DE4037320A1 - Sensorsystem zur erfassung des mischungsverhaeltnisses eines fluessigkeitsgemisches, insbesondere kraftstoffgemisches - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Sensorsystem zum Erfassen eines Mischungsverhältnisses eines Flüssikeitsgemisches, das durch ein zylindrisches Rohr hindurchgeht. Inbesondere betrifft die Erfindung ein Sensorsystem zum Erfassen eines Mischungsverhältnisses eines Gemisches aus Benzinkraftstoff auf Erdölbasis und Alkohol, das in einen Motor eingeführt wird.

In den letzten Jahren sind Mischungen aus Benzin auf Erdölbasis und Alkohol als Kraftstoff zum Antrieb von Motoren etc. verwendet worden, um die Abhängigkeit von Erdöl zu vermindern. In den Fällen, in denen ein solches Kraftstoffgemisch verwendet wird, ist es erforderlich, daß das Mischungsverhältnis von Benzin zu Alkohol erfaßt wird, um eine Kraftstoffeinspritzmenge und einen Zündzeitpunkt auf der Grundlage des erfaßten Mischungsverhältnisses zu steuern, um so stets eine optimale Ausgangsleistung zu erhalten, wenn sich das Mischungsverhältnis ändert.

Ein herkömmliches Sensorsystem zum Erfassen eines Mischungsverhältnisses eines Gemisches aus Kraftstoff bzw. Benzin auf Erdölbasis und Alkohol ist in Fig. 1 dargestellt. Dieses Sensorsystem besitzt einen zylindrischen Behälter 50 als Metallkammer, der mit einem Erdkabel 51 verbunden ist, um als äußere Elektrode zu dienen. An beiden Endabschnitten des zylindrischen Behälters 50 sind Verbinder 52 und 53 befestigt, um so innerhalb derselben einen Kraftstoffkanal 54 zu begrenzen. Eine innere Elektrode 55 ist innerhalb des Kraftstoffkanales 54 angordnet, derart, daß beide Endabschnitte desselben an Lagerungsteilen 56 und 57 aus Isoliermaterial gelagert sind. Eine Schraube 59 ist über eine Hülse 58 in eine Durchgangsöffnung eingesetzt, die in dem zylindrischen Behälter ausgebildet ist. Die Schraube 59 ist an ihrem Endabschnitt mit einem Gewindeabschnitt versehen und der Gewindeabschnitt greift in die Innenelektrode 55 ein. Außerdem ist die Schraube 59 mit einer Leitung 60 verbunden.

Nachdem die Kraftstoffschläuche mit den Verbindern 52 und 53 verbunden sind und der Kraftstoff F, der ein Gemisch aus Benzin auf Erdölbasis oder Erdöl-Brennstoff und Alkohol ist, durch den zylindrischen Behälter 50 hindurchgeht, wird ein Kondensator 65 gebildet, indem der Kraft- oder Brennstoff F als ein dielektrisches Material zwischen dem zylindrischen Behälter (Außenelektrode) 50 und der Innenelektrode 55 bildet, wie dies durch einen Ersatzschaltkreis gemäß Fig. 2 dargestellt ist.

Allgemein kann die elektrostatische Kapazität C (des Kraft- bzw. Brennstoffes F) des Kondensators 65 durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

A ε
C=-x-xε₀
t ε₀

mit

A: Fläche der Elektrode (cm²)
t: Abstand zwischen den Elektroden (cm)
ε: Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums (F/cm)
ε₀: Dielektrizitätskonstante in Vakuum (=8,854×10^-4) (F/cm)
ε/ε₀: Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materiales.

Daher ändert sich, wenn A und t konstant sind, die elektrostatische Kapazität C (F) proportional zu der Dielektrizitätskonstante ε/ε₀ des dielektrischen Materiales bzw. Dielektrikums, so daß die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials bzw. Dielektrikums, d. h. des Kraftstoffes F, durch Erfassen der elektrostatischen Kapazität C (F) erhalten kann. Die Dielektrizitätskonstanten von Benzin und Methanol betragen ungefähr 1,95 und 23,4. Da die Dielektrizitätskonstante eines Kraftstoffgemisches sich entsprechend seinem Mischungsverhältnis ändert, kann das Mischungsverhältnis des Kraftstoffgemisches F durch Erfassen seiner elektrostatischen Kapazität C (F) erhalten werden.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Veränderung der elektrostatischen Kapazität C in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis eines Gemisches aus Benzin auf Erdölbasis und Methanol. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, daß das Mischungsverhältnis des Kraftstoffgemisches F durch Erfassen der elektrostatischen Kapazität C erhalten werden kann.

Die elektrostatische Kapazität C wird z. B. in eine Oszillatorschaltung 66 eingegeben, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. Diese Oszillatorschaltung 66 gibt eine oszillierende Frequenz f ab, die durch Schaltkreiskonstanten bestimmt wird, wie z. B. durch die Widerstände R₁, R₂ und R₃ und die durch die elektrostatische Kapazität C bestimmt wird, so daß eine Veränderung der elektrostatischen Kapazität und hierdurch eine Veränderung des Mischungsverhältnisses über die Veränderung der oszillierenden Frequenz f erfaßt wird.

Da jedoch der elektrische Verbindungsabschnitt des zylindrischen Behälters nach außen nur durch die Schraube 59 abgeschlossen ist, neigt die Schraube 59 dazu, herausgelöst bzw. herausgezogen zu werden und eine Leckage von Kraftstoff zu verursachen, wenn der Kraftstoffdruck ansteigt.

Um die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden, hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung bereits früher ein verbessertes Sensorsystem zur Fluiderfassung vorgeschlagen, wie es in den Fig. 5(a) und 5(b) der japanischen Offenlegungsschrift 1-1 96 557 dargestellt ist. Bei diesem Sensorsystem ist ein aus Metall bestehender zylindrischer Behälter 1 mit einer Leitung 2 verbunden, um als äußere Elektrode zu dienen. Der zylindrische Behälter 1 besitzt ein offenes Ende, das als Einlaßanschluß zum Einführen von Kraftstoff F in den zylindrischen Behälter 1 dient und das auch als Anschlußverbinder dient. Eine innere Elektrode 3 ist innerhalb des zylindrischen Behälters 1 angeordnet. Der zuführungsseitige Endabschnitt der Innenelektrode 3 ist an einem Lagerungsteil 4 gelagert, das ähnlich demjenigen des herkömmlichen Sensorsystemes ausgebildet ist. Wenn die Innenelektrode 3 eine verhältnismäßig hohe Steifigkeit besitzt, ist das Lagerungsteil 4 nicht erforderlich. Der andere Endabschnitt der Innenelektrode 3 wird durch ein stopfenartiges Lagerungsteil 5 gelagert, durch das das eine Ende des zylindrischen Behälters 1 verschlossen ist. Außerdem ist der zylindrische Behälter 1 in Fluidverbindung mit einem Kraftstoffabgaberohr 6, das an einer Stelle stromauf des stopfenartigen Lagerungsteiles 5 in im wesentlichen radialer Richtung des zylindrischen Behälters 1 vorsteht und das auch als Verbinder dient.

Die Verbindung zwischen dem zylindrischen Behälter 1 und dem Kraftstoffabgaberohr 6 wird z. B. durch Verlöten hergestellt. Nachdem Rost, Verschmutzungen und dergleichen von der inneren und äußeren Oberfläche entfernt worden sind, wird ein Vernickeln oder dergleichen ausgeführt.

Das stopfenförmige Lagerungsteil 5 besitzt einen Abschnitt 5A mit kleinerem Durchmesser an der Seite innerhalb des zylindrischen Behälters 1, die der Zuführungsseite gegenüberliegt. Der zylindrische Behälter 1 ist mit einem Lagerungsabschnitt 1A von kleinem Durchmesser versehen, um in diesem den Abschnitt 5A des stopfenartigen Lagerungsteiles 5 aufzunehmen, der den kleinen Durchmesser besitzt. Ein O-Ring 7 ist zwischen den zugewandten Oberflächen des Abschnittes 1A mit kleinem Durchmesser und dem Lagerungsteil 5 angeordnet. Außerdem erstreckt sich die Innenelektrode 3 durch das stopfenartige Lagerungsteil 5 hindurch, um von dem zylindrischen Behälter 1 vorzustehen, um an dem Endabschnitt des zylindrischen Behälters 1 über eine Isolierhülse 9, bestehend aus Teflon oder dergleichen, die eine kleine Dielektrizitätskonstante und einen kleinen dielektrischen Verlust besitzt, durch eine Mutter 12 an dem Endabschnitt des zylindrischen Behälters 1 befestigt zu sein. Der vorspringende Endabschnitt der Innenelektrode 3 ist mit einem Ausgangsanschluß 8 verbunden.

Nachdem die Kraftstoffschläuche mit dem zylindrischen Behälter 1 und der Kraftstoffabgabeleitung 8 verbunden sind, wird das Kraftstoffgemisch in den zylindrischen Behälter 1 eingeführt, um von dem Kraftstoffabgaberohr 8 abgegeben zu werden, so daß das Mischungsverhältnis des Gemisches aus Benzin und Alkohol in einer Weise gemessen werden kann, vergleichbar der vorerläuterten Weise. Allgemein steigt der Druck dieses Kraftstoffgemisches auf ungefähr 10 kg/cm² an, um das stopfenförmige Lagerungsteil 5 zu dem Abschnitt 1A mit kleinem Durchmesser hin zu drücken. Diese Druckkraft wird durch den Abschnitt 1A mit kleinem Durchmesser über den O-Ring 7 aufgenommen, so daß der O-Ring 7 sich verformt und die zuverlässige Abdichtung zwischen dem Lagerungsteil 5 und dem zylindrischen Behälter 1 verbessert, um so eine Leckage von Kraftstoff F zu verhindern.

Bei dieser Art von Sensorsystem ist jedoch festgestellt worden, daß die Herstellungsgenauigkeit der Kontaktfläche des zylindrischen Behälters 1, die in Kontakt mit dem O-Ring 7 kommt, infolge des thermischen Verzuges während des Verlötens Schwierigkeiten bereitet, so daß die Dichtungsfähigkeit des O-Ringes 7 unzureichend wird, d. h., da die Kontaktfläche, insbesondere die innere Umfangsfläche des zylindrischen Behälters 1 durch Einführen eines Werkzeuges, wie z. B. eines Bohrers, in den zylindrischen Behälter 1 von der linken Seite in Fig. 5(b) gebildet wird, kann die Herstellungsgenauigkeit der Kontaktfläche des zylindrischen Behälters 1 nicht optimal gewahrt werden, wenn der zylindrische Behälter 1 infolge des Verlötens des Kraftstoffabgaberohres 6 mit dem zylindrischen Behälter 1 verzogen ist.

Es ist daher ein grundsätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Sensorsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, durch daß eine Leckage eines erfaßten Fluides, das in einen zylindrischen Behälter eingeführt wird, vollständig vermieden wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Sensorsystem mit einer Dichtungsfläche zu schaffen, das leicht hergestellt werden kann und durch das eine Leckage des zu beurteilenden Fluides vollständig vermieden werden kann. Um die vorerwähnten und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist ein zylindrischer Behälter eines Sensorsystems mit einem ringförmig vorspringenden Abschnitt versehen, dessen Innenumfang in Kontakt kommt mit einem Dichtungsteil, um eine Leckage eines zu beurteilenden bzw. erfaßten Fluides zu verhindern.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Sensorsystem zum Erfassen einer physikalischen Fluidmenge vorzugsweise auf: einen im wesentlichen zylindrischen Behälter, der als Außenelektrode dient und in deren Innenraum gebildet ist, durch den ein zu erfassendes bzw. zu beurteilendes Fluid hindurchgeht, wobei der zylindrische Behälter einen ersten und einen zweiten offenen Endabschnitt aufweist, wobei der erste offene Endabschnitt als Einlaßöffnung zum Einführen des zu erfassenden Fluides in das Innere desselben dient, der zweite offene Endabschnitt mit einem ringförmig vorspringenden Abschnitt versehen ist, der von dem Innenumfang des zylindrischen Behälters nach innen vorspringt und der sich in Umfangsrichtung des zylindrischen Behälters erstreckt, eine Innenelektrode, die in dem zylindrischen Behälter aufgenommen ist, ein Lagerungsteil, das innerhalb des zylindrischen Behälters aufgenommen ist, um den zweiten offenen Endabschnitt an einer Stelle stromauf des ringförmig vorspringenden Abschnittes zu verschließen und einen Abschnitt der Innenelektrode zu lagern, um die Innenelektrode in einer bestimmten Lage innerhalb des zylindrischen Behälters zu halten, einen Abgabekanal, der mit dem zylindrischen Behälter verbunden ist und der ein offenes Ende aufweist, welches als Abgabeöffnung zur Abgabe des erfaßten Fluides nach außen dient und eine Dichtungseinrichtung, die fest in Kontakt mit dem Innenumfang des ringförmig vorspringenden Abschnittes des zylindrischen Behälters kommt, um eine Leckage des erfaßten Fluides zwischen dem Außenumfang der Lagerungseinrichtung und dem Innenumfang des zylindrischen Behälters zu verhindern bzw. zu unterbrechen.

Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den übrigen Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Diese Zeichnungen sind jedoch nicht in einem die Erfindung auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel beschränkenden Sinne zu verstehen, sondern dienen lediglich der Erläuterung und dem besseren Verständnis der Erfindung.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines herkömmlichen Sensorsystemes,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung als Ersatzschaltbild eines Sensors vom Typ eines elektrischen Kondensators,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung einer Erfassungsschaltung,

Fig. 4 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Mischungsverhältnis des Kraftstoffgemisches und der elektrostatischen Kapazität zeigt,

Fig. 5(a) und 5(b) eine perspektivische und eine Schnittdarstellung eines modifizierten Sensorsystemes,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines ersten, bevorzugten Ausführungsbeispieles eines Sensorsystemes nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer Innenelektrode des Sensorsystemes nach Fig. 6,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Endabschnittes der Innenelektrode nach Fig. 7,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines modifizierten Endabschnittes der Innenelektrode nach Fig. 7,

Fig. 10 bis 12 Schnittdarstellungen eines zweiten, dritten und vierten bevorzugten Ausführungsbeispieles eines Sensorsystemes nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung eines Federhalters des Sensorsystemes nach Fig. 12, und

Fig. 14 eine Schnittdarstellung eines fünften, bevorzugten Ausführungsbeispieles eines Sensorsystemes nach der vorliegenden Erfindung.

Bezugnehmend nunmehr auf die Zeichnungen, insbesondere auf die Fig. 6 und 7, wird ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Sensorsystemes nach der vorliegenden Erfindung erläutert.

Das Sensorsystem weist einen zylindrischen Behälter 11 aus Metall auf. Der zylindrische Behälter 11 ist mit einer Leitung 12 verbunden, um als Außenelektrode zu dienen. Der zylindrische Behälter 11 besitzt ein offenes Ende 11a durch das Kraftstoff F dem Inneren des zylindrischen Behälters 11 zugeführt wird. Das offene Ende 11a erweitert sich radial, um als ein Verbindungsabschnitt zu dienen. Der zylindrische Behälter 11 weist auch ein geschlossenes Ende 11b auf, das dem offenen Ende 11a gegenüberliegt. Das geschlossene Ende 11b ist mit einem Abschnitt 13 von kleinem Durchmesser versehen. Ein stopfenartiges Lagerungsteil 14 ist in den zylindrischen Behälter 11 von dem offenen Ende 11a her eingesetzt, um an der inneren Seitenwand des Abschnittes 13 mit kleinem Durchmesser befestigt zu werden. Das stopfenartige Lagerungsteil 14 besteht aus einem Isolator, wie z. B. aus Teflon (Polytetrafluorethylen).

In dem zylindrischen Behälter 11 ist eine Innenelektrode 15 aufgenommen, die sich in Längsrichtung des zylindrischen Behälters 11 erstreckt. Ein Endabschnitt der Innenelektrode 15 erstreckt sich durch das stopfenartige Lagerungsteil 14 hindurch und wird durch dieses gelagert. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, besitzt die Innenelektrode 15 eine im wesentlichen zylindrische Form. Die Innenelektrode 15 hat einen quadratischen Säulenabschnitt 15a in ihrem mittleren Bereich sowie einen Gewindeabschnitt 15b an einem Endabschnitt. Der quadratische mittlere Säulenabschnitt 15a ist in Eingriff mit einer Nut 14a, ausgebildet in dem stopfenartigen Lagerungsteil 14, um an diesem unter Verwendung eines Werkzeuges oder dergleichen befestigt zu werden, so daß die Innenelektrode 15 sich relativ zu dem stopfenartigen Lagerungsteil 14 nicht drehen kann. Außerdem weist das stopfenartige Lagerungsteil 14 eine Zylinderbohrung 14b auf, durch die sich die Innenelektrode 15 hindurch erstreckt.

Ein O-Ring 17 ist innerhalb des zylindrischen Behälters 11 angeordnet, derart, daß der Außenumfang des O-Ringes 17 in festem Kontakt mit der Innenoberfläche des Abschnittes 13 mit kleinem Durchmesser ist. Der O-Ring 17 nimmt durch seine Innenöffnung hindurch die Innenelektrode 15 auf, so daß die Innenoberfläche des O-Ringes 17 in festem Kontakt mit dem Außenumfang der Innenelektrode 15 ist. Auf diese Weise dient der O-Ring 17 dazu, eine Leckage von Kraftstoff zwischen dem Außenumfang der Innenelektrode 15 und dem Innenumfang des stopfenartigen Lagerungsteiles 14 sowie zwischen dem Außenumfang des stopfenartigen Lagerungsteiles 14 und dem Innenumfang des zylindrischen Behälters 11 zu verhindern.

Außerdem ist ein Isolierhülsenteil 18 in den Abschnitt 13 mit kleinem Durchmesser eingesetzt, um den O-Ring 17 gegen das Lagerungsteil 14 zu drücken. Der Gewindeabschnitt 15b der Innenelektrode 15, der sich durch das Isolierhülsenteil 18 erstreckt, um von diesem aus vorzuspringen, ist in Eingriff mit einer Mutter 19. Durch Festziehen der Mutter 19 wird ein Ausgangsanschluß 20 an dem Isolierhülsenteil 18 befestigt und der quadratische Säulenabschnitt 15a drückt das stopfenartige Lagerungsteil 14 gegen die innere Seitenwandung des Abschnittes 13 mit kleinem Durchmesser. Außerdem springt ein Kraftstoffabförderrohr 21 an einer Stelle stromauf des stopfenartigen Lagerungsteiles 14 in im wesentlichen radialer Richtung des zylindrischen Behälters 11 von diesem vor, um eine Fluidverbindung mit dem zylindrischen Behälter 11 einzurichten. Das Kraftstoffabgaberohr 21 besitzt ein offenes Ende, das sich radial erweitert, um als Verbindungsabschnitt zu dienen.

Bei diesem Aufbau werden Kraftstoffschläuche an dem offenen Ende 11a des zylindrischen Behälters 11 und an dem offenen Ende des Kraftstoffabgaberohres 21 angeschlossen um es einem Kraftstoffgemisch zu gestatten, in den zylindrischen Behälter 11 einzutreten und über das Kraftstoffabgaberohr 21 zu verlassen, so daß das Mischungsverhältnis eines Benzin/Alkohol-Gemisches in bekannter Weise gemessen werden kann. Allgemein steigt der Druck des Kraftstoffgemisches auf ungefähr 10 kg/cm². Dieser Druck drückt das stopfenartige Lagerungsteil 14 gegen die innere Seitenwand des Abschnittes 13 mit kleinem Durchmesser. Aus diesem Grund nimmt, da der Kraftstoffdruck zunimmt, der Druck zu, der das stopfenartige Lagerungsteil 14 gegen die innere Seitenwand des Abschnittes 13 mit kleinem Durchmesser drückt, um so die Abdichtung für den Kraftstoff zwischen dem stopfenartigen Lagerungsteil 14 und der inneren Seitenwand des Abschnittes 13 zu erhöhen. Außerdem unterbricht der O-Ring 17 jede Kraftstoffleckage zwischen dem Außenumfang der Innenelektrode 15 und dem Innenumfang des stopfenartigen Lagerungsteiles 14 sowie zwischen dem Außenumfang des stopfenartigen Lagerungsteiles 14 und dem Innenumfang des zylindrischen Behälters 11, so daß eine Leckage von Kraftstoff vermieden wird.

Da in diesem Fall die Wanddicke des Abschnittes 13 mit kleinem Durchmesser, der in Berührung mit dem O-Ring 17 kommt, ausreichend groß ist, ist eine Verformung des Abschnittes 13 mit kleinem Durchmesser in Folge des Anlötens des Kraftstoffabgaberohres 21 an den zylindrischen Behälter 11 verhältnismäßig klein. Daher kann die Innenoberfläche des Abschnittes 13 mit einer gewünschten Genauigkeit endbearbeitet werden, so daß eine Leckage von Kraftstoff infolge einer geringen Genauigkeit der Kontaktfläche wie bei herkömmlichen Sensorsystemen vermieden werden kann. Außerdem kann durch Anphasen der Innenkante des Abschnittes 13 mit kleinem Durchmesser der O-Ring 17 leicht in den Abschnitt 13 eingesetzt werden.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, ist es dann, wenn die Spitze 15c der Innenelektrode 15 an der Seite des offenen Endes des zylindrischen Behälters 11 abgerundet ausgebildet bzw. abgeschnitten ist, es möglich, eine Verwirbelung bzw. ein Verrühren des Kraftstoffgemisches, welches durch den zylindrischen Behälter 11 hindurchgeht, zu verhindern, um hierdurch das Auftreten von Blasen in dem Kraftstoffgemisch zu vermindern. Im Ergebnis dessen, ist es möglich, zu verhindern, daß sich die Dielektrizitätskonstante infolge des Auftretens von Blasen vermindert, so daß die Meßgenauigkeit erhöht werden kann.

Außerdem kann, wie in Fig. 9 gezeigt ist, der Endabschnitt der Innenelektrode 15 mit einem hexagonalen Abschnitt 15d versehen sein, der verwendet werden kann, um an der Innenelektrode 15 einen Drehanschlag anzubringen, wenn die Mutter befestigt wird.

Fig. 10 zeigt das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Sensorsystemes nach der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das stopfenartige Lagerungsteil 14 nach dem vorerwähnten ersten Ausführungsbeispiel durch ein stopfenartiges Lagerungsteil 34 ersetzt. Das stopfenartige Lagerungsteil 34 ist mit einem vorspringenden Abschnitt 34a versehen, der in Richtung zu dem geschlossenen Endabschnitt des zylindrischen Behälters 11 hin vorspringt. Ein O-Ring 17A ist zwischen dem nach links zugewandten Umfang des vorspringenden Abschnittes 34a und dem Innenumfang des Abschnittes 13 mit kleinem Durchmesser des zylindrischen Behälters 11 angeordnet, um eine Leckage von Kraftstoff zwischen dem Außenumfang des stopfenartigen Lagerungsteiles 34 und dem Innenumfang des zylindrischen Behälters 11 zu vermeiden. Außerdem erstreckt sich die Innenelektrode 15 durch das stopfenartige Lagerungsteil 34 hindurch, um so eine Leckage von Kraftstoff zwischen dem Außenumfang der Innenelektrode 15 und dem Innenumfang des stopfenartigen Lagerungsteiles 34 zu vermeiden bzw. zu unterbrechen.

Da die elektrostatische Kapazität, die zwischen der Innenelektrode 15 und dem zylindrischen Behälter 11 erzeugt wird, in die Oszillatorschaltung eingegeben wird, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist und wie dies oben erläutert wurde, ist es erforderlich, daß Isoliermaterial ein Material mit niedrigem elektrischen Verlust ausgewählt wird, zur Anordnung zwischen der Innenelektrode 15 und dem zylindrischen Behälter 11, um die Schwingung der Oszillatorschaltung zu stabilisieren.

In einem Fall, in dem der O-Ring 17, der z. B. aus Fluorgummi besteht, zwischen der Innenelektrode 15 und dem zylindrischen Behälter 11 angeordnet ist, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, wird die Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlust in unerwünschter Weise groß. Z. B. ist die Dielektrizitätskonstante von Fluorgummi größer als 6 und der dielektrische Verlust desselben ist größer als 3%. Daher wird Fluorgummi für das erste Ausführungsbeispiel nicht bevorzugt. Im Falle der Ausbildung gemäß Fig. 10 kann jedoch ein O-Ring, der aus Fluorgummi besteht und der eine hohe Dielektrizitätskonstante sowie einen entsprechenden dielektrischen Verlust aufweist, verwendet werden, da der O-Ring nicht in direktem Kontakt mit der Elektrode 15 ist. Die hohe Steifigkeit von Fluorgummi sichert eine feste Abdichtung zwischen der Außenoberfläche der Elektrode 15 und dem Innenumfang des Lagerungsteiles 34.

Fig. 11 zeigt ein viertes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Sensorsystemes nach der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das stopfenartige Lagerungsteil 34 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel durch eine stopfenförmige Lagerungsanordnung 34A ersetzt. Die stopfenförmige Lagerungsanordnung 34A weist zwei Lagerungsteile 341 und 342 auf. Ein Lagerungsteil 341 besitzt einen ausgenommenen Abschnitt 341a an seiner nach links weisenden Endoberfläche. Ein O-Ring 27, durch den hindurch sich die Innenelektrode 15 erstreckt, ist innerhalb des ausgesparten Abschnittes 341a angeordnet, um so eine Abdichtung zwischen dem Außenumfang der Innenelektrode 15 und der Lagerungsanordnung 34A auszubilden, die ein hohes Maß an Abdichtleistung besitzt.

Fig. 12 zeigt ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Sensorsystemes nach der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist anstelle der Mutter 19 nach dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Federhalter vorgesehen, um die Innenelektrode 15A an dem zylindrischen Behälter 11 festzulegen. Ein Endabschnitt der Innenelektrode 15A, die sich ein stopfenartiges Lagerungsteil 44 erstreckt, um von dem zylindrischen Behälter 11 vorzustehen, erstreckt sich durch eine Durchgangsöffnung 45a der Federhalterung 45, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist und die Spitze der Innenelektrode 15A wird durch ein paar Klauen 45b klemmend erfaßt. In diesem Fall ist ein Teil, das die Rotation der Innenelektrode verhindert, wenn die Mutter befestigt wird, nicht erforderlich. Außerdem ist die Federhalterung 45 integral einstückig mit einem Ausgangsanschluß 46 ausgebildet, so daß die elektrische Verbindung sichergestellt ist.

Fig. 14 zeigt ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Sensorsystemes nach der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird kein O-Ring verwendet, um eine Leckage von Kraftstoff zu verhindern. Der Abschnitt 13 mit kleinem Durchmesser des zylindrischen Behälters 11 ist an seiner Stufe mit einer Kegeloberfläche 131 versehen. Diese Kegeloberfläche 131 kommt in Kontakt mit einer Kegeloberfläche 441 des stopfenartigen Lagerungsteiles 44A, um so eine Leckage von Kraftstoff zwischen dem Lagerungsteil 44A und der Innenelektrode 15B zu verhindern. Außerdem ist die Innenelektrode 15B mit einem im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 151 von großem Durchmesser versehen, der sich im wesentlichen in der Mitte der Elektrode 15B befindet. Der Abschnitt 151 hat eine Kegeloberfläche 151a an der Seite des geschlossenen Endabschnittes des zylindrischen Behälters 11. Andererseits weist das stopfenartige Lagerungsteil 44a einen ausgenommenen Abschnitt auf, zum Eingriff mit dem Abschnitt 151 der Elektrode 15B. Der ausgesparte Abschnitt ist mit einer Kegeloberfläche an seiner Bodenseite versehen. Diese Kegeloberfläche kommt in Kontakt mit der Kegeloberfläche 151a des Abschnittes 151 mit großem Durchmesser der Elektrode 15B, um so eine Leckage von Kraftstoff zwischen der Innenelektrode 15B und dem Lagerungsteil 44A zu vermeiden. Mit anderen Worten wirken der Abschnitt 151 mit großem Durchmesser und der Kegel- bzw. Keilabschnitt des Lagerungsteiles 44A zusammen und bilden eine Dichtungseinrichtung.

Wie oben erwähnt ist erfindungsgemäß das Dichtungsteil, das zwischen dem stopfenartigen Lagerungsteil und dem zylindrischen Behälter angeordnet ist, so gestaltet, daß es in Kontakt kommt mit der Innenumfangsfläche des einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnittes des zylindrischen Behälters. Da die Innenumfangsfläche dieses Abschnittes mit kleinem Durchmesser leichter mit hoher Präzision bearbeitet werden kann als die Radialflächen des Abschnittes mit kleinem Durchmesser, wird die Dichtungsleistung des Dichtungsteiles nach der vorliegenden Erfindung erhöht.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung auf ein Sensorsystem zur Erfassung der Konzentration oder des Mischungsverhältnisses eines Kraftstoffgemisches angewandt. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Systemen verwendet werden, die der Messung physikalischer Mengen dienen, welche eine Veränderung der Dielektrizitätskonstante von Fluiden veranlassen und ist nicht nur auf Konzentrationen beschränkt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem für ein Flüssigkeitsmischungsverhältnis, insbesondere Kraftstoffgemischverhältnis mit einem zylindrischen Gehäuse, das einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser an einem Ende aufweist, an dem eine Elektrode gelagert ist. Eine Dichtungseinrichtung, wie z. B. ein O-Ring ist in direktem Kontakt mit einem Innenumfang des Abschnittes mit einem Durchmesser, um den Sensor gegen Leckage des untersuchten Fluides zu sichern.

Obwohl die Erfindung hier anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert wurde, um deren Verständnis zu erleichtern, wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung auf verschiedenartige Weise verwirklicht werden kann, und daß die Grundlagen der Erfindung verlassen werden. Die Erfindung umfaßt daher auch mögliche weitere Ausführungsbeispiele und Modifikationen, die von den Grundlagen der Erfindung Gebrauch machen, wie sie insbesondere in beigefügten Ansprüchen dargestellt sind.

Claims (14)

1. Sensorsystem zum Erfassen einer physikalischen Menge eines Fluides, gekennzeichnet durch:
einen im wesentlichen zylindrischen Behälter (11), der als Außenelektrode dient und in dem ein Innenraum gebildet ist, durch den das zu untersuchende Fluid hindurchgeführt wird, wobei der zylindrische Behälter (11) einem ersten und einem zweiten offenen Endabschnitt aufweist, der erste offene Endabschnitt (11a) als Einlaßöffnung zum Einführen des untersuchten Fluides in das Innere des Behälters (11) dient, der zweite offene Endabschnitt (11b) mit einem ringförmigen Vorsprungsabschnitt (13) versehen ist, der von dem Innenumfang des zylindrischen Behälters (11) nach innen vorspringt und der sich in Umfangsrichtung des zylindrischen Behälters (11) erstreckt,
eine Innenelektrode (15, 15A, 15B), die innerhalb des zylindrischen Behälters (11) aufgenommen ist,
ein Lagerungsteil (34, 44), das innerhalb des zylindrischen Behälters (11) aufgenommen ist, um den zweiten offenen Endabschnitt (11b) an einer Stelle stromauf des ringförmig vorspringenden Abschnittes (13) zu verschließen und einen Abschnitt der Innenelektrode (15, 15A, 15B) zu lagern, um die Innenelektrode (15, 15A, 15B) in einer bestimmten Lage innerhalb des zylindrischen Behälters (11) zu lagern,
einen Abgabekanal (21), der mit dem zylindrischen Behälter (11) verbunden ist und der ein offenes Ende besitzt, das als Abgabeöffnung zum Abführen des erfaßten Fluides nach außen dient, und
eine Dichtungseinrichtung (17), die in festem Kontakt mit dem Innenumfang des ringförmig vorspringenden Abschnittes (13) des zylindrischen Behälters (11) bringbar ist, um eine Leckage des erfaßten Fluides zwischen dem Außenumfang der Lagerungseinrichtung (34) und dem Innenumfang des zylindrischen Behälters (11) zu verhindern.

2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerungsteil (34) eine Durchgangsöffnung besitzt, die sich in Richtung der Längsachse des zylindrischen Behälters (11) erstreckt und in der ein Teil der Innenelektrode (15, 15A, 15B) aufgenommen ist, um es so der Innenelektrode (15, 15A, 16B) zu gestatten, sich im wesentlichen in Längsrichtung des zylindrischen Behälters (11) in der Mitte desselben zu erstrecken.

3. Sensorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endabschnitt der Innenelektrode (15, 15A, 15B) durch die Durchgangsöffnung des Lagerungsteiles (34) sich erstreckt, um nach außen von dem zylindrischen Behälter (11) vorzustehen.

4. Sensorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endabschnitt der Innenelektrode (15) mit einem Gewindeabschnitt (15b) versehen ist und an dem zylindrischen Behälter (11) durch Eingriff des Gewindeabschnittes (15b) mit einer Mutter (19) befestigt ist.

5. Sensorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (15c) der Innenelektrode (15), die sich in Längsrichtung des zylindrischen Behälters (11) erstreckt, eine abgerundete Form aufweist, um so eine Verwirbelung bzw. ein Umrühren des erfaßten Fluides, das durch den zylindrischen Behälter (11) hindurchgeführt wird, zu verhindern und das Auftreten von Blasen in dem erfaßten Fluid zu vermindern.

6. Sensorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenelektrode (15) einen quadratischen Säulenabschnitt (15a) im wesentlichen in ihrer Mitte aufweist und das Lagerungsteil (34) eine Nut besitzt, die in Eingriff ist mit dem quadratischen Säulenabschnitt (15a), um zu verhindern, daß sich die Innenelektrode (15) dreht.

7. Sensorsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein hexagonaler Säulenabschnitt (15d) integral einstückig an der Innenelektrode (15) an einer Stelle benachbart zu dem verlängerten Endabschnitt der Innenelektrode (15) vorgesehen ist, um eine Rotationsstoppeinrichtung mit der Innenelektrode (15) zu verbinden, wenn die Mutter (19) festgezogen wird.

8. Sensorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung des Lagerungsteiles (34) in festem Kontakt mit der Innenelektrode (15) kommt, um eine Leckage des erfaßten Fluids zwischen dem Lagerungsteil (34) und der Innenelektrode (15) zu verhindern.

9. Sensorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Endabschnitt der Innenelektrode (15, 15A, 15B) in Eingriff ist mit einer Federhalterung, um an dem zylindrischen Behälter (11) befestigt zu werden.

10. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Hülsenteil (18) vorgesehen ist, das dazu dient, die Dichtungseinrichtung (17) in das Lagerungsteil (34) zu drücken.

11. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung ein O-Ring (17) ist.

12. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerungsteil (34) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.

13. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsystem einen Kondensator zwischen der äußeren und inneren Elektrode bildet, um eine Veränderung der elektrostatischen Kapazität des Kondensators zu erfassen, um eine Dielektrizitätskonstante des erfaßten Fluides zu erhalten.

14. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgabekanal (21) mit dem zylindrischen Behälter (11) durch Verlöten verbunden ist.