DE3726886A1 - Sensor zum ermitteln des mischungsverhaeltnisses von fluessigen brennstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zum optischen Ermitteln des Mischungsverhältnisses von Flüssigkeiten, insbesondere Brennstoffen, wie Benzin und Alkohol.

Ein derartiger Sensor ist bereits vorgeschlagen worden, der in Fig. 3 im Längsschnitt dargestellt ist. Dieser Sensor weist ein zylindrisches Gehäuse 104 mit einem Einlaß 111 und einem Auslaß 112 auf, wobei der Innenraum des Gehäuses 104 einen Durchlaß oder Kanal für ein Gemisch von flüssi­ gem Brennstoff bildet. In die beiden offenen Enden 104 a und 104 b ist eine durchsichtige Glassäule 101 über eine O-Ring­ dichtung eingepaßt. Ferner sind eine lichtemittierende Diode 102 und eine Photodiode 103 an den Enden der Säule 101 in Berührungskontakt mit der Säule vorgesehen, so daß die Dio­ den und die Säule sandwichartig angeordnet sind.

Bei diesem Aufbau ändert sich der optische Refraktionsgrad der Säule gegen einen flüssigen Brennstoff, wenn sich das Mischungsverhältnis von Benzin und Alkohol ändert. Das von der Diode 102 emittierte Licht wird an der Grenzfläche zwi­ schen der Säule 101 und dem flüssigen Brennstoff totalre­ flektiert und tritt in die Diode 103 ein, um ein Ausgangs­ signal zu erzeugen, dessen Wert der optischen Intensität (Lichtintensität) entspricht. Das so erzeugte Ausgangssig­ nal ist ein Maß für das Mischungsverhältnis von Benzin und Alkohol, da die Beziehung zwischen dem Ausgangsignal und dem Mischungsverhältnis von Benzin Alkohol vorher be­ stimmt worden ist.

Der bisher verwendete O-Ring 107, der gewöhnlich aus orga­ nischem Material, wie Kunststoff oder Gummi hergestellt wird, ist chemisch und physikalisch instabil, so daß sich seine Dichtungseigenschaften innerhalb der Wartungsperiode verschlechtern.

Ferner ist die Reflektionsintensität des auf die Grenzflä­ che zwischen der Säule 101 und dem Gemisch aus flüssigem Brennstoff einfallenden Lichts unterschiedlich in Abhängig­ keit davon, ob das Licht am flüssigen Brennstoff oder im Bereich des O-Rings 107 reflektiert wird.

Daher reduziert das am O-Ring 107 reflektierte und auf die Diode 103 einfallende Licht seine Intensität, so daß die lineare Beziehung zwischen dem Refraktionsindex des Flüs­ sigbrennstoffgemisches und dem Ausgangssignal der Diode 103 in gewissem Umfang gestört wird.

Um diese Verschlechterung der linearen Beziehung zu kompen­ sieren, soll besonders darauf geachtet werden, daß die An­ ordnung flüssigkeitsdicht ist und die Abmessungen der Säu­ le 101 genau abgestimmt sind.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Sen­ sor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der verbes­ serte Eigenschaften hinsichtlich Flüssigkeitsdichtigkeit und zur zuverlässigen Bestimmung des Flüssigkeitsmischungs­ verhältnisses aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung zeichnet sich weiter aus durch die Merkmale der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Sensors,

Fig. 2 eine Aufsicht einer erfindungsgemäßen Hülsendich­ tung mit einer Längsschnittansicht entlang der Li­ nie I-I und

Fig. 3 einen Längsschnitt eines bekannten Sensors.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors gemäß Fig. 1 weist ein zylindrisches Gehäuse 1 aus korrosionsbe­ ständigem Metall mit einer Einlaßöffnung 1 A und einer Aus­ laßöffnung 1 B an seiner äußeren Umfangsfläche auf, durch die das Flüssigbrennstoffgemisch, wie ein Gemisch aus Ben­ zin und Alkohol, hindurchtritt.

An der Innenseite des Gehäuses 1 ist konzentrisch eine durchsichtige Säule 2 aus optischem Glas oder aus korro­ sionsbeständigem Kunstharz angeordnet. Die Säule 2, deren Außenfläche zur Erzielung minimaler Rauhigkeit hochpoliert ist, ist mit ihren beiden Enden in ringförmige Wände 1 C und 1 D eingefügt, die jeweils an den offenen Endabschnitten ausgebildet sind. Eine metallische Hülsendichtung 5 aus korrosionsbeständigem Material, wie Kovar, ist mit Hilfe von Klebstoff flüssigkeitsdicht in die Außenfläche a jedes Endes der Säule 2 teleskopartig eingesteckt. Die Hülse 5 weist am einen offenen Ende einstückig einen Flanschab­ schnitt 5 a auf, in dessen Fläche ein konzentrischer, ring­ förmiger Vorsprung 5 b ausgebildet ist, der flüssigkeits­ dicht an der Außenfläche b der ringförmigen Wand W bei­ spielsweise durch Verschweißen oder Verkleben, befestigt ist, so daß die Säule 2 mit Hilfe der Hülse 5 am Gehäuse 1 gehaltert wird. Eine lichtemittierende Diode 3 ist an ihrem Substrat 3 A in einem Metallgehäuse 3 B eingeschlossen, an dessen einem offenen Ende ein Glasfenster 3 C eingepaßt ist, und zwar an einer Seite, von der aus das emittierende Licht zum einen Ende der Säule 2 gerichtet ist. Eine Photodiode 4 ist mit ihrem Substrat 4 A in einem Metallgehäuse 4 B einge­ chlossen, wobei an einem Ende des Gehäuses 4 B ein Glasfen­ ster 40 ähnlich wie bei der Diode 3 befestigt ist.

Die Hülse 5 ist flüssigkeitsdicht an der Außenfläche a der Säule 2 durch Verkleben befestigt; anstelle der Verwendung von Klebstoff kann die Säule auch an ihrer Oberfläche a mit der Hülse 5 thermisch verschweißt sein, um die Flüssigkeits­ dichtigkeit zu gewährleisten. Somit ist die Hülse 5 flüssig­ keitsdicht an der Säule 2 befestigt und gleichzeitig über den ringförmigen Vorsprung 5 b flüssigkeitsdicht mit der ringförmigen Wand W verschweißt, so daß der Raum zwischen der Säule 2 und der Innenseite des Gehäuses 1 vollständig abgedichtet ist, so daß der unter Druck stehende Flüssig­ brennstoff nicht nach außen austreten kann.

Während des Betriebs tritt das von der Diode 3 A abgegebene Licht am einen Endabschnitt der Säule 2 in diese ein, wird an der Grenzfläche zwischen der Säule 2 und dem Flüssig­ brennstoff F reflektiert und fällt schließlich durch das andere Ende der Säule 2 auf die Photodiode 4 A. Die dem Licht ausgesetzte Diode 4 A erzeugt ein elektrisches Aus­ gangssignal proportional zum Lichtstrom, d.h. zum Refrak­ tionsindex und damit zum Mischungsverhältnis des Flüssig­ brennstoffs F. Das so erzeugte Ausgangssignal ermöglicht die beste Einstellung des Zeitpunktes für die Zündung und das Einspritzen des Brennstoffs, um maximale Leistung der Brennkraftmaschine zu erzielen. Änderungen des Mischungs­ verhältnisses des Flüssigbrennstoffes führen zur Änderung des Refraktionsindex an der Grenzfläche und damit zur An­ derung des Lichtstroms an der Photodiode 4 A. Diese Änderung des Mischungsverhältnisses führt somit zur Änderung des Ausgangssignals der Diode 4 A, um die zeitliche Einstellung des Zündzeitpunkts und des Einspritzzeitpunkts für den Brennstoff zu ändern und so kontinuierlich die maximale Ausgangsleistung des Motors aufrechtzuerhalten.

Die Form der Hülsendichtung 5 ist nicht notwendigerweise auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Wesentlich dabei ist lediglich, daß die Hülsendichtung mit ihrer einen Seite an der Säule 2 und mit ihrer anderen Seite an der ringförmigen Wand W flüssigkeitsdicht befestigt ist.

Die Innenseite der Hülsendichtung 5 kann mit einer dünnen, korrosionsbeständigen Schicht, etwa durch Plattieren, ver­ sehen sein, um die Reflektionseigenschaften zu verbessern.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Hülsendichtung 5 ergeben sich ferner folgende Sekundärwirkungen: Der durch Verpressen verformte Ringvorsprung 5 b ermöglicht ohne nachteilige Auswirkungen eine Relativverschiebung der ringförmigen Wand W gegen die Außenfläche a der Säule 2, da der Vorsprung 5 b sich elastisch verformt. Dadurch wer­ den unerwünschte innere Spannungen in der Säule 2 und im Gehäuse 1 aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung gen in vorteilhafter Weise vermieden.

Claims (5)

1. Sensor zum Ermitteln des Mischungsverhältnisses von flüssigen Brennstoffen mit

• a) einem zylindrischen Gehäuse (1) mit einer Einlaßöff­ nung (1 A) und einer Auslaßöffnung (1 B) als Durchlaß für das Gemisch aus flüssigem Brennstoff,
• b) einer durchsichtigen Säule (2), die konzentrisch im Gehäuse (1) angeordnet ist, deren Außenfläche mit dem flüssigen Brennstoff in Berührung steht, wobei jedes Ende der Säule (2) in ein ringförmiges Wandstück (W) eingesetzt ist, das an der Innenseite des offenen Endabschnitts des Gehäuses (1) ausgebildet ist,
• c) einer lichtemittierenden Diode LED (3) und einer Photodiode (4), zwischen denen die Säule (2) bezüg­ lich deren Längsrichtung sandwichartig angeordnet ist, sodaß das von der lichtemittierenden Diode ausgehende Licht in die Säule (2) am einen Ende eintritt und an deren Grenzfläche zwischen Säule (2) und dem flüssi­ gen Brennstoff reflektiert wird und schließlich am anderen Ende der Säule (2) austritt und auf die Photo­ diode (4) fällt, und mit
• d) je einer metallischen Hülsendichtung (5), von denen jeweils die eine Seite flüssigkeitsdicht in das jewei­ lige Ende der Säule (2) teleskopartig eingesteckt ist und wobei die anderen Enden der beiden Hülsendichtun­ gen (5) flüssigkeitsdicht mit der Außenseite der Wand (W) verbunden sind, um eine hermetische Abdich­ tung zwischen dem flüssigen Brennstoff und der Säule (2) herzustellen.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsendichtungen (5) mit Hilfe eines Klebstoffs oder durch thermisches Verschweißen an der Säule (2) befestigt sind.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsendichtungen (5) an dem einen offenen Ende, das flüssigkeitsdicht mit der Außenseite der ringförmigen Wand (W) verbunden ist, einen Flansch (5 a) aufweisen.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (5 a) der Hülse (5) durch Verschweißen oder mit Hilfe eines Klebstoffs mit der Wand (W) verbunden ist.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Flansch (5 a) einen kreisförmigen, im Querschnitt V-förmigen Vorsprung (5 b) aufweist, dessen Oberseite mit der Außenseite der Wand (W) verschweißt ist, um eine aufgrund unterschiedlicher thermischer Aus­ dehnung zwischen der Säule (2) und dem Gehäuse (1) ent­ stehenden mechanischen Spannung aufzunehmen.