstoffzusammensetzung anzeigenden Werten aufweist, und wobei das Steuergerät die vorgegebenen Werte nutzt, um die Kraftstoffzusammensetzung auf Grundlage der Temperaturinformationen und auf Grundlage der Angaben über Kapazität und Leitfähigkeit zu bestimmen.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem die erste Elektrode hohl ist und das Steuergerät und die Oszillatoren innerhalb der ersten Elektrode gehalten werden.
Sensor nach Anspruch 7, der ein Verbindungsteilstück mit einem Körper umfasst, der ein Substrat aufweist, das die Oszillatoren und das Steuergerät trägt, wobei der Körper in der ersten Elektrode aufgenommen wird, und bei dem ein Halter für Anschlüsse vorhanden ist, der außerhalb der ersten Elektrode liegt und der so angepasst ist, dass er eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensor und einer anderen sich auf einem Fahrzeug befindenden elektronischen Komponente herstellt.
Sensor nach Anspruch 7, der ein Substrat aufweist, das die Oszillatoren und das Steuergerät trägt, und mindestens eine leitende Feder umfasst, die mechanisch zwischen dem Substrat und einer entsprechenden Elektrode gehalten wird.
Sensor nach Anspruch 9, bei dem die Feder eine Stütze, die zumindest teilweise durch eine entsprechende Öffnung auf dem Substrat aufgenommen wird, und mindestens eine leitende Verlängerung umfasst, die unter Vorspannung mit der entsprechenden Elektrode in Kontakt gebracht wird.
Sensor nach Anspruch 10, bei dem die Feder zwei leitende Verlängerungen umfasst, die unter Vorspannung mit der entsprechenden Elektrode in elektrisch leitenden Kontakt gebracht werden.
Sensor nach Anspruch 9, bei dem die Feder aus Kupfer-Beryllium besteht.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem die zweite Elektrode allgemein zylinderförmig ist und ein offenes und ein geschlossenes Ende aufweist, wobei das offene Ende um einen ausgewählten Abschnitt der ersten Elektrode aufgenommen wird.
Sensor nach Anspruch 13, bei dem das offene Ende der zweiten Elektrode auf einen ausgewählten Abschnitt der ersten Elektrode umgebördelt ist.
Sensor nach Anspruch 13, der ein isolierendes Bauelement zwischen dem offenen Ende der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode aufweist, und bei dem das isolierende Bauelement zwei halbkreisförmige Teile umfasst, die auf dem ausgewählten Abschnitt der ersten Elektrode aufgenommen werden.
Sensor nach Anspruch 13, der mindestens einen Runddichtring zwischen der ersten und der zweiten Elektrode aufweist, wobei der Runddichtring die Elektroden elektrisch voneinander isoliert und gegen Flüssigkeiten abdichtet, um zu verhindern, dass der Kraftstoff in Kontakt mit ausgewählten Teilen des Sensors kommt.
Sensor nach Anspruch 1, der ein Anschlussteil aufweist, das so angepasst ist, dass es direkt von einem ausgewählten Einbauort in einem Kraftstoffversorgungssystem eines Fahrzeugs aufgenommen werden kann.
Sensor nach Anspruch 1, der ein Gehäuse umfasst, das so angepasst ist, dass es mit der Flüssigkeit eines Kraftstoffversorgungssystems eines Fahrzeugs Kontakt hat, und bei dem zumindest die erste Elektrode des Kondensators innerhalb des Gehäuses aufgenommen ist.
Sensor nach Anspruch 18, bei dem die zweite Elektrode das Gehäuse einschließt.
Sensor nach Anspruch 18, bei dem das Gehäuse aus einem nicht leitenden Material besteht und die erste und die zweite Elektrode zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses aufgenommen sind.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem die zweite Elektrode zumindest einen ausgewählten Abschnitt einer Kraftstoffschiene umfasst.
Sensor nach Anspruch 1, der Kraftstofffiltermaterial beinhaltet, das von der zweiten Elektrode getragen wird.
Sensor nach Anspruch 1, der eine elektrisch nicht leitende Röhre umfasst, die so angepasst ist und so gekoppelt werden kann, dass sie mit der Flüssigkeit eines Kraftstoffversorgungssystems eines Fahrzeugs Kontakt hat, und bei dem die erste Elektrode innerhalb der Röhre getragen wird, wobei zwischen der ersten Elektrode und der Röhre ein Zwischenraum besteht, so dass Kraftstoff durch die Röhre und um das Äußere der ersten Elektrode fließt, und bei dem sich die zweite Elektrode außerhalb der Röhre befindet.
Sensor nach Anspruch 23, bei dem die zweite Elektrode zwei halbzylinderförmige Bauteile umfasst, die am Äußeren der Röhre befestigt sind, und bei dem die Oszillatoren jeweils an beide halb-zylinderförmige Bauteile gekoppelt sind, wobei die Röhre den Kraftstoff von jeder an die Elektroden angelegten Energie isoliert.
Sensor nach Anspruch 23, der ein einzelnes Gehäuse umfasst, das die Röhre, die Elektroden, die Oszillatoren und das Steuergerät trägt.
Sensor nach Anspruch 23, bei dem die erste Elektrode eine Mehrzahl von Rippen umfasst, die an einer Innenfläche der Röhre aufgenommen werden, damit die erste Elektrode innerhalb der Röhre eine gewünschte Position einhält.
Sensor nach Anspruch 1, der eine dritte Elektrode umfasst, die mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei die erste Elektrode für die Aufnahme der Informationen über den Kraftstoffgehalt und die dritte Elektrode für die Aufnahme der Informationen über den Wassergehalt verwendet wird.
Sensor nach Anspruch 27, der einen Isolator umfasst, der die erste und die dritte Elektrode trägt, wobei der Isolator zumindest teilweise jeweils die erste bzw. die dritte Elektrode umschließt.
Verfahren für die Bestimmung einer Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellung eines einzelnen Kondensators, der zwei Elektroden aufweist, zwischen denen ein Kraftstoffgemisch fließt; Verwendung des Kondensators auf eine erste Art, um eine Angabe über die Leitfähigkeit des Kondensators zu erhalten, wenn Kraftstoff zwischen den Elektroden durchfließt; Verwendung des Kondensators auf eine zweite Art, um eine Angabe über die Kapazität des Kondensators zu erhalten, wenn Kraftstoff zwischen den Elektroden durchfließt.
Verfahren nach Anspruch 29, das den elektrischen Betrieb eines ersten Oszillators umfasst, der eine erste Frequenz aufweist, die dem Kondensator in der ersten Betriebsart zugeordnet ist, und das den elektrischen Betrieb eines zweiten Oszillators umfasst, der eine zweite Frequenz aufweist, die dem Kondensator in der zweiten Betriebsart zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 29, das die Bestimmung einer Temperatur des Kraftstoffs umfasst, und bei dem die festgestellte Temperatur und die Angaben über Kapazität und Leitfähigkeit zur Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 29, das die direkte Verbindung des Sensors mit einem ausgewählten Abschnitt eines Kraftstoffversorgungssystems eines Fahrzeuges umfasst, und bei dem der ausgewählte Abschnitt als eine der Elektroden des Kondensators verwendet wird.