DE4312236A1 - Integrierte Schaltung für einen Mehrkomponentenkraftstoff-Sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung, die so aufgebaut ist, daß die Zusammensetzung eines für ein Kraftfahrzeug vorgesehenen Mehrkomponentenkraftstoffes festgestellt werden kann, der zum Betreiben eines Motors verwendet wird. Sobald die Zusammensetzung festgestellt ist, wird der Motorbetrieb zur Erzielung einer effizienten Verbrennung des Kraftstoffes modifiziert. Demzufolge werden unerwünschte Verbrennungsprodukte minimiert. Zum Beispiel wurde es als wünschenswert erachtet, zum Betreiben von Kraftfahrzeugmotoren sowohl Methanol als auch Benzin (Gasolin) verwenden zu können. Damit eine effiziente Kraftstoffverbrennung erzielt wird, muß jedoch die Kraftstoffeinspritzung und die Einstellung für den Motor geändert werden, falls von einem Kraftstoff zu einem anderen übergegangen wird. Hierbei wäre es von Vorteil, falls der Motor automatisch eingestellt werden könnte, um entweder Benzin, Methanol oder Mischungen davon effizient verbrennen zu können. Dann wäre es nämlich ohne Belang, welcher Kraftstoff im Tank vorhanden ist, und beim Tanken bräuchte man nicht berücksichtigen, was für ein Kraftstoff vorher getankt wurde. Ein Weg, um dies zu bewerkstelligen, besteht darin, einen Kraftstoffsensor in der Kraftstoffzufuhrleitung des Motors anzuordnen und festzustellen, welche Kraftstoffmischung dem Motor zugeführt wird, und diese Information zur Programmierung eines Motorsteuermoduls ECM zu verwenden, um dadurch die Motorleistung zu optimieren. Der Sensor wird vor den Einspritzdüsen in einem Abstand angeordnet, so daß eine bestimmte Zeit zur Einstellung der Motorleistung verbleibt, bis der vom Sensor analysierte Treibstoff den Motor erreicht. Diese Zeitverzögerung wird durch die Fließgeschwindigkeit des Kraftstoffes bei optimaler Motorgeschwindigkeit bestimmt.

Der Kraftstoffsensor muß somit eine Unterscheidung zwischen Benzin und Methanol sowie deren Mischungen treffen können. Es wurde festgestellt, daß ein kapazitiver Meßsensor geeignet ist, da sich die dielektrischen Konstanten von Benzin und Methanol wesentlich unterscheiden. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, die ein Diagramm verdeutlicht, bei dem die Kapazität dem Volumenprozent von Methanol gegenübergestellt ist, liegt eine wesentliche Kapazitätsänderung vor. Über den größten Teil des Mischbereiches ist die Kapazitätsänderung linear. Für 100% Benzin beträgt die Kapazität beim Testsensor etwa 28 Pikofarad, während bei 100% Methanol die Kapazität etwa bei 338 Pikofarad liegt. Der Sensor selbst besteht aus einem Kraftstoffleitungsabschnitt, der ein kleines Drahtelement aufweist, das koaxial in der Rohrbohrung angeordnet ist. Der Sensor kann dabei in der Kraftstoffleitung installiert werden, ohne daß dieser die dynamische Kraftstoffströmungscharakteristik meßbar ändert. Falls gewünscht, kann ein Abschnitt der Kraftstoffleitung vom Rest der Leitung isoliert werden, wobei sowohl die Leitung als auch der koaxiale Draht mit der integrierten Schaltung gekoppelt werden. Falls die Leitung jedoch nicht isoliert ist, befindet sich die Kraftstoffleitung selbst auf Erdpotential, so daß der koaxiale Draht eine Kondensatorplatte bildet, die auf Erde bezogen ist.

Aus der Sensorkapazität kann der Methanolprozentsatz abgeleitet werden, wobei diese Information für die Einstellung der Motorleistung mit Hilfe des Motorsteuermoduls ECM geeignet ist. Jedoch muß ein weiterer Faktor in Form der Kraftstoff-Leitfähigkeit Berücksichtigung finden. Reines Benzin ist im wesentlichen nicht leitend, wobei die Zugabe einer Verunreinigung, wie z. B. von Wasser, seine Leitfähigkeit nicht wesentlich ändert. Bei Methanol ändert jedoch eine solche Verunreinigung mit Wasser seine Leitfähigkeit. Diese Änderung der Leitfähigkeit muß bei dem Kapazitätsmeßsystem berücksichtigt werden. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, zeigt die Methanol-Benzin-Mischung eine starke widerstandsabhängige Beziehung auf (Kurve 10). Unter 30% Methanol liegt der Widerstand über 15 Kiloohm und seine Wirkung wird leicht aufgehoben. Bei einer Mischung von 50 Vol.-% liegt der Nebenschluß- bzw. Ableitwiderstand bei etwa 7,5 Kiloohm und nimmt mit dem Anstieg des Methanolprozentsatzes im wesentlichen ab. Wie aus der Kurve 11 ersichtlich, kommt einer Wasserverunreinigung wesentliche Bedeutung zu. Der Wassergehalt ändert die Motorleistung nicht wesentlich und das Vorhandensein von Wasser erfordert keine Kompensation. Wie sich jedoch aus der Kurve 11 der Fig. 8 ergibt, steigert eine geringe Wassermenge die Leitfähigkeit der Mischung wesentlich. Bei 30% Methanol verringert das Vorhandensein von Wasser den Sensorwiderstand von über 15 Kiloohm bis gut unter 11 Kiloohm. Bei 50% Methanol fällt der Nebenschlußwiderstand von etwa 7,5 Kiloohm bis auf etwa 3,5 Kiloohm, was einer Verringerung von etwa 50% entspricht. Somit ist klar, daß Mittel vorgesehen werden müssen, um den Nebenschlußwiderstands-Effekt zu verhindern, falls eine kapazitive Messung durchgeführt werden soll.

Fig. 9 zeigt eine bekannte Kapazitätsänderungsmessung, bei der der Nebenschlußwiderstand aufgehoben wird. Hier wird ein 10 MHz-Sinuswellen-Oszillator zur Ansteuerung des Sensors 12 verwendet. Der Sensor 12 besteht aus einem Nebenschlußwiderstand 13, dessen Wert sich mit dem Methanolprozentsatz und dem Vorhandensein von Kraftstoffverunreinigungen ändert. Eine Kapazität 14, deren Wert sich in Erwiderung auf den Methanolprozentsatz ändert, stellt die festzustellende bzw. zu messende Komponente dar. Es wurde festgelegt, daß die RC-Zeitkonstante des Sensors 12 typischerweise in der Größenordnung einer Mikrosekunde liegt und sich in einem Bereich von 2 bis 0,6 Mikrosekunden über den Bereich der Kraftstoffzusammensetzung der Fig. 8 ändert. In Fig. 9 ist der 10 MHz-Oszillator 15 mittels eines Widerstands 16 an den Sensor 12 angekoppelt. Der als Koppelelement dienende Widerstand 16 kann in den meisten Fällen der Innen- oder Quellenwiderstand des Oszillators 15 sein. Da ein 10 MHz-Signal eine Periode von 0,1 Mikrosekunden aufweist, fließt praktisch der gesamte Signalstrom in den Kondensator 14. Das heißt, ein AM- Detektor (Gleichrichter) 17 nimmt ein Signal wahr, das hauptsächlich durch den Wert des Kondensators 14 bestimmt ist. Änderungen des Widerstands 13 haben nur eine sehr geringe Auswirkung auf das Ausgangssignal des AM-Detektors 17. Ein Puffer 18 führt das Kraftstoffsensorsignal dem Motorsteuermodul ECM zu, wobei der Verstärkungsfaktor des Puffers 18 so gesteuert wird, daß eine Kalibrierung des Signals bezüglich des Motorsteuermoduls ECM erzielt werden kann. Der 10 MHz-Oszillator 15 könnte verständlicherweise bei einer höheren Frequenz betrieben werden, so daß der Widerstand 13 eine noch geringere Wirkung hätte. Jedoch stellt eines der Hauptprobleme bei dem in Fig. 9 gezeigten System die Strahlung des Erregersignals dar. Es ist klar, daß irgendeine erzeugte elektromagnetische Störung bei ansteigender Frequenz zunimmt. Die Frequenz von 10 MHz stellt die niedrigste Frequenz dar, die verwendet werden kann, um eine verringerte Reaktion durch den Nebenschlußwiderstand des Sensors 12 vorzusehen. Es ist verständlich, daß der Sensor 12 in der Kraftstoffleitung des Motors, die elektronische Schaltung jedoch anderswo angeordnet ist. Der Draht, der den Sensor 12 mit dem Oszillator 15 verbindet, wirkt somit als Antenne, die eine elektromagnetische Störung erzeugt.

Zweifellos ist es erwünscht, daß das Sensorsystem bei einer zweckmäßigen Frequenz betrieben wird, die elektromagnetische Störungen verringert und immer noch eine Reaktion auf den Nebenschlußwiderstand des Sensors 12 verhindert.

Eine verbesserte, bekannte Schaltung ist in Fig. 10 gezeigt. Es ist verständlich, daß bei dieser Figur wie auch bei den folgenden bekannte Standardkomponenten in den Blöcken des jeweils gezeigten Blockdiagramms verwendet werden. Demzufolge erübrigt sich eine Erläuterung detaillierter Schaltungen. Der Durchschnittsfachmann kann leicht die speziellen Schaltkreise bestimmen, die zur Durchführung der angezeigten Funktionen erforderlich sind.

In Fig. 10 wird der Kraftstoffsensor von einem Rechteckwellengenerator 19 angesteuert, der den Sensor 12 über einen Kopplungskondensator 20 ansteuert. Da das untere Ende des Sensors 12 auf V_REG zurückgeführt ist, ist dieser für die Signalfrequenzen geerdet. Das Ausgangssignal zum AM-Detektor 17 schließt jedoch Gleichstromkomponenten ein. Für den Sensor, der in Verbindung mit der Erörterung des Standes der Technik beschrieben wird, kann der Kopplungskondensator 20 in der Größenordnung von 200 Pikofarad liegen. Der 20 kHz-Rechteckwellengenerator 19 sollte eine ins Negative gehende Stufenfunktion erzeugen, die eine Abfallzeit von etwa 50 Nanosekunden aufweist. Da die Rechteckwelle symmetrisch sein kann, kann es auch ein Impuls mit niedrigem Tastverhältnis sein. Da der Rechteckwellengenerator 19 nach Art eines digitalen Taktes kontinuierlich arbeitet, erzeugt er Rechteckimpulse mit einer Abfallzeit von 50 Nanosekunden bei einer festgelegten Taktfrequenz von 20 kHz. Die Anstiegszeit ist ohne Bedeutung und kann in der Größenordnung von Mikrosekunden liegen. Die Abfallzeit der Rechteckwelle ist in bezug auf die Sensor-Zeitkonstante von einer Mikrosekunde kurz und die Impulsperiode von 100 Mikrosekunden ist dazu lang. Für eine geeignete Spannung am Ausgang des Ausgangsfilters des AM-Detektors sollte der Detektor nur an der abfallenden Flanke der Rechteckwelle aktiv sein. Falls erwünscht, kann die Rechteckwelle in Form von schmalen negativen Impulsen vorgesehen werden, die ein reduziertes Tastverhältnis ermöglichen, wobei ein geringerer Gesamtstrom erforderlich ist. Der Detektor 17 stellt einen einfachen Spitzendetektor bzw. -gleichrichter dar, der auf die Spitzen- bzw. Scheitelspannung am Sensor 12 anspricht. Die Größe der Spitzenspannung für eine bestimmte Stufenfunktion ist umgekehrt proportional dem Wert des Kondensators 14. Diese Beziehung, obwohl nichtlinearer Natur, kann zur Anzeige des Methanol-Benzin-Verhältnisses in der Kraftstoffleitung des Motors verwendet werden. Der Puffer 18 sieht einen Skalierungsfaktor vor, der zur Kalibrierung bzw. Anpassung seines Ausganges an das Motorsteuermodul ECM dient. Dies wird durch Steuerung seines Verstärkungsfaktors bewerkstelligt.

Fig. 11 zeigt einen Impulsspitzendetektor, der bei der bekannten Anwendung gemäß Fig. 10 verwendet wird. Die Schaltung, die anhand eines schematischen Blockdiagramms wiedergegeben wird, verwendet einen Operationsverstärker 21, der von einer Spannungsquelle V_CC versorgt wird, deren + Pol mit der Klemme 22 und deren - Pol mit der Erdklemme 23 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 21 wird direkt an seinen invertierenden Eingang zurückgekoppelt und an eine Last 24 angelegt, so daß eine 100%ige Gegenkopplung vorliegt. Somit wirkt der Operationsverstärker 21 als Spannungsverstärkerstufe mit einem Verstärkungsfaktor von 1. Negative Impulse vom Sensor 12 durchlaufen den Operationsverstärker 21 und laden somit das Ausgangsfilter 24 auf den Spitzenwert des Eingangsimpulses auf. Das Filter 24 besteht aus einem Kondensator 25 und einem Widerstand 26, die einen Wert von 0,5 Mikrofarad bzw. 60 Kiloohm aufweisen können, so daß sich eine RC-Zeitkonstante von 30 Millisekunden ergibt. Diese Zeitkonstante ist im Vergleich zu der 20 kHz-Impulsfrequenz sehr lang, jedoch im Vergleich zu der Steuerperiode des Kraftfahrzeugmotors kurz.

Mit der Spannungsquelle steht ferner ein Spannungsregler 27 in Verbindung, der eine geregelte Bezugsspannung von 5 Volt an die Detektorlast 24 anlegt. Somit ergibt sich das Ausgangssignal zu einer Nennspannung von 5 Volt abzüglich des Spannungsabfalles an der Last 24, was dem negativen Spitzeneingangssignal entspricht. Fig. 12 stellt ein Diagramm dar, das die Ausgangsspannung der Schaltung gemäß Fig. 11 im Verhältnis zur Methanolfraktion wiedergibt. Für den minimalen Kapazitätswert liegt die Ausgangsspannung geringfügig über 1 Volt. Für den maximalen Kapazitätswert liegt die Ausgangsspannung geringfügig unter 4 Volt. Die Schaltung der Fig. 11, obwohl nicht linearer Natur, erzeugt eine Ausgangsspannung, die dem Methanolkraftstoffgehalt direkt proportional ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung für einen kapazitiven Kraftstoffsensor zu schaffen, die ein Rechteckwellen-Steuersignal vorsieht und die resultierende Spannung mit einer ähnlichen Spannung, die von einem Pseudo- oder Referenzsensor erzeugt wird, kombiniert, so daß die Differenzspannung das Sensoransprechverhalten verkörpert.

Ferner soll ein Rechteckwellen-Steuersignal verwendet werden, um einen kapazitiven Kraftstoffreferenzsensor zu aktivieren und die Rechteckwellen-Amplitude als eine Funktion des Ausgangssignals des Referenzsensors zu stabilisieren. Außerdem soll ein kapazitiver Kraftstoffsensor mit einem amplitudengesteuerten Rechteckwellen-Steuersignal beaufschlagt werden, das bezüglich dem Ausgangssignal einer Referenzsensorschaltung stabilisiert ist, wobei das Ausgangssignal des Referenzsensors vom Ausgangssignal des Kraftstoffsensors subtrahiert wird, um dadurch ein differentielles Ausgangssignal abzuleiten. Ferner soll ein Entladungsschaltungs-Detektor vorgesehen werden, um eine Reaktion auf einen kapazitiven Kraftstoffsensor zu zeigen, der von einer Rechteckwelle angesteuert wird, wobei die Entladungsschaltung einen Differenzverstärker aufweist, dessen einer Eingang mit dem Kraftstoffsensor gekoppelt ist und dessen anderer Eingang mit dem Sensorausgangsfilter gekoppelt ist, das von der Entladungsschaltung geladen wird, die in Reaktion auf das Ausgangssignal des Differenzverstärkers digital betrieben wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich anhand der Merkmale des Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffsensor wird das kapazitive Element von einer Rechteckwellenquelle angesteuert, die eine Periode, die bezüglich der Sensorzeitkonstante lang ist, sowie Anstiegs- und Abfallszeiten, die bezüglich der Sensorzeitkonstante kurz ist, aufweist. Der Sensor steht mit einer AM- Detektorschaltung in Verbindung, die ein Ausgangssignal erzeugt, das umgekehrt proportional zur Sensorkapazität ist. Ein Referenz- bzw. Pseudokraftstoffsensor wird gleichfalls mit einem Signal von der Rechteckwellenquelle versorgt, die zur Ansteuerung des Kraftstoffsensors verwendet wird. Das einer Spitzengleichrichtung unterzogene Ausgangssignal vom Referenzdetektor wird zur Steuerung der Amplitude der Rechteckwellenquelle verwendet, so daß dadurch die Rechteckwellenamplitude stabilisiert wird. Die Ausgangssignale des Kraftstoffdetektors und des Referenzdetektors werden differentiell kombiniert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das nur auf die Kapazität des Kraftstoffsensors bezogen ist. Das Ausgangssignal steht nicht in Beziehung zum Nebenschlußwiderstand des Sensors, der sich infolge einer Verunreinigung ändert, die sich in dem durch den Sensor geleiteten Kraftstoff befindet. Somit ist das Ausgangssignal, das durch Kombination der Ausgangssignale des Kraftstoffsensors und des Kraftstoffreferenzsensors erzeugt wird, lediglich umgekehrt proportional zur Dielektrizitätskonstanten des Kraftstoffes.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Enladungsschaltungs-Spitzendetektor verwendet. In diesem Fall ist ein von einer Rechteckwelle angesteuerter Kraftstoffsensor mit einem Eingang eines Differenzverstärkers gekoppelt, dessen Ausgang mit dem Rücksetzeingang eines Zwischenspeichers verbunden ist. Dem Setzeingang des Zwischenspeichers wird die invertierte Rechteckwelle zugeführt. Der Q-Ausgang des Zwischenspeichers steht über eine Entladungsschaltung mit einem Ausgangslastfilter in Verbindung, das ebenso mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist. Während des Betriebs steuert der Differenzverstärker die Ladung an der Ausgangslast, um die Ladung am Kraftstoffsensor gleichzusetzen und dadurch ein Ausgangssignal zu erzeugen, das dem Spitzenpegel am Kraftstoffsensor entspricht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Dualdetektorschaltkreises;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Dualdetektorschaltkreises mit Amplitudenstabilisierung beim Rechteckwellenoszillator;

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Schaltkreises, bei dem die Erfindung von einem Entladungsschaltungs- Spitzendetektor Gebrauch macht;

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Schaltkreises, der Einzelheiten des grundlegenden Aufbaus der Entladungsschaltung aufzeigt;

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Schaltung, die doppelte Detektorschleifen und Mittel zum Kombinieren der Schleifenausgänge verwendet;

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Doppelschleifenschaltung, die eine Amplitudenstabilisierung beim Rechteckwellenoszillator einschließt;

Fig. 7 ein bekanntes Diagramm, das die Kapazität eines Kraftstoffsensors für verschiedene Prozentsätze von Methanol aufzeigt, das mit Benzin vermischt ist;

Fig. 8 ein bekanntes Diagramm, das den Nebenschluß- bzw. Ableitwiderstand eines Kraftstoffsensors für verschiedene Prozentsätze von mit Benzin vermischtem Methanol und für eine ähnliche Mischung, die mit Wasser verunreinigt ist, aufzeigt;

Fig. 9 ein Blockdiagramm, das Elemente einer bekannten Schaltung zum Ansprechen auf die Kapazität eines Kraftstoffsensors wiedergibt;

Fig. 10 ein Blockdiagramm einer anderen bekannten grundlegenden Schaltung;

Fig. 11 ein Blockdiagramm eines AM-Detektors, der sich zur Verwendung bei der Schaltung in Fig. 10 eignet; und

Fig. 12 ein Diagramm, das die Funktionsweise der bekannten Schaltung gemäß Fig. 11 verdeutlicht.

Das Blockdiagramm in Fig. 1 zeigt eine verbesserte Kraftstoffbestimmungsschaltung. Die oberen Elemente entsprechen dabei denen, die in Fig. 10 gezeigt sind. Der Puffer 18′ ist jedoch als Differenzpuffer ausgebildet, der einen zweiten Eingang aufweist, dem ein Referenzeingangssignal zugeführt wird. In dem Referenzkanal simuliert ein Referenz- bzw. "Pseudo"-Sensor 28 einen Kraftstoffsensor mit festen Elementen. Diese Referenz besteht aus einem Kondensator 30, der so ausgewählt ist, daß dieser die niedrigste Kapazität darstellt, die beim Sensor 12 auftreten wird. Mit Bezug auf die Bedingungen in Fig. 7 wird ein Kondensator mit einer Kapazität von etwa 25 Pikofarad verwendet. Der Wert des Widerstands 31 ist so ausgewählt, daß dieser dem niedrigsten Widerstandswert des Widerstands 13 entspricht. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, wird dieser Wert typischerweise etwa 1,5 Kiloohm betragen. Der Widerstand 31 ist jedoch nicht kritisch, da davon auszugehen ist, daß die kurze Abfallzeit beim negativen Übergang größtenteils die Widerstandsabhängigkeit beseitigt. Der Kondensator 29 und der AM-Detektor 32 entsprechen dem Kondensator 20 und dem AM-Detektor 17 der Fig. 10. Bei dieser Schaltung subtrahiert der Differenzpuffer 18 das Referenzsignal vom Kraftstoffsensorsignal, wobei sein Ausgangssignal zur Verwendung seitens des Motorsteuermoduls ECM linearisiert wird. Dies sieht eine Nullpunkteinstellungsstabilität, d. h. V_out = 0 V vor, falls die Sensorkapazität der Referenzkapazität entspricht. Geht man davon aus, daß beide Kanäle gleich ausgeführt sind, wird ein Fehlerauslöschungseffekt durch den Referenzkanal vorgesehen. Der Verstärkungsfaktor des Puffers 18′ bestimmt den Skalierungsfaktor des Ausgangssignals, so wie dies vom Motorsteuermodul ECM gefordert wird.

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsverbesserung, die den Betrieb der Kraftstoffbestimmungsschaltung stabilisiert. Der grundlegende Aufbau der Schaltung ist ähnlich dem der Fig. 1. Das Ausgangssignal des AM-Detektors 32, dem im übrigen das Referenzausgangssignal des Referenzsensors 28 zugeführt wird, wird dem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 35 angelegt. Ein Kondensator 36, der zwischen den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 35 und seinen Ausgang geschaltet ist, führt den Operationsverstärker 35 in einen Integrator mit Bezug auf einen Referenzpegel über, der ein Gleichspannungspotential darstellt, das an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 35 anliegt. Somit wirkt der Operationsverstärker 35 als Spannungsverstärkerstufe mit einem hohen Verstärkungsfaktor für Gleichstromsignale. Der Ausgang des Operationsverstärkers 35 steht mit dem Rechteckwellenoszillator 19′ in Verbindung, der eine Amplitudensteuerfunktion einschließt. Eine Vergrößerung des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 35 führt somit zu einer Amplitudenzunahme beim Rechteckwellenoszillator, wodurch wiederum der Spannungspegel am Ausgang des Referenz-AM-Detektors 32 verringert wird, so daß eine Gegenkopplungsschleife erzeugt wird, um die Ansteuerung des Referenzsensors 28 zu stabilisieren. Der Operationsverstärker 35 steuert die Amplitude des Rechteckwellenoszillators 19′ so lange, bis das Signal am nicht-invertierenden Eingang dem Signal am invertierenden Eingang bzw. Referenzeingang entspricht. Somit wird die tatsächliche Amplitude der Rechteckwelle durch den Gleichspannungsreferenzpegel gesteuert, der an dem invertierenden Eingang angelegt wird. Falls bei diesem Ausführungsbeispiel beide Kanäle ähnlich bzw. gleich sind, werden Fehler durch Änderungen von Bauelementen mit Hilfe der differenziellen Eingänge des Puffers 18′ minimiert und Amplitudenänderungen beim Rechteckwellenoszillator 19′ infolge der Amplitudensteuerung minimiert.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Kraftstoffsensors, der eine alternative Spitzendetektorschaltung verwendet. Hier wird von einem Detektor in Form einer Entladungsschaltung Gebrauch gemacht. Die Detektorlast 24, die einen Kondensator 25 und einen Widerstand 26 einschließt, wird so betrieben, wie dies in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben wurde. Es ist ersichtlich, daß sowohl die Last 24 als auch der Sensor 12 auf V_REG bezogen sind. Der Ausgang des Sensors 12 ist direkt mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Komparators (Vergleichers) 38 verbunden, der vorzugsweise eine Hochgeschwindigkeitseinrichtung darstellt. Der invertierende Eingang des Komparators 38 ist mit dem Detektorausgang am Filter 24 verbunden. Ein Zwischenspeicher 39 steht mit seinem Rücksetzeingang mit dem Ausgang des Komparators 38 und mit seinem Setzeingang über einen Inverter (37) mit dem Ausgang eines Rechteckwellenoszillators 19 in Verbindung. Es ist verständlich, daß der Zwischenspeicher 39 auf die ins negative verlaufenden Eingangssignale anspricht und sein Q-Ausgang eine Entladungsschaltung 40 ansteuert, die den Strom von der Last 24 zieht, so daß das Potential am invertierenden Eingang des Komparators 38 heruntergesteuert wird. Während des Betriebs setzt das Ausgangssignal des Komparators bzw. Vergleichers 38 den Zwischenspeicher (Speicherflip-flop) 39 zurück, falls der Spitzenwert am nicht-invertierenden Eingang geringer als am invertierenden Eingang ist. Die Entladeschaltung 40 wird dann für den gesamten niederpegeligen Teil des Arbeitszykluses des Rechteckwellenoszillators 19 eingeschaltet, wodurch das Signal am invertierenden Eingang des Komparators 38 heruntergesetzt wird. Der Zwischenspeicher 39 wird beim hochpegeligen Teil des Signals des Rechteckwellenoszillators 19 gesetzt, wodurch die Entladungsschaltung 40 ausgeschaltet wird. Somit kann die Spannung am nicht-invertierenden Eingang des Komparators 38 entsprechend der RC-Zeitkonstanten, die durch den Widerstand 26 und den Kondensator 25 bestimmt ist, zurück bis auf V_REG entladen werden. Somit wird über viele Zyklen des Rechteckwellenoszillators 19 die Dreieckwellenspannung am invertierenden Eingang des Komparators 38 die Spannung am nicht-invertierenden Eingang des Komparators 39 einer Spitzengleichrichtung unterziehen. Die tatsächliche Spitzenwertgleichrichtung wird bei der negativen Flanke der Rechteckwelle des Oszillators 19 vorgenommen. Die Entladungsschaltung 40 kann während des Restes des niederpegeligen Teils des Arbeitszykluses des Rechteckwellenoszillators 19 sich der Spitzenspannung annähern, indem das Potential am Filter 24 heruntergezogen wird. Da die Spitzengleichrichterfunktion für den gesamten niederpegeligen Signalabschnitt des Rechteckwellenoszillators aktiv ist, anstatt nur während der negativen Flanke, muß der Komparator 38 keinen hohen Verstärkungsfaktor aufweisen, der bei dem Operationsverstärker 21 im AM-Detektor 17 der Fig. 11 erforderlich ist. Der hohe Verstärkungsfaktor wird dort benötigt, da der AM-Detektor 17 nur beim negativen Übergang funktionsfähig ist. Der geringere Verstärkungsfaktor des Komparators 38 führt zu einem geringeren Gesamtleistungsverbrauch seitens der Schaltung. Somit wird eine Spitzendetektorfunktion erzielt, bei der die Gleichrichtungsfunktion nur während des negativen Teils des Sensorimpulses wirksam ist. Dies befreit im wesentlichen den Sensor von unerwünschten Reaktionen.

Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Entladungsschaltung. Die beiden Eingänge eines UND-Gatters 41 sind entsprechend mit dem Q-Ausgang des Zwischenspeichers 39 und der invertierten Rechteckwelle des Oszillators 19 gekoppelt. Wie dies bei Fig. 3 der Fall war, spricht die Schaltung auf negative Übergänge des Sensorsignals an und ist während des niederpegeligen Teils der Rechteckwelle des Oszillators 19 aktiv. Der Ausgang des UND-Gatters 41 ist an eine Konstantstromquelle 42 angeschlossen, die während des Setzintervalls des Zwischenspeichers 39 den Strom aus der Last 24 zieht. Somit funktioniert die Schaltung in ähnlicher Weise wie die der Fig. 11 und 3 und spricht nur auf den negativen Teil der Rechteckwelle des Oszillators 19 an.

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer linearisierten Kraftstoffsensorschaltung. Hier steuert ein Rechteckwellenoszillator 19 den Kraftstoffsensor 12 über einen Kondensator 20 an. Der Sensor 12 steuert den Eingang einer Entladungsschaltung an, die so aufgebaut ist, wie dies bei der Fig. 4 der Fall war. Das Sensorausgangssignal wird somit einem Eingang eines Differenzverstärkers 44 zugeführt. Der Rechteckwellenoszillator 19 steuert ebenso einen Referenzsensor 28 über einen Kondensator 29 an. Dies entspricht dem gleichen Gesamtaufbau, der in Fig. 1 dargestellt ist. Der Referenzsensor 28 steht mit einer Spitzendetektorschaltung in Verbindung, die den gleichen Aufbau wie in Fig. 4 aufweist. Das Ausgangssignal der Referenzschaltung wird dem anderen Eingang des Differenzverstärkers 44 zugeführt. Das Referenzeingangssignal wird von dem Kraftstoffsensoreingangssignal subtrahiert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das in dem Motorsteuermodul ECM verwendet wird.

Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Der grundlegende Aufbau entspricht dem der Fig. 5, jedoch mit der Ausnahme, daß der Oszillator 19′ eine Amplitudensteuerungsfunktion einschließt. Der Ausgang eines Differenzverstärkers 45 ist über einen Kondensator 46 mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 45 verbunden, um einen Integrator auszubilden, wie dies in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde. Der Ausgang des Referenzsensorkanals steht mit dem invertierenden Eingang des Differenz- bzw. Operationsverstärkers 45 in Verbindung. Der Ausgang des Operationsverstärkers 45 ist an die Amplitudensteuerung des Rechteckwellenoszillators 19′ angeschlossen, so daß die Amplitudenstabilität der Schaltung sichergestellt wird, wie dies in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde. Dies ermöglicht die Verwendung eines extern gesteuerten Gleichspannungspegels zur Bestimmung der Ausgangsamplitude des Rechteckwellenoszillators 19′.

Claims (8)

1. Schaltung für einen kapazitiven Kraftstoffsensor, die auf die kraftstoffempfindliche, vom Kraftstoffsensor (12) vorgegebene Kapazität anspricht, um ein die Kraftstoffzusammensetzung anzeigendes Ausgangssignal zu erzeugen, und bei der die Wirkungen eines auf Kraftstoffverunreinigungen beruhenden Nebenschlußwiderstands umgegangen werden, bestehend aus:
einem Rechteckwellenoszillator (19, 19′),
einem ersten Amplitudenmodulations-Detektor (17), der einen mit dem Sensor (12) verbundenen Eingang sowie einen Ausgang aufweist,
einem Referenzsensor (28), der Komponenten einschließt, die jene des Kraftstoffsensors (12) simulieren,
einem zweiten Amplitudenmodulations-Detektor (32), der einen mit dem Referenzsensor (28) verbundenen Eingang und einen Ausgang aufweist, und
einem Ausgangspuffer (18′), dessen erster Eingang mit dem Ausgang des ersten Amplitudenmodulations-Detektor (17) und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des zweiten Amplitudenmodulations-Detektors (32) verbunden ist, wodurch ein Ausgangssignal aus den kombinierten Ausgangssignalen des ersten und zweiten Modulationsdetektors (17, 32) erzeugt wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite Amplitudenmodulations-Detektor (17, 32) ein Tiefpaßausgangsfilter aufweist, wodurch jedes Ausgangssignal ein durch Spitzengleichrichtung erzeugtes Gleichstromsignal ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des ersten und zweiten Amplitudenmodulationsdetektors (17, 32) im Ausgangspuffer (18′) subtraktiv kombiniert werden.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Amplitudenmodulations-Detektor (17, 32) so aufgebaut ist, daß dieser auf den negativen Übergang eines Eingangsimpulses anspricht und die Ausgangssignale auf eine geregelte positive Spannung bezogen sind, die einen Wert aufweist, der das maximale Ausgangssignal des Amplitudenmodulations-Detektors überschreitet, so daß die Schaltung ein positives Ausgangssignal erzeugt, das direkt proportional der Kapazität des Kraftstoffsensors (12) ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Rechteckwellenoszillators (19, 19′) so gesteuert wird, daß dieses eine Stufenfunktions- Abfallszeit, die bezüglich der RC-Zeitkonstanten des Kraftstoffsensors (12) kurz ist, und eine Impulsperiode aufweist, die bezüglich der Tiefpaßfilter-Zeitkonstanten im Amplitudenmodulations-Detektor kurz ist.

6. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckwellenoszillator (19′) eine Amplitudensteuerung mit einem Steuereingang aufweist, dem das Ausgangssignal des zweiten Amplitudenmodulations- Detektors (32) zur Stabilisierung der Amplitude der Rechteckwelle zugeführt wird.

7. Schaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Amplitudenmodulations-Detektor (17, 32) jeweils aufweist:
einen Komparator (38), der einen invertierenden und einen nicht-invertierenden Eingang sowie einen Ausgang aufweist,
eine Einrichtung zum Ankoppeln des zu erfassenden Signals an den nicht-invertierenden Eingang des Komparators (38),
einen Zwischenspeicher (39), dessen Rücksetzeingang (R) mit dem Ausgang des Komparators (38) gekoppelt ist, dessen Setzeingang (S) eine invertierte Version des Ausgangssignals des Rechteckwellenoszillators (19) zugeführt wird und der einen Ausgang (Q) aufweist, und
eine Entladungsschaltung (40), deren Eingang mit dem Ausgang (Q) des Zwischenspeichers (39) gekoppelt ist und dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang des Komparators (38) sowie dem Tiefpaßfilter (24) gekoppelt ist, wobei die dem nicht-invertierenden Eingang des Komparators (38) angelegten Signale am Ausgang der Entladungsschaltung (40) einer Spitzengleichrichtung unterzogen sind.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der nicht-invertierende Eingang des Komparators (38) auf die negativen Übergänge der Rechteckwelle des Rechteckwellenoszillators (19) anspricht und die Entladungsschaltung (40) Strom zieht und daß das Tiefpaßfilter (24) zusammen mit dem Sensor (12) auf eine geregelte positive Versorgungsspannung (V_REG) bezogen ist, wodurch das Ausgangssignal der Entladungsschaltung (40) eine Spannung darstellt, die direkt proportional der Sensorkapazität ist.