DE112011104716B4

DE112011104716B4 - Flüssigkeitszustandserfassungssensor

Info

Publication number: DE112011104716B4
Application number: DE112011104716.9T
Authority: DE
Inventors: Chiaki Kataoka; Masaki Akagi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2031-01-15
Also published as: JP5360238B2; DE112011104716T5; JPWO2012095996A1; CN102713536A; CN102713536B; US8919196B2; WO2012095996A1; US20130283905A1

Abstract

Flüssigkeitszustandserfassungssensor (18, 40), der aufweist:n Anschlüsse (A, B, C, D), wobei n eine natürliche Zahl von mindestens 3 ist; undmindestens n Kapazitätsmessabschnitte (C1, C2, C3, C4, C5, C6), die zwischen den Anschlüssen (A, B, C, D) von jeweiligen unterschiedlichen Kombinationen von Anschlüssen (A, B, C, D) vorhanden sind;dadurch gekennzeichnet, dassdie Kapazitätsmessabschnitte (C1, C2, C3, C4, C5, C6) auf einer einzelnen Karte angeordnet sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitszustandserfassungssensor und insbesondere einen Flüssigkeitszustandserfassungssensor, der in einem Tank, der eine Flüssigkeit speichert, beispielsweise einem Kraftstofftank oder Ähnlichem, vorhanden ist und in der Lage ist, mehrere Arten von Zuständen der Flüssigkeit zu erfassen.
STAND DER TECHNIK
Eine Flüssigkeitszustandserfassungssensor, der beispielsweise in einem Kraftstofftank vorhanden ist und eine Restkraftstoffmenge in dem Kraftstofftank erfasst, ist allgemein bekannt.
Diese Art von Kraftstoffzustandserfassungssensor wird beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2010-25782 A beschrieben. Dort wird ein Sensor vorgeschlagen, bei dem eine erste Erfassungselektrode, die sich in einer Messflüssigkeit befindet, eine zweite Erfassungselektrode, die einen Flüssigkeitspegel der Messflüssigkeit misst, und eine dritte Erfassungselektrode, die permanent außerhalb der Messflüssigkeit vorhanden ist, vorgesehen sind, und Betriebe des Ladens eines Kondensators während einer Dauer, die proportional zu der Länge eines Bereichs ist, in dem die zweite Erfassungselektrode in die Messflüssigkeit eingetaucht ist, und des Entladens des Kondensators während einer Dauer, die proportional zu der Länge eines Bereichs ist, in dem die zweite Erfassungselektrode außerhalb der Messflüssigkeit ist, wiederholt werden.
Die US 5 722 290 beschreibt einen Flüssigkeitspegelsensor, der einen Ringoszillator aufweist, der ein symmetrisches Array aus Platteneinheiten verwendet, die einen geschlossenen Kreis bilden und einen Strom erzeugen, der als Funktion der Nähe einer Flüssigkeit zu den Platteneinheiten variiert. Der Ringoszillator erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Frequenz, die umgekehrt proportional zu der Anwesenheit der Flüssigkeit ist.
Die DE 101 61 918 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Füllstandsensors. Zunächst werden an Seitenflächen eines Trägersubstrates aufgenommene Einzelelektroden kurzgeschlossen. Anhand einer Messung der Kapazität auf den Seitenflächen des Trägersubstrates wird die Kapazität des Trägersubstrates ermittelt. Anschließend erfolgt die Messung der Kapazität zwischen den Einzelelektroden eines ersten Elektrodenpaares auf der ersten Seitenfläche und eines zweiten Elektrodenpaares auf der zweiten Seitenfläche des Trägersubstrates jeweils einzeln. Die Differenz der Gesamtkapazitäten der Seitenflächen wird ermittelt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
In der Technologie, die in der JP 2010-25782 A beschrieben ist, besteht jedoch jede Erfassungselektrode aus einer Kombination aus einem ersten Anschluss und einem weiteren Anschluss. Daher wird eine Anzahl von Anschlüssen benötigt, die gleich der Anzahl von Erfassungselektroden + 1 ist.
Die vorliegende Erfindung entstand unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Situation, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitszustandserfassungssensor zu schaffen, der in der Lage ist, eine große Anzahl von Objekten mit einer kleinen Anzahl von Anschlüssen zu erfassen.
LÖSUNG FÜR DAS PROBLEM
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Gemäß Anspruch 1 der Erfindung gibt es n Anschlüsse, und mindestens n Kapazitätsmessabschnitte sind zwischen den Anschlüssen jeweiliger unterschiedlicher Kombinationen von Anschlüssen vorgesehen. Somit ist eine Messung von mindestens n Objekten durch die Kapazitätsmessabschnitte möglich, und es kann eine größere Anzahl von Erfassungsobjekten mit einer kleineren Anzahl von Anschlüssen als bei anderen Konfigurationen erfasst werden. Von den mindestens n Objekten können Objekte, die gleich sind, gemessen werden, und es können Objekte, die sich voneinander unterscheiden, gemessen werden.
Gemäß Anspruch 2 der Erfindung sind beispielsweise die Kapazitätsmessabschnitte zwischen sämtlichen Kombinationen der Anschlüsse vorhanden, wobei {n! / (2 × (n-2)!} der Kapazitätsmessabschnitte vorhanden sind. Somit kann eine maximale Anzahl von Erfassungsobjekten mit einer kleinen Anzahl von Anschlüssen erfasst werden.
Außerdem können gemäß Anspruch 3 der Erfindung die Kapazitätsmessabschnitte enthalten: einen ersten Kapazitätsmessabschnitt, der permanent innerhalb einer Messflüssigkeit in einem Kraftstofftank angeordnet ist; einen zweiten Kapazitätsmessabschnitt, der zum Messen eines Flüssigkeitspegels der Messflüssigkeit vorgesehen ist; und einen dritten Kapazitätsmessabschnitt, der permanent außerhalb der Messflüssigkeit angeordnet ist. Daher kann eine Kapazität des Inneren der Flüssigkeit mit dem ersten Kapazitätsmessabschnitt gemessen werden, und eine Kapazität der Außenseite der Flüssigkeit kann mit dem dritten Kapazitätsmessabschnitt gemessen werden. Somit können durch Bezugnahme auf die Messergebnisse der ersten und dritten Kapazitätsmessabschnitte Flüssigkeitspegel anhand von Messergebnissen der zweiten Kapazität genau erfasst werden.
Gemäß Anspruch 4 der Erfindung können die Kapazitätsmessabschnitte außerdem einen vierten Kapazitätsmessabschnitt enthalten, der an einer Flüssigkeitsschicht angeordnet ist, die bei dem Kraftstofftank zum zeitweiligen Speichern von zugeführtem Kraftstoff ausgebildet ist. Mit dieser Konfiguration kann die Art des gespeicherten Kraftstoffs mittels des vierten Kapazitätsmessabschnitts erfasst werden.
Gemäß Anspruch 5 der Erfindung können die Kapazitätsmessabschnitte außerdem einen fünften Kapazitätsmessabschnitt enthalten, der eine Temperatur eines Kraftstoffs in dem Kraftstofftank erfasst.
Gemäß Anspruch 6 der Erfindung kann außerdem eine Recheneinrichtung vorgesehen sein, die vorbestimmte Beziehungen zwischen Kapazitäten, die von dem fünften Kapazitätsmessabschnitt gemessen werden, Temperaturen des Kraftstoffs und Alkoholkonzentrationen, die in dem Kraftstoff enthalten sind, speichert, eine Temperatur des Kraftstoffs auf der Grundlage einer Kapazität, die von dem fünften Kapazitätsmessabschnitt gemessen wird, findet und eine Alkoholkonzentration auf der Grundlage der gefundenen Temperatur des Kraftstoffs und der Kapazität, die von dem fünften Kapazitätsmessabschnitt gemessen wird, berechnet.
Gemäß Anspruch 7 der Erfindung können die Kapazitätsmessabschnitte außerdem einen sechsten Kapazitätsmessabschnitt enthalten, der einen Druck anhand einer Änderung einer Kapazität aufgrund einer Änderung einer Trennung bzw. eines Abstands zwischen zwei Anschlüssen erfasst.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung besteht eine vorteilhafte Wirkung darin, dass eine große Anzahl von Flüssigkeitszustandsobjekten mit einer kleinen Anzahl von Anschlüssen erfasst werden kann.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das einen schematischen Aufbau eines Kraftstofftanks darstellt, der mit einem Flüssigkeitszustandserfassungssensor gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
2 ist ein Diagramm, das einen schematischen Aufbau des Flüssigkeitszustandserfassungssensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Schaltungsaufbau des Flüssigkeitszustandserfassungssensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine Tabelle, die Ausdrücke zeigt, die Kapazitäten zwischen jeweiligen Anschlüssen des Flüssigkeitszustandserfassungssensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung repräsentieren.
5 ist ein Diagramm, das einen schematischen Aufbau eines Kraftstofftanks darstellt, der mit einem Flüssigkeitszustandserfassungssensor gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
6 ist ein Diagramm, das einen schematischen Aufbau des Flüssigkeitszustandserfassungssensors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Schaltungsaufbau des Flüssigkeitszustandserfassungssensors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Berechnen einer Kapazität zwischen Anschlüssen A und B des Flüssigkeitszustandserfassungssensors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Tabelle, die eine Entsprechung zwischen Erfassungsobjekten, die von dem Flüssigkeitszustandserfassungssensor gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst werden können, und Messabschnitten des Flüssigkeitszustandserfassungssensors zeigt.
10 ist eine Grafik, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Kraftstofftemperatur und einer Kapazität darstellt.
11 ist eine Grafik, die beispielhafte Beziehungen zwischen einer Kapazität und einer Alkoholkonzentration darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genauer mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste beispielhafte Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das einen schematischen Aufbau eines Kraftstofftanks darstellt, der mit einem Flüssigkeitszustandserfassungssensor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
Der Kraftstofftank 10 speichert Kraftstoff in flüssiger Form, der in einem Kraftfahrzeug oder Ähnlichem zu verwenden ist. Der Kraftstoff, der in dem Kraftstofftank 10 gespeichert ist, wird durch eine Kraftstoffleitung 12, die mit dem Kraftstofftank 10 verbunden ist, zugeführt. Der Kraftstoff, der in dem Kraftstofftank 10 gespeichert ist, wird durch eine Kraftstoffpumpe 14, die in dem Kraftstofftank 10 vorgesehen ist, aufwärts gezogen und beispielsweise einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zugeführt.
Ein Filter 16 ist an der Kraftstoffpumpe 14 vorgesehen. Durch das aufwärts Ziehen des Kraftstoff durch den Filter 16 wird ein Verstopfen der Kraftstoffpumpe 14 oder Ähnliches unterdrückt.
Ein Flüssigkeitszustandserfassungssensor 18 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem Kraftstofftank 10 angeordnet. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erfasst der Flüssigkeitszustandserfassungssensor 18 Restmengen des Kraftstoffs, der in dem Kraftstofftank 10 gespeichert ist.
2 ist ein Diagramm, das einen schematischen Aufbau des Flüssigkeitszustandserfassungssensors 18 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Schaltungsaufbau des Flüssigkeitszustandserfassungssensors 18 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Der Flüssigkeitszustandserfassungssensor 18 der ersten beispielhaften Ausführungsform enthält drei Anschlüsse, d. h. die Anschlüsse A, B und C, und ist mit drei Kondensatoren C1, C2 und C3 zum Erfassen der Zustände des Kraftstoffs versehen. Die Anschlüsse A bis C sind mit einer Rechenvorrichtung 20 verbunden.
Die Kondensatoren C1 bis C3 werden jeweils durch zwei Elektroden in einem Kammzahnmuster ausgebildet, und Ladungen können zwischen den beiden Anschlüssen geladen und entladen werden.
Genauer gesagt ist der Kondensator C1 zwischen den Anschlüssen A und B vorgesehen, der Kondensator C2 ist zwischen den Anschlüssen B und C vorgesehen, und der Kondensator C3 ist zwischen den Anschlüssen A und C vorgesehen.
Wie es in 3 dargestellt ist, sind die elektrischen Verbindungen der Kondensatoren C1 bis C3 derart vorgesehen, dass der Kondensator C1 und der Kondensator C2 in Serie geschaltet sind und der Kondensator C3 parallel zu der Serienschaltung geschaltet ist.
Die Kondensatoren C1 bis C3 sind derart an jeweiligen Positionen angeordnet, dass die Kapazitätsmessbereiche sich nicht gegenseitig beeinflussen. Der Kondensator C1 ist außerhalb der Kraftstoffflüssigkeit an einem oberen Abschnitt des Kraftstofftanks 10 angeordnet und dient als ein Verdampfungsschichtbezugsmessabschnitt, der Kondensator C2 dient als ein Flüssigkeitspegelmessabschnitt, der teilweise oder vollständig in Abhängigkeit von einer Restkraftstoffmenge in dem Kraftstofftank 10 in den Kraftstoff eingetaucht ist, und der Kondensator C3 ist in der Nähe des Bodens des Kraftstofftanks 10 angeordnet und dient als ein Kraftstoffbezugsmessabschnitt.
Das heißt, der Flüssigkeitszustandserfassungssensor 18 ist an der gestrichelten Linie in 2 gefaltet und in dem Kraftstofftank 10 angeordnet. Der Kondensator C1 wird mit Ladungen entsprechend der Verdampfungsschicht geladen, der Kondensator C3 mit Ladungen entsprechend den Eigenschaften des Kraftstoffs geladen, und der Kondensator C2 wird mit Ladungen entsprechend einer Restmenge (Flüssigkeitspegel) des Kraftstoffs geladen.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Erfassen einer Restkraftstoffmenge durch den Flüssigkeitszustandserfassungssensor 18 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der den oben beschriebenen Aufbau aufweist, beschrieben.
Wenn eine Restkraftstoffmenge in dem Kraftstofftank zu erfassen ist, werden gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform Kapazitäten zwischen den Anschlüssen A und B, zwischen den Anschlüssen B und C sowie zwischen den Anschlüssen A und C gemessen.
Eine Kapazität C_AB zwischen Anschlüssen A und B, eine Kapazität C_BC zwischen den Anschlüssen B und C und eine Kapazität C_AC zwischen den Anschlüssen A und C werden wie in 4 dargestellt gefunden.
Die Ladungen, mit denen die Kondensatoren C1 bis C3 geladen wurden, können durch Messen der Kapazitäten zwischen den Anschlusspaaren und Einsetzen der Kapazitäten in die Ausdrücke der 4 sowie Lösen der Gleichungen erhalten werden.
Da eine Kapazität außerhalb des Kraftstoffs von dem Verdampfungsschichtbezugsmessabschnitt (der Ladung des Kondensators C1) bekannt ist und eine Kapazität innerhalb des Kraftstoffs von dem Kraftstoffbezugsmessabschnitt (der Ladung des Kondensators C3) bekannt ist, kann anhand der Kapazitäten innerhalb und außerhalb des Kraftstoffs berechnet werden, wie viel des Flüssigkeitspegelmessabschnitts innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist. Somit kann eine Restmenge des Kraftstoffs aus der Kapazität des Flüssigkeitspegelmessabschnitts (der Ladung des Kondensators C2) berechnet werden.
Die Kapazitäten zwischen den Anschlüssen werden, wie es in 4 gezeigt ist, im Voraus in der Rechenvorrichtung 20 gespeichert, und Messergebnisse des Flüssigkeitszustandserfassungssensors 18 werden in der Rechenvorrichtung 20 gesichert. Somit können die Kapazitäten der Kondensatoren C1 bis C3 durch die Rechenvorrichtung 20 gemessen werden, und es können die Restkraftstoffmengen erfasst werden.
Somit können gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform drei Arten von Flüssigkeitszuständen durch die drei Kapazitätsmessabschnitte, die zwischen jeweiligen Paaren der drei Anschlüsse vorgesehen sind, erfasst werden, und es kann eine maximale Anzahl von Erfassungsobjekten mit einer kleinen Anzahl von Anschlüssen erfasst werden.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Flüssigkeitszustandserfassungssensor gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist ein Diagramm, das einen schematischen Aufbau eines Kraftstofftanks 30 darstellt, der mit dem Flüssigkeitszustandserfassungssensor gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
Ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform wird Kraftstoff in einer flüssigen Form, der in einem Kraftfahrzeug oder Ähnlichem zu verwenden ist, in dem Kraftstofftank 30 gespeichert. Der Kraftstoff, der in dem Kraftstofftank 30 gespeichert ist, wird von einer Kraftstoffleitung 32, die mit dem Kraftstofftank 30 verbunden ist, zugeführt. Der Kraftstoff, der in dem Kraftstofftank 30 gespeichert wird, wird durch eine Kraftstoffpumpe 34, die in dem Kraftstofftank 30 vorgesehen ist, aufwärts gezogen und einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder Ähnlichem zugeführt.
Ein Filter 36 ist an der Kraftstoffpumpe 34 vorgesehen. Durch das aufwärts Ziehen des Kraftstoffs durch den Filter 36 wird ein Verstopfen der Kraftstoffpumpe 34 oder Ähnliches unterdrückt.
Eine Flüssigkeitsschicht 38 zum zeitweiligen Speichern von Kraftstoff, der durch die Kraftstoffleitung 32 zugeführt wird, ist an dem Kraftstofftank 30 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ausgebildet, und der Kraftstoff, der durch die Kraftstoffleitung 32 zugeführt wird, wird zeitweilig in der Flüssigkeitsschicht 38 gespeichert. Genauer gesagt ist die Flüssigkeitsschicht 38 an einem Ort angeordnet, der höher als eine Kraftstofftankflüssigkeitsoberfläche des Kraftstofftanks 30 liegt. Der zugeführte Kraftstoff wird zeitweilig in der Flüssigkeitsschicht 38 gespeichert, wonach Mengen des Kraftstoffs, die von der Flüssigkeitsschicht 38 überfließen, in dem Kraftstofftank gespeichert werden. Somit wird nur Kraftstoff, der der Flüssigkeitsschicht 38 zugeführt wurde, gespeichert.
Ein Flüssigkeitszustandserfassungssensor 40 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem Kraftstofftank 30 angeordnet. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erfasst der Flüssigkeitszustandserfassungssensor 40 neben einer Restmenge des Kraftstoffs, der in dem Kraftstofftank 30 gespeichert ist, mehrere Arten von Zuständen wie beispielsweise die Art des Kraftstoffs, den Innendruck des Kraftstofftanks 30, die Temperatur des Kraftstoffs und Ähnliches.
6 ist ein Diagramm, das einen schematischen Aufbau des Flüssigkeitszustandserfassungssensors 40 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Schaltungsaufbau des Flüssigkeitszustandserfassungssensors 40 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Der Flüssigkeitszustandserfassungssensor 40 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform enthält vier Anschlüsse, d. h. die Anschlüsse A bis D, und ist mit sechs Kondensatoren C1 bis C6 zum Erfassen der verschiedenen Zustände des Kraftstoffs versehen. Die Anschlüsse A bis D sind mit einer Rechenvorrichtung 42 verbunden.
Die Kondensatoren C1, C2, C3 und C5 werden jeweils durch zwei Elektroden in einem Kammzahnmuster ausgebildet, und Ladungen können zwischen den beiden Anschlüssen geladen und entladen werden.
Ein Kondensator, dessen Kapazität sich mit der Temperatur ändert, wird für den Kondensator C4 verwendet, und ein Kondensator, dessen Kapazität sich mit dem Druck ändert, wird für den Kondensator C6 verwendet. Die Kondensatoren C4 und C6 können als Elektrodenpaare mit Kammzahngestalten ausgebildet sein, andere Aufbauten können jedoch auch verwendet werden.
Genauer gesagt ist der Kondensator C1 zwischen den Anschlüssen A und B vorgesehen, der Kondensator C2 ist zwischen den Anschlüssen B und C vorgesehen, der Kondensator C3 ist zwischen den Anschlüssen A und C vorgesehen, der Kondensator C4 ist zwischen den Anschlüssen A und D vorgesehen, der Kondensator C5 ist zwischen den Anschlüssen B und D vorgesehen, und der Kondensator C6 ist zwischen den Anschlüssen C und D vorgesehen.
Wie es in 7 dargestellt ist, sind die elektrischen Verbindungen der Kondensatoren C1 bis C6 derart vorgesehen, dass die Kondensatoren C1, C2 und C6 in Serie geschaltet sind und der Kondensator C4 parallel zu der Serienschaltung geschaltet ist.
Der Kondensator C3 ist parallel zu der Serienschaltung aus dem Kondensator C1 und dem Kondensator C2 geschaltet, und der Kondensator C5 ist parallel zu der Serienschaltung aus dem Kondensator C2 und dem Kondensator C6 geschaltet.
Ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform sind die Kondensatoren C1 bis C6 derart an jeweiligen Positionen angeordnet, dass sich die Kapazitätsmessbereiche nicht beeinflussen. Der Kondensator C1 ist außerhalb der Kraftstoffflüssigkeit an einem oberen Abschnitt des Kraftstofftanks 30 angeordnet und dient als ein Verdampfungsschichtbezugsmessabschnitt, der Kondensator C2 dient als ein Flüssigkeitspegelmessabschnitt, der teilweise oder insgesamt in Abhängigkeit von einer Restkraftstoffmenge in dem Kraftstofftank 30 in den Kraftstoff eingetaucht ist, und der Kondensator C3 ist in der Nähe des Bodens des Kraftstofftanks 30 angeordnet und dient als ein Kraftstoffbezugsmessabschnitt.
Der Kondensator C4 ist in dem Inneren des Filters 36 angeordnet und dient als ein Temperaturmessabschnitt, der Kondensator C5 ist in der Flüssigkeitsschicht 38 angeordnet und dient als ein Zufuhrkraftstoffeigenschaftsmessabschnitt, und der Kondensator C6 ist in dem Inneren des Filters 36 angeordnet und dient als ein Filterinnendruckmessabschnitt.
Das heißt, der Flüssigkeitszustandserfassungssensor 40 ist an den gestrichelten Linien der 6 gefaltet und in dem Kraftstofftank 30 angeordnet, so dass er sich von einer Bodenfläche in dem Kraftstofftank 30 entlang einer Wandfläche zu der Flüssigkeitsschicht 38 erstreckt. Der Kondensator C1 wird mit Ladungen entsprechend der Verdampfungsschicht geladen, der Kondensator C2 mit Ladungen entsprechend einer Restmenge (Flüssigkeitspegel) des Kraftstoffs geladen, der Kondensator C3 wird mit Ladungen entsprechend den Eigenschaften des Kraftstoffs geladen, der Kondensator C4 wird mit Ladungen entsprechend einer Temperatur des Kraftstoffs geladen, der Kondensator C5 wird mit Ladungen entsprechend einer Art des Kraftstoffs (Kraftstoffeigenschaft) geladen, und der Kondensator C6 wird mit Ladungen entsprechend dem Innendruck in dem Filter 36 geladen.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Erfassen verschiedener Flüssigkeitszustände durch den Flüssigkeitszustandserfassungssensor 40 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der den oben beschriebenen Aufbau aufweist, beschrieben.
Wenn die verschiedenen Zustände des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 30 zu erfassen sind, werden gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Kapazitäten zwischen den Anschlüssen A und B, den Anschlüssen A und C, den Anschlüssen A und D, den Anschlüssen B und C, den Anschlüssen B und D sowie den Anschlüssen C und D gemessen.
Ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform wird im Folgenden die Berechnung der Ausdrücke zum Finden der Kapazitäten zwischen den jeweiligen Anschlusspaaren beschrieben. Die Kapazitäten zwischen den jeweiligen Anschlusspaaren sind komplizierter als in der ersten beispielhaften Ausführungsform. Daher wird hier beispielhaft beschrieben, wie die Kapazität zwischen den Anschlüssen A und B gefunden wird. 8 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Berechnen der Kapazität zwischen den Anschlüssen A und B des Flüssigkeitszustandserfassungssensors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wenn die beiden Anschlüsse A und B (von der oberen Seite der 8) genommen werden, kann das Anschlusspaar A-B durch das Schaltungsdiagramm, das in der Mitte der 8 dargestellt ist, repräsentiert werden. Wenn der Bereich, der durch die gestrichelte Linie eingekreist ist, einer Δ-Y-Wandlung unterzogen wird, ergeben sich die Kapazitäten Ca, Cb und Cc, wie es in dem unteren Teil der 8 gezeigt ist. Die umgewandelten Kapazitäten Ca, Cb und Cc werden durch die im Folgenden gezeigten Ausdrücke ausgedrückt. $Ca = (C 3 C 4 + C 4 C 6 + C 3 C 6) /C 6$
$Cb = (C 3 C 4 + C 4 C 6 + C 3 C 6) /C4$
$Cc = (C 3 C 4 + C 4 C 6 + C 3 C 6) /C3$
Unter Verwendung dieser Ausdrücke werden eine zusammengesetzte Kapazität C(b,2) des Kondensators Cb und des Kondensators C2, eine zusammengesetzte Kapazität C(c,5) des Kondensators Cc und des Kondensators C5, eine zusammengesetzte Kapazität C(b,2,c,5) des Kondensators Cb, des Kondensators C2, des Kondensators Cc und des Kondensators C5, und eine zusammengesetzte Kapazität C(a,b,2,c,5) des Kondensators Ca, des Kondensators Cb, des Kondensators C2, des Kondensators Cc und des Kondensators C5 in dieser Reihenfolge gefunden.
Wenn eine endgültige zusammengesetzte Kapazität C(1,2,3,4,5,6) zwischen den Anschlüssen A und B gefunden wird, erfolgt dieses gemäß dem folgenden Ausdruck. Somit kann die Kapazität zwischen den Anschlüssen A und B durch diesen Ausdruck ausgedrückt werden.
$\begin{matrix} C (1,2,3,4,5,6) = C 1 + C (a, b,2, c,5) \\ = C 1 + \frac{\frac{C a C b C 2}{C b + C 2} + \frac{C a C c C 5}{C c + C 5}}{C a + \frac{C b C 2}{C b + C 2} + \frac{C c C 5}{C c + C 5}} \end{matrix}$
Die Kapazitäten zwischen den anderen Anschlusspaaren können durch ähnliche Berechnungen gefunden werden, wobei die Details hier jedoch nicht erläutert werden.
Somit werden ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform die Kapazitäten zwischen den jeweiligen Anschlusspaaren gemessen und in der Rechenvorrichtung 42 gesichert. Somit können die Ladungen, mit denen die Kondensatoren C1 bis C6 geladen wurden, durch Einsetzen der Kapazitäten in die Ausdrücke, die die Kapazitäten zwischen den jeweiligen Anschlusspaaren repräsentieren, und Lösen der Gleichungen in der Rechenvorrichtung 42 gefunden werden. Daher können in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, wie es in 9 dargestellt ist, die Erfassungsobjekte durch die jeweiligen Messabschnitte (die Kondensatoren C1 bis C6) des Flüssigkeitszustandserfassungssensors 40 erfasst werden.
Da eine Kapazität außerhalb des Kraftstoffs von dem Verdampfungsschichtbezugsmessabschnitt (Kondensator C1) bekannt ist und eine Kapazität innerhalb des Kraftstoffs von dem Kraftstoffbezugsmessabschnitt (die Ladung des Kondensators C3) bekannt ist, kann anhand der Kapazitäten innerhalb und außerhalb des Kraftstoffs berechnet werden, um wie viel der Flüssigkeitspegelmessabschnitt innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist. Somit kann eine Restmenge des Kraftstoffs aus der Kapazität des Flüssigkeitspegelmessabschnitts (der Ladung des Kondensators C2) berechnet werden.
Da die Kapazität des Temperaturmessabschnitts (des Kondensators C4) bekannt ist, kann die Temperatur des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 30 durch Temperaturen, die den Kapazitäten entsprechen, die zuvor gemessen und in der Rechenvorrichtung 42 gespeichert wurden, gemessen werden. Es wird beispielsweise eine Beziehung zwischen einer Kraftstofftemperatur und einer Kapazität, wie sie in 10 dargestellt ist, im Voraus gemessen und in der Rechenvorrichtung 42 gespeichert. Somit kann die Temperatur des Kraftstoffs durch Auslesen einer Kraftstofftemperatur, die einer gemessenen Kapazität entspricht, erfasst werden.
Da die Kapazität des Zufuhrkraftstoffeigenschaftsmessabschnitts (des Kondensators C5) bekannt ist, können ein Typ und eine Temperatur oder Ähnliches eines Kraftstoffs in der Flüssigkeitsschicht 38 anhand von Typen von Temperaturen von Kraftstoffen oder Ähnlichen, die Kapazitäten entsprechen, die im Voraus spezifiziert wurden, gemessen werden. Es wird beispielsweise die Beziehung zwischen einer Kraftstofftemperatur und einer Kapazität, wie sie in 10 dargestellt ist, im Voraus gemessen und in der Rechenvorrichtung 42 gespeichert, und wie es in 11 dargestellt ist, werden Beziehungen zwischen einer Kapazität und einer Alkoholkonzentration im Voraus spezifiziert und in der Rechenvorrichtung 42 gespeichert. Somit kann die Kraftstofftemperatur, die einer gemessenen Kapazität entspricht, gefunden werden, und es kann eine Alkoholkonzentration in dem Kraftstoff durch Auslesen einer Alkoholkonzentration entsprechend der Kraftstofftemperatur, die gefunden wurde, und der gemessenen Kapazität erfasst werden. Somit kann der Typ des Kraftstoffs anhand der Alkoholkonzentration identifiziert werden. In einem gewöhnlichen Kraftstofftank werden zugeführte Kraftstoffe in dem Kraftstofftank gemischt, und genaue Eigenschaften der Kraftstoffe können nicht genau erfasst werden. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann jedoch eine Zufuhr eines falschen Kraftstoffs allgemein unabhängig von der zugeführten Kraftstoffmenge erfasst werden, da die Flüssigkeitsschicht 38 an einer Position angeordnet ist, die höher als die Volltankflüssigkeitsoberfläche des Kraftstofftanks 30 liegt.
Da die Kapazität des Druckmessabschnitts (des Kondensators C6) bekannt ist, kann ein Druck in dem Filter 36 durch eine Beziehung zwischen einer Kapazität und einem Druck, die im Voraus gemessen und in der Rechenvorrichtung 42 gespeichert wurde, und Auslesen eines Drucks, der der gemessenen Kapazität entspricht, erfasst werden. Wenn dementsprechend der Druck jenseits eines im Voraus spezifizierten Druckbereichs liegt, ist ein Verstopfen oder Ähnliches des Filters 36, der Kraftstoffpumpe 34 oder Ähnlichem wahrscheinlich. Somit kann ein Verstopfen des Filters 36 und der Kraftstoffpumpe 34 oder Ähnlichem erfasst werden.
Somit können in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sechs Arten von Flüssigkeitszuständen durch die sechs Kapazitätsmessabschnitte erfasst werden, die zwischen den jeweiligen vier Anschlusspaaren vorgesehen sind, und es kann eine maximale Anzahl von Erfassungsobjekten mit einer kleinen Anzahl von Anschlüssen erfasst werden.
In den oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen wird eine Konfiguration von drei Anschlüssen und drei Kapazitätsmessabschnitten für die erste beispielhafte Ausführungsform und eine Konfiguration von vier Anschlüssen und sechs Kapazitätsmessabschnitten für die zweite beispielhafte Ausführungsform beschrieben, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Allgemein gilt, wenn die Anzahl der Anschlüsse gleich N ist (N ist eine natürliche Zahl von mindestens 3), ist die Gesamtzahl von Kombinationen _NC₂ = N! / (2 x (N-2)!) von Erfassungsmustern möglich. Das heißt, wenn N = 3 gilt (erste beispielhafte Ausführungsform), gibt es C = 3! / (2 × (3-2)!) = 3 Muster, und wenn N = 4 gilt, (zweite beispielhafte Ausführungsform), gibt es C = 4! / (2 × (4-2)!) = 6 Muster. Somit können Erfassungsanschlüsse, deren Anzahl einer Anzahl von Mustern entspricht, eine maximale Anzahl von Erfassungsobjekten durch elektrostatische Kapazitäten von Bereichen zwischen den Anschlüssen, die sich nicht gegenseitig beeinflussen, erfassen. Man beachte, dass die Gesamtzahl von Kombinationen _NC₂ die Anzahl der Kombinationen der möglichen Paare aus N repräsentiert. Die Erfassungsobjekte können gleiche Objekte oder unterschiedliche Objekte sein.

Claims

Flüssigkeitszustandserfassungssensor (18, 40), der aufweist: n Anschlüsse (A, B, C, D), wobei n eine natürliche Zahl von mindestens 3 ist; und mindestens n Kapazitätsmessabschnitte (C1, C2, C3, C4, C5, C6), die zwischen den Anschlüssen (A, B, C, D) von jeweiligen unterschiedlichen Kombinationen von Anschlüssen (A, B, C, D) vorhanden sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätsmessabschnitte (C1, C2, C3, C4, C5, C6) auf einer einzelnen Karte angeordnet sind.
Flüssigkeitszustandserfassungssensor (18, 40) nach Anspruch 1, wobei die Kapazitätsmessabschnitte (C1, C2, C3, C4, C5, C6) zwischen sämtlichen Kombinationen der Anschlüsse (A, B, C, D) vorhanden sind, wobei {n! / (2 × (n-2)!)} der Kapazitätsmessabschnitte (C1, C2, C3, C4, C5, C6) vorhanden sind.
Flüssigkeitszustandserfassungssensor (18, 40) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kapazitätsmessabschnitte (C1, C2, C3, C4, C5, C6) enthalten: einen ersten Kapazitätsmessabschnitt (C3), der permanent innerhalb einer Messflüssigkeit in einem Kraftstofftank angeordnet ist; einen zweiten Kapazitätsmessabschnitt (C2), der zum Messen eines Flüssigkeitspegels der Messflüssigkeit vorgesehen ist; und einen dritten Kapazitätsmessabschnitt (C1), der permanent außerhalb der Messflüssigkeit angeordnet ist.
Flüssigkeitszustandserfassungssensor (18, 40) nach Anspruch 3, wobei die Kapazitätsmessabschnitte (C1, C2, C3, C4, C5, C6) außerdem einen vierten Kapazitätsmessabschnitt (C5) enthalten, der an einer Flüssigkeitsschicht (38), die an dem Kraftstofftank zum zeitweiligen Speichern von zugeführtem Kraftstoff ausgebildet ist, angeordnet ist.
Flüssigkeitszustandserfassungssensor (18, 40) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kapazitätsmessabschnitte (C1, C2, C3, C4, C5, C6) außerdem einen fünften Kapazitätsmessabschnitt (C4) enthalten, der eine Temperatur eines Kraftstoffs in dem Kraftstofftank erfasst.
Flüssigkeitszustandserfassungssensor (18, 40) nach Anspruch 5, der außerdem einen Rechner (20) aufweist, der im Voraus spezifizierte Beziehungen zwischen Kapazitäten, die von dem fünften Kapazitätsmessabschnitt (C4) erfasst werden, Temperaturen des Kraftstoffs und Alkoholkonzentrationen, die in dem Kraftstoff enthalten sind, speichert, eine Temperatur des Kraftstoffs auf der Grundlage einer Kapazität, die von dem fünften Kapazitätsmessabschnitt (C4) erfasst wird, findet, und eine Alkoholkonzentration auf der Grundlage der gefundenen Temperatur des Kraftstoffs und der Kapazität, die von dem fünften Kapazitätsmessabschnitt (C4) erfasst wird, berechnet.
Flüssigkeitszustandserfassungssensor (18, 40) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Kapazitätsmessabschnitte (C1, C2, C3, C4, C5, C6) außerdem einen sechsten Kapazitätsmessabschnitt (C6) enthalten, der einen Druck anhand einer Änderung einer Kapazität aufgrund einer Änderung einer Trennung zwischen einem Anschlusspaar erfasst.