DE3412704A1

DE3412704A1 - Vorrichtung zum messen des alkoholgehaltes in kraftstoffgemischen

Info

Publication number: DE3412704A1
Application number: DE19843412704
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nagoya Mizuno; Takashi Sakurai; Yoshihisa Kariya Aichi Shibata
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1983-04-06
Filing date: 1984-04-04
Publication date: 1984-10-11
Also published as: US4651085A; DE3412704C2

Description

daß die Kraftstoffleitung ein Gummischlauch ist, und daß die Resonanzkammer, welche als Mikrowellenkammer dient mit einem TE-Modus betrieben wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffleitung durch die zylindrische Mikrowellenkammer entlang der inneren Umfangsoberflache dieser Kammer verläuft, wobei die zylindrische Mikrowellenkammer als Resonanzkammer dient.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Wellenleiter (31, 32) zur Scheinwiderstandsanpassung sich von beiden Enden der zylindrischen Resonanzkammer im Bereich deren Rotationslängsachse aus erstrecken und daß Koaxialkabel (33, 34) mit den Wellenleitern verbunden sind, um Mikrowellen zu liefern und zu empfangen, und daß die Koaxialkabel weiterhin miteinander im Rotationslängsachsenabschnitt der Resonanzkammer verbunden sind, um zu ermöglichen, daß die Resonanzkammer als koaxialer Wellenleiter arbeitet.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Mikrowellensignale, die von dem Mikrowellengenerator (16) erzeugt werden und in die Mikrowellenkammer geliefert werden, auf 5,3 GHz gesetzt ist.

unter den günstigsten Arbeitsbedingungen läuft.

Als Verbrennungskraftstoff unterscheidet sich Alkohol von Benzin dahingehend, daß er ein anderes Luft/Kraftstoffverhältnis, Anti-Klopfmittel usw. benötigt. Wenn mit Alkohol versetzter Kraftstoff verwendet wird, die elektronische Steuerung des Motors jedoch anhand eines Motorsteuerprogrammes durchgeführt wird, das nur für Benzin als Kraftstoff ausgelegt ist, werden Leistung und Fahrtauglichkeit verringert. Dies führt zu einer Störung der Regulierung der Verbrennungsgase. Es ist daher bei der Verwendung eines derartigen Kraftstoffgemisches notwendig, die Menge des eingespritzten Kraftstoffes, den Zündzeitpunkt und ähnliches in Übereinstimmung mit dem Alkoholgehalt zu steuern.

Dies ist der Grund, warum der Alkoholgehalt in dem Kraftstoff genau und einfach erkannt werden und gemessen werden muß, wenn ein Kraftstoffgemisch verwendet wird.

Bisher sind die folgenden Möglichkeiten bekannt, den Alkoholgehalt in einem Kraftstoffgemisch festzustellen oder zu messen. Bei der ersten Methode wird elektrostatische Kapazität verwendet. Ein Elektrodenpaar wird einander gegenüber mit einem Zwischenraum in der Leitung angeordnet, durch welche das Kraftstoffgemisch fließt. Hierbei wird die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektroden auf der Grundlage der Tatsache gemessen, daß die elektrostatische Kapazität zwischen dem Elektrodenpaar das derart angeordnet ist sich in Abhängigkeit von dem zugemischten Alkoholgehalt ändert. Die zweite Möglichkeit ist das Erfassen der Änderung in der elektrostatischen Kapazität als Impedanz zwischen einem Elektrodenpaar das ähnlich wie in der ersten Methode angeordnet ist. Die dritte Methode ist, einen Stoff in der Leitung anzuordnen und dann den Alkoholgehalt zu erkennen und zu messen, indem die Änderung der Stoffeigenschaft gemessen wird, die

durch die Wechselwirkung zwischen dem Stoff und Alkoholpartikeln verursacht wird.

Wenn eine Vorrichtung zum Messen des Alkoholgehaltes gemäß einer dieser Maßnahmen geschaffen wird, ist es notwendig,
Elektroden in der Leitung anzuordnen, durch welche der
Kraftstoff dem Verbrennungsmotor zugeführt wird und dadurch wird der Abschnitt der Leitung, in dem die Elektroden
angeordnet sind in seinem Aufbau komplizierter. Insbesondere ist es in diesen Fällen notwendig, zu verhindern, daß
Kraftstoff von dem Bereich der Leitung, in welchem die
Elektroden angeordnet sind austritt. Dieser Leitungsabschnitt muß daher vollständig kraftstoffdicht und entsprechend stabil sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zum Messen
des Alkoholgehaltes in Kraftstoffgemischen zu schaffen,
mit welcher die Menge von Alkohol, welche in dem Kraft-

stoffgemisch enthalten ist von der Außenseite der Leitung, durch welche das Kraftstoffgemisch läuft zu messen, ohne
irgendeine Elektrode in dem Kraftstoffgemisch selbst anzuordnen und mit welcher ein Erkennungssignal wirksam aufgenommen werden kann, um die Arbeitsweise beispielsweise der MotorSteuereinrichtungen zu steuern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

gQ Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung zum Inhalt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß eine Vorrichtung zum Messen des Alkoholgehaltes
gg geschaffen ist, welche an einer Kraftstoffleitung angeordnet werden kann, ohne die Kraftstoffdichtigkeit der Kraft-

Stoffleitung zu gefährden.

Weiterhin ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß ein Kraftstoff, bei welchem Alkohol mit Benzin oder ähnlichem gemischt ist, in Verbrennungsmotoren wirksam verwendet werden kann und daß es möglich ist, den Verbrennungsmotor bezüglich Luft/Kraftstoffverhältnis und ähnlichem unter optimalen Arbeitsbedingungen zu steuern, selbst dann, wenn ein derartiges Kraftstoffgemisch verwendet wird.

In dem Gummischlauch, der die Leitung bildet, durch■welche der Kraftstoff dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, sind Benzin und Leichtöl annähernd durchlässig für elektromagnetische Wellen, wohingegen die Absorption der Alkoholpartikel für elektromagnetsiche Wellen in einem Mikrowellenbereich oder Frequenzen von 1 bis 10 GHz extrem groß wird.

Die vorliegende Erfindung ist von der Tatsache abgeleitet, daß elektromagnetische Wellen, z. B. Mikrowellen stark auf das Dielektrikum reagieren ,welches in dem Übertragungspfad der elektromagnetischen Wellen vorhanden ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Leitung, durch welche das Kraftstoffgemisch fließt, aus einem Material, welches es Mikrowellen erlaubt,- hindurchzutreten, eine Mikrowellenkammer ist an der äußeren Umfangsoberflache der Leitung angeordnet und ein Mikrowellensignal wird zu der Mikrowellenkammer übertragen und empfangen, so daß der Alkoholgehalt anhand des Dämpfungsgrades zum Zeitpunkt der Mikrowellenübertragung und des Mikrowellenempfanges gemessen

QQ und erkannt werden kann.

Die Vorrichtung zum Messen des Alkoholgehaltes kann daher an der äußeren Oberfläche der Leitung angeordnet werden, ohne an der Leitung selbst Veränderungen vorzunehmen, so daß keine Einflußgröße auf den Kraftstoff, der in der Lei-

tung fließt, wirkt und so daß kein Kraftstoffleck an dem Teil der Leitung verursacht wird, an dem die Vorrichtung angeordnet wird. Daher kann die Vorrichtung zum Messen des Alkoholgehaltes sicher an der Kraftstoffleitung eines Verbrennungsmotores angeordnet werden und das Signal, das von der Vorrichtung erhalten wird, kann, sowie es ist in einem Schaltkreis zur Steuerung/Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Motors verwendet werden und damit ist es möglich, das der Motor, für welchen das Kraftstoffgemisch verwendet wird, derart gesteuert wird, daß er unter optimalen Betriebsbedingungen arbeitet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsformen anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 den Aufbau einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen des Alkoholgehaltes;

Fig. 2 in Schnittdarstellung eine Mikrowellenkammer der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 in Schaltbilddarstellung einen Ersatzschaltkreis der Vorrichtung;

Fig. 4 in Diagrammdarstellung die Beziehung zwischen dem relativen Ausgangssignal der Vorrichtung und dem Methanolgehalt des Kraftstoffgemisches;

Fig. 5 den Aufbau einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 6 in Schnittdarstellung eine andere Mikrowellen-

4ο.

kammer der Vorrichtung gemäß Fig. 5;

Fig. 7 in Schaltbilddarstellung einen Ersatza^haltkreis der zweiten Ausführungsform;

Fig. 8 den Aufbau einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, teilweise in Schnittdarstellung;

XO Fig. 9 in Schaltbilddarstellung einen Ersatz-Schaltkreis für die Ausführungsform gemäß Fig. 8;

Fig. 10 in teilweiser Schnittdarstellung eine vierte X5 Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrich

tung;

Fig. 11 ein charakteristisches Kurvendiagramm mit der Beziehung zwischen der Treiberfrequenz in der Vorrichtung und der Leistung, die durch einen

Methanol-Abschnitt übertragen wird;

Fig. 12A in Draufsicht einen Mikrowellen-Schaltkreisabschnitt zur Verwendung in der vierten Ausfüh-2g rungsform;

Fig. 12B in elektrischer Schaltbilddarstellung den Mikrowellen-Schaltkreis gemäß Fig. 12A;

_qn Fig. 13 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 14 in Schnittdarstellung eine Mikrowellenkammer der Vorrichtung gemäß Fig. 13; und

Fig. 15 in Schaltbilddarstellung einen Ersatzschaltkreis der fünften Ausführungsform.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen und Erkennen des Alkoholgehaltes in einem Kraftstoffgemisch, welches einem Motor zugeführt wird. Das Kraftstoffgemisch, in welchem Alkohol beispielsweise mit Benzin vermischt ist, wird einem, in der Zeichnung nicht dargestellten, Motor über eine Kraftstoffleitung 11 zugeführt, die aus einem Material wie Gummi, Teflon oder Nylon gebildet ist, welches es Hochfrequenzsignalen erlaubt, durch es hindurchzutreten. Der Abschnitt der Leitung 11, in welchem der Alkoholgehalt in dem durchfließenden Kraftstoffgemisch gemessen wird, wird von einem zylindrischen Metallkörper 12 überdeckt.

Der zylindrische Metallkörper 12 weist Öffnungen 121 und 122 auf, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind. In die Öffnungen 121 und 122 sind Mikrowellenleiter 131 und 132 derart eingesetzt, daß die Kraftstoffleitung 11 so zwischen ihnen angeordnet ist, daß eine Mikrowellenkammer 13 geformt wird. Jeder dieser Mikrowellenleiter 131 ^un^ 132 ist pyramidenförmig ausgebildet, mit der Öffnung des zylindrischen Bauteiles 12 als Bodenfläche und mit einem Antennenabschnitt 141 und 142 an seiner Spitze, an welcher ein Koaxialkabel 151 oder 152 angeschlossen ist. Ein Mikrowellensignal wird von einem Mikrowellensignalgenerator 16 dem Koaxialkabel 151 zugeführt, wohingegen ein Mikrowellendetektor 17 mit dem Koaxialkabel 152 verbunden ist. Genauer gesagt, ein Mikrowellensignal, welches von dem Generator 16 erzeugt wird, wird dem Wellenleiter 131 über das Koaxialkabel 151 und dem Antennenabschnitt

QQ 141 zugeführt, wird dann weiter von dem Wellenleiter 131 in den Wellenleiter 132 geführt, durchtritt dabei die Leitung 11 und wird dann in dem Antennenabschnitt 142 empfangen und von dem Mikrowellendetektor 17 über das Koaxialkabel 152 erkannt.

Zwischen der Leitung 11 und dem zylindrischen Bauteil 12

ist ein zylindrischer Abstandhalter 18 angeordnet, der aus einem Material, welches für hohe Frequenzen durchlässig ist, ähnlich wie das Material der Leitung 11, gebildet ist, um zu ermöglichen, daß der zylindrische Metallkörper 12 ausreichend fest an der Leitung 11 befestigt werden kann. Der zylindrische Metallkörper 12 weist ausgestreckte Abschnitte 123 und 124 auf, die an beiden Seiten der Öffnungen 121 bzw. 122 aus vorspringen, welche den Wellenleitern 131 bzw. 132 gegenüberliegen. . Jeder dieser ausgestreckten Abschnitte 123 und 124 ist lang genug ausgebildet, um die Grenzfrequenz eines jeden dieser Abschnitte ausreichend höher als die Signalfrequenz zu setzen, die von dem Mikrowellengenerator 16 erzeugt wird und zur Messung des Alkoholgehaltes in dem Kraftstoffgemisch verwendet wird. Insbesondere dienen diese ausgestreckten Abschnitte 123 und 124 dazu, zu verhindern, daß .Mikrowellen durch diese beiden Endabschnitte des zylindrischen Metallkörpers 12 austreten.

Das Mikrowellensignal, das von dem Generator 16 dem Antennenabschnitt 141 über das Koaxialkabel 151 zugeführt wird, wird in dem Wellenleiter 131 der Mikrowellenkammer 13 übertragen, pflanzt sich durch den Wellenleiter 131 fort, erzeugt dabei das Wellenfeld, das in Fig. 2 mit E bezeichnet ist und pflanzt sich in dem Wellenleiter 132 weiter fort, wobei es vorher die Leitung 11 durchtritt. Die Mikrowellen, die zu dem Wellenleiter 132 übertragen werden, werden in dem Antennenabschnitt 142 empfangen und dann über das Koaxialkabel 152 von dem Detektor 17 erkannt. Der Detektor 17 erzeugt ein Gleichspannungssignal, dessen Amplitude propor-OQ tional den empfangenen Mikrowellen ist. Dieses Spannungssignal wird als eines der Steuersignale über Leitungen 171 in der Zeichnung nicht dargestellten Steuervorrichtungen für das Luft/Kraftstoffverhältnis zugeführt.

Die elektromagnetische Welle, welche das Wellenfeld E des

Mikrowellensignales begleitet,wird, wenn sie durch ein Dielektrikum hindurchtritt,gedämpft, und zwar derart, daß sie proportional einem dielektrischen Verlustfaktor € χ tan£ wird, welcher das Produkt zwischen der Dielektrizitätskonstante £ und der dielektrischen Verlustzahl tanS" des Dielektrikums ist. Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen der Dielektrizitätskonstante £ und der dielektrischen Verlustzahl tanS für Methanol, Benzin, Teflon und Nylon.

Tabelle 1

Dielektrikum	ε	tan d
Methanol Benzin Teflon Nylon	24 2 2 3	6400 14 1/5 130

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, hat Methanol sowohl die größte Dielektrizitätskonstante E und die größte dielektrische Verlustzahl ξ . In Kraftstoffgemischen, in welchen Methanol beispielsweise mit Benzin gemischt ist, wird daher der dielektrische Verlustfaktor £·tan S dieses Kraftstoff gemisches größer, entsprechend einem Zuwachs des zugemischten Methanolgehaltes.

3Q Wenn das Kraftstoffgemisch daher durch eine Kraftstoffleitung 11 aus Teflon oder Nylon läuft, wobei der dielektrische Verlustfaktor £- tan 5 gering ist, werden daher die Mikrowellen, welche durch den Wellenleiter 131 zu dem anderen Wellenleiter 132 laufen, nicht durch die Leitung ab-

gg gedämpft, sondern durch die Menge von Methanol, die in dem

Kraftstoff gemisch in der Leitung 11 zugemischt ist..

Mikrowellen, die sich in der Luft in dem Wellenleiter 131, deren Dielektrizitätskonstante £ gering ist, fortpflanzen, werden von dem Kraftstoff in der Kraftstoffleitung 11, dessen Dielektrizitätskonstante £ groß ist, reflektiert. Diese Reflektion wird um so stärker, je größer die Dielektrizitätskonstante £ des Kraftstoffes oder der Anteil des zugemischten Methanols in dem Kraftstoffgemisch wird. Somit werden die Mikrowellen zu dem Wellenleiter 132 übertragen und zeigen dabei eine ähnliche Abschwächung. Somit kann der Anteil von Methanol, der in dem Kraftstoffgemisch in der Kraftstoffleitung 11 vorliegt' dadurch herausgefunden werden, indem die Stärke der Mikrowellensignale, welche den Detektor 17 erreicht haben, gemessen werden und indem der Betrag der Dämpfung oder Abschwächung in der Mikrowelle erkannt wird.

Die bisher beschriebene Vorrichtung zum Messen des Alkoholgehaltes macht es nicht länger nötig, daß sie innerhalb der Leitung, in welcher das Kraftstoffgemisch vorhanden ist, angeordnet wird, somit wird die Gefahr gebannt, daß Kraftstoff durch etwaige Leckagen austritt und die Wartung der Vorrichtung kann einfach durchgeführt werden. Zusätzlich liegt der Stromverbrauch der Vorrichtung bei nur ungefähr 2 W, was für die im Kraftfahrzeug eingebaute Batterie keine Belastung darstellt.

Fig. 3 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der Vorrichtung, in welchem der dielektrische Verlustfaktor£■ tan £ des Kraftstoffgemisches in der Kraftstoffleitung 11 durch den Widerstand R dargestellt ist. Fig. 4 zeigt das relative Ausgangssignal der Vorrichtung zum Messen des Alkoholgehaltes bezüglich des Methanolgehaltes in Vol.-%.

In Fig. 5und 6 ist eine zweite Ausführungsform der erfin-

dungsgem.äßen Vorrichtung dargestellt, in welcher der Wellenleiter 132 der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 weggelassen ist. Eine reflektierende Platte 19 ist anstelle des Wellenleiters 132 an der Öffnung 122 des zylindrischen Körpers 12 angeordnet und schließt dabei die Öffnung 122. Mikrowellen, welche von dem Antennenabschnitt 141 in dem Wellenleiter 131 erzeugt werden, treten durch die Kraftstoffleitung 11, werden von der reflektierenden Platte 19 reflektiert und treten wieder durch'die Leitung 11 zurück in den Wellenleiter 131. Die Mikrowelle,die derart reflektiert wurde, wird in dem Antennenabschnitt 141 empfangen. Ein Koaxialkabel 151, welches .sich von dem Antennenabschnitt 141 aus erstreckt, ist mit dem Generator 16 und dem Detektor 17 über einen Zirkulator 20 verbunden. Die Mikrowellen werden von dem Generator 16 über den Zirkulator 20 und das Koaxialkabel 151 dem Wellenleiter 131 zugeführt, wohingegen sie von dem Wellenleiter 131 über das Koaxialkabel 151 und dem Zirkulator 20 dem Detektor 17 zugeführt werden.

Fig. 7 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild für diese zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Im Falle der zweiten Ausführungsform wird die reflektierte Welle, welche nach dem Durchgang durch den Kraftstoff gedämpft wurde, direkt von dem Zirkulator 20 aufgenommen, um ihre Stärke zu messen, aber ihre Größe kann indirekt von der Größe der stehenden Welle gemessen werden, welche von den fortschreitenden und reflektierten Wellen in dem Wellenleiter gebildet wird.

Weiterhin kann in dieser zweiten Ausführungsform die Mikrowellenkammer 13 von einem Wellenleiter gebildet werden. Sie kann jedoch auch von einer Mikrowellen-Resonanzkammer gebildet werden.

Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welcher eine zylindrische Mikrowellen-Resonanzkammer 133 um eine Kraftstoffleitung 11 herum angeordnet ist. Die Resonanzkammer 133 wird von zylindrischen Bauteilen 123 und 124 gehalten, welche aus Metall sind. Ein Abstandshalter ist zwischen den zylindrischen Bauteilen 123 oder 124 und der Leitung 11 angeordnet, um somit die Resonanzkammer 133 unverrückbar um die Leitung 11 herum zu halten. Zu beiden Seiten der zylindrisehen Resonanzkammer 133 sind übertragende und empfangende Rahmenantennen 21 und 22 angeordnet, welche mit dem Mikrowellengenerator 16 und dem Detektor 17 über Koaxialkabel 23 bzw. 24 verbunden sind.

Ein Mikrowellensignal, welches von dem Generator 16 erzeugt wird, wird von der Antenne 21 der Resonanzkammer 133 zugeführt, wo es in Resonanz kommt und verstärkt wird. Wenn der dielektrische Verlustfaktor £ - tan S des Kraftstoffes in der Kraftstoffleitung 11, welche in der Resonanζkammer 133 angeordnet ist, gering ist, wird die Mikrowelle, die in die Resonanzkammer 133 hinein erzeugt wurde, wirksam in Resonanz geraten und verstärkt, ohne dabei reflektiert und gedämpft zu werden, und wird danach von der Empfangsantenne 22 empfangen. Wenn jedoch die Alkoholmenge, welche dem Benzin zugemischt ist, in der Kraftstoffleitung 11 ansteigt, wird die Dielektrizitätskonstante £ dieses Kraftstoff gemisches groß, die Mikrowelle wird in der Resonanzkammer 133 reflektiert und die Resonanzfrequenz in der Resonanzkammer 133 wird verschoben, um die Stärke dieser

oQ Mikrowelle schnell zu verringern. Der dielektrische Verlustfaktor <f· tan 5 des Kraftstoffgemisches wird zum gleichen Zeitpunkt, in dem die in Resonanz geratene Mikrowelle gedämpft wird, ebenfalls groß, so daß die Stärke der Mikrowelle, welche von der Empfangsantenne 22 empfangen wird, gedämpft und festgesetzt werden kann in Abhängigkeit von der

Alkoholmenge, die in dem Kraftstoffgemisch in der Kraftstoffleitung 11 enthalten ist.

Fig. 9 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der dritten Ausführungsform, in welchem die Verschiebung der Resonanzfrequenz in der hohlen Resonanzkammer 133, welche von Veränderungen der Dielektrizitätskonstante £ in dem Kraftstoff gemisch, welches durch die Leitung 11 läuft, abhängt, durch einen veränderlichen Kondensator C dargestellt ist und in welchem die Dämpfung der in Resonanz geratenen Mikrowelle, welche von dem dielektrischen Verlustfaktor £-tan£ des Kraftstoffgemisches abhängt mit einem Widerstand R dargestellt ist.

Wenn in der dritten Ausfuhrungsform die Kraftstoffleitung 11 ein Gummischlauch ist, wird die Charakteristik der Resonanzfrequenz von dieser Leitung 11 stark beeinflußt. Wieso wird dieser Einfluß von dem Gummischlauch, welcher durchlässig für elektromagnetische Wellen ist, verursacht? Es hat sich herausgestellt, daß beim Zumischen von Ruß, welcher die elektromagnetische Welle absorbiert zu dem Gummi, aus welchem die Kraftstoffleitung hergestellt ist, dieser Ruß das gewünschte.Betriebsverhalten unterdrückt.

Wenn das elektrische Feld, das in Richtung der Leitung erzeugt wird unter einem TM-Modus erregt und angetrieben wird, wird es von dem Ruß in der Leitung 11 absorbiert und dabei gebremst. Wenn es jedoch unter dem TE-Modus erregt und angetrieben wird, kann der Einfluß des Rußes

3Q in der Leitung 11 wirksam ausgeschaltet werden. Die benötigte Charakteristik kann erhalten werden, wenn die Form der Antenne und die Anordnung der Erregungsstelle genauer in Betracht gezogen werden.

Fig. 10 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegen-

AS·

den Erfindung, welche sich aus der Überlegung der vorher genannten Gesichtspunkte ergeben hat, und in welcher die Resonanzkammer 133 ein zylindrischer Körper ist mit einem Durchmesser von 62 mm und einer Länge von 113 mm. Eine Erregungs- und Übertragungslinearantenne 25 und eine Erkennungs- und Empfangslinearantenne 26 sind im Inneren der Resonanzkammer 133 angeordnet. Entlang der äußeren Umfangsoberflache der zylindrischen Resonanzkammer 133 ist ein Mikrowellen-Schaltkreis 27 angeordnet, von welchem ein Mikrowellensignal der Antenne 25 zugeführt wird, wohingegen das Mikrowellensignal, welches von der Antenne 26 empfangen wird von dem Mikrowellen-Schaltkreis 27 aufgenommen wird, wodurch eine Wellenerkennung erreicht wird.

Fig. 11 zeigt das Ergebnis einer Messung der Frequenzcharakteristik der Vorrichtung, die gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut wurde, wobei die ausgezogene Linie die Übertragungsleistung darstellt, wenn die Leitung 11, welche aus Gummi gemacht ist, nicht von Methanol durchflossen wird. Die gestrichelte Linie zeigt die Übertragungsleistung in einem anderen Fall, in welchem die Leitung 11 von Methanol durchflossen wird. Wie aus der graphischen Darstellung hervorgeht, hat es sich herausgestellt, daß die Dämpfung bei Methanol am größten bei 5,3 GHz wird, wobei die Änderung der Dämpfung ungefähr 50 % erreicht und wenn das Mikrowellen-Treiberfrequenzsignal von dem Generator 16 zu 5,3 GHz gesetzt wird.

QQ Fig. 12A zeigt einen konkreten Aufbau des Mikrowellen-Schaltkreises 27, in welchem ein Oszillatorschaltkreis 272, ein Wellenerkennungsschaltkreis 273 und ein Mikrowellenschaltkreis für die Antennenleitung beispielsweise auf einer Substratschicht 271 der Größe 32 mm χ 83 mm

nc ausgebildet sind, wobei leitungskonstante Leitungen ver-

wendet werden. Da die Leitungsbreiten und Längen auf dem Substrat eine elektrische Bedeutung haben, ist das elektrische Schaltbild des Mikrowellenschaltkreises 27 in Fig. 12B dargestellt.
5

Die Fig. 13 und 14 zeigen eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher die Kraftstoffleitung 11, welche aus einem Material, das für hohe Frequenzen durchlässig ist, gebildet ist, durch einen geschlossenen Endabschnitt eines zylindrischen Mikrowellenleiters 30 geführt ist, sich entlang dessen Innenwand erstreckt und dann den anderen geschlossenen Endabschnitt durchtritt. Leiter 31 und 32 zur Scheinwiderstandsanpassung erstrecken sich von beiden geschlossenen Endabschnitten des Mikro-Wellenleiters 30, und zwar im Bereich dessen zentraler Längsachse. Koaxialkabel 33 und 34 sind mit den Leitern 31 und 32 verbunden, welche mit dem Mikrowellenleiter koaxial sind und einen geringeren Durchmesser als der Mikrowellenleiter 30 haben. Die Koaxialkabel 33 und 34 sind weiterhin mit dem Mikrowellengenerator 16 bzw. dem Detektor 17 verbunden.

Die Koaxialkabel 33 und 34, die mit den Wellenleitern und 32 verbunden sind, erstrecken sich weiterhin in den Wellenleiter 30 entlang dessen zentraler Längsachse, um einen koaxialen Wellenleiter zu bilden.

Leitungen 35 und 36, welche verhindern, daß Mikrowellen austreten, erstrecken sich von beiden Enden des Wellenleiters 30, durch welchen sich die Kraftstoffleitung 11 erstreckt. Die Grenzfrequenz der Leitungen 35 und 36 wird ausreichend höher gesetzt als die Mikrowellenfrequenz, welche für die Messung verwendet wird, wodurch verhindert wird, daß Mikrowellen nach außen durchtreten. Die Leitun-

gc gen 31 und 32 sind sogenannte X/4-Anpassungsabschnitte, wobei ihre Länge 1/4 der Wellenlänge Λ. der für die Messung

verwendeten Mikrowellen beträgt. Ihre charakteristische Impedanz Z ist auf:

Z_T =^rVZcxZg
5

gesetzt, wobei Zc die charakteristische Impedanz der Koaxialkabel 33 und 34 ist und Zg die charakteristische Impedanz des Wellenleiters 30 ist..

Im Falle der Vorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfahren der Wellenleiter 30 und die Koaxialkabel 33 und 34 mittels der Leiter 31 und 32 eine Scheinwiderstandsanpassung, und die Mikrowellen werden nicht reflektiert sondern wirksam durchgelassen, wenn Alkohol praktisch vollständig in dem Kraftstoff fehlt. Wenn jedoch Alkohol dem Kraftstoff zugemischt ist, wächst die Dielektrizitätskonstante £ , die dielektrische Verlustzahl tan S des Kraftstoffes und die charakteristische Impedanz Zg des Wellenleiters 30 ändert sich. Daher wird die Scheinwiderstandsanpassung des Wellenleiters 30 und der Koaxialkabel 31 und 32 aufgehoben, reflektierte Wellen werden erzeugt und somit wird die übertragene Mikrowelle gedämpft.

Fig. 15 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welcher der Widerstand, der durch die dielektrische Verlustzahl tan S des Kraftstoffgemisches in der Leitung 11 durch den Widerstand R vertreten ist.

Claims

Patentansprüche

/ !./Vorrichtung zur Messung des Alkoholgehaltes, bei welcher Mikrowellen von einem Mikrowellengenerator auf eine Kraftstoffleitung wirken, welche aus einem Material besteht, welches für Mikrowellen durchlässig ist und durch welche ein Kraftstoffgemisch fließt, welches Alkohol beinhaltet, und zum Erkennen der Mikrowellen, welche von dem Kraftstoffgemisch, welches durch die Kraftstoffleitung fließt, beeinflußt wurden, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Mikrowellenkammer (13) außerhalb der Kraftstoffleitung (11) angeordnet ist und dabei einen Teil der Kraftstoffleitung (11) umschließt, und daß die Mikrowellen von dem Mikrowellengenerator -(16) in die Mikrowellenkammer (13) geleitet werden, wobei die Mikrowellen in der Mikrowellenkammer (13) von einem Detektor (17) empfangen und erkannt werden.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenkanuner (13) ein Paar von Wellenleitern (131, 132) aufweist, die einander gegenüberliegend mit der Kraftstoffleitung (11) dazwischen angeordnet sind, und daß Mikrowellen von einem der Wellenleiter zu dem anderen übertragen werden und dabei die Kraftstoffleitung (11) durchdringen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Antennenabschnitte (141, 142) respektive an den Enden des Paares von Wellenleitern (131, 132) angeordnet sind, welche der Kraftstoffleitung (11) entgegengesetzt sind, und daß der Mikrowellengenerator (16) und der Detektor (17) an den Antennenabschnitten (141, 142) angeschlossen sind,
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenkammem an der Kraftstoffleitung derart angeordnet sind, daß die Mikrowellenkanuner einstückig mit einem zylindrischen Metallkörper (12) verbunden wird und danach der zylindrische Körper (12) an der äußeren Umfangsoberflache der Kraftstoffleitung (11.) befestigt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Metallkörper (12) von der Mikrowellenkammer (13) vorspringt, und daß die Länge der vorspringenden Abschnitte (123, 124) derart ist, daß die Grenzfrequenz dieser vorspringenden Abschnitte größer ist als die Frequenz der Mikrowellen, die von dem Mikrowellengenerator (16) erzeugt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenkammer einen Wellenleiter (131) aufweist, der auf einer Seite der Kraftstoffleitung (11) angeordnet ist und daß sie weiterhin eine reflektierende Platte (19) aufweist, die auf der dem Wellenleiter (31)

gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, und daß ein Mikrowellensignal von dem Mikrowellengenerator in den Wellenleiter geliefert wird, und daß eine Antenne (141) vorgesehen ist, um Mikrowellen in dem Wellenleiter zu erkennen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrowellensignal in den Wellenleiter hinein erzeugt wird, daß eine gemeinsame Antenne (141) vorgesehen ist, um das Mikrowellensignal in dem Wellenleiter zu empfangen, und daß die Antenne (141) mit dem Mikrowellengenerator (16) bzw. dem Detektor (17) über einen Zirkulator (20) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenkammer eine Resonanzkammer aus einem zylindrischen Körper (133) ist, durch welchen sich die Kraftstoffleitung (11) erstreckt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenkammer eine zylindrische Resonanzkammer aus Metall ist, entlang deren Rotationslängsachse sich die Kraftstoffleitung erstreckt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Antennen (21, 22) zum Übertragen und Empfangen der Mikrowellen einander gegenüber mit der Kraftstoffleitung dazwischen angeordnet sind, wobei die Kraftstoffleitung sich durch die Resonanzkammer erstreckt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß Antennen (25, 26) zum Übertragen und Empfangen der Mikrowellen Seite an Seite an einer inneren ümfangsoberfläche der Resonanzkammer angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

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Kühnen Wacker Luderschmidt

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Kühnen & Wacker Pa tentanwaltsbüro'

NIPPONDENSO Co., Ltd.

Aichi-ken Japan

Paientanwülle/European Patent Attorneys Rainer A. Kühnen*, Dipl.-Ing. Paul-Α. Wacker*. Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing Wolfgang Luderschmidt**. Dr.. Dipl.-Chem.

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Vorrichtung zum Messen des Alkoholgehaltes in Kraftstoffgemischen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Alkoholgehaltes in Kraftstoffgemischen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, bei welcher der Alkoholgehalt in einem Kraftstoff, der beispielsweise zur Verwendung in einem Kraftfahrzeugmotor gedacht ist, gemessen und dafür verwendet wird, eine wirksame Motorsteuerung und/oder Regelung beispielsweise des Luft/Kraftstoffgemisches oder ähnlichem zu erreichen.

Kraftstoffgemische, bei welchen Alkohol mit Benzin oder Leichtöl gemischt wird, wercfen beispielsweise als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge verwendet- Bei der Verwendung dieses Kraftstoffgemisches ist es notwendig, das Verhältnis von Alkohol zu Benzin oder Alkohol zu Leichtöl genau zu wissen, um zu erreichen, daß der Verbrennungsmotor durch Erhalt der Steuerung des Luft/Kraftstoffgemisches

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