DE69428254T2

DE69428254T2 - Verwendung einer Vorrichtung zur akustischen Messung der Zusammensetzung einer Zweikomponentenflüssigkeitsmischung

Info

Publication number: DE69428254T2
Application number: DE1994628254
Authority: DE
Inventors: Gil Ching; Denis Denneulin
Original assignee: Marwal Systems SAS
Current assignee: TI Automotive Fuel Systems SAS
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1994-12-06
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2014-12-07
Also published as: FR2713777B1; EP0657736A1; DE69428254D1; EP0657736B1; FR2713777A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Verwendung von Messvorrichtungen für die Zusammensetzung einer Flüssigkeit.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, die Anwendung bei der Messung der Zusammensetzung eines Kraftstoffes, insbesondere bei der Messung der Zusatzstoffmenge in diesem.
Die Messung der Zusammensetzung eines Kraftstoffes, insbesondere der Zusatzstoffmenge in einem Kraftstoff, kann zu verschiedenen Zwecken nützlich sein. Insbesondere kann die Messung der Zusatzstoffmenge in einem Kraftstoff dafür verwendet werden, vor Ort die in den Kraftstofftank eingefüllte Zusatzstoffmenge zu überprüfen.
Es ist bekannt, dass die heutzutage für die Betankung von Kraftfahrzeugen eingesetzten Kraftstoffe allgemein beispielsweise Zusatzstoffe aufweisen, welche aus metallorganischen Verbindungen bestehen, die als Verbrennungskatalysator für die Russpartikel dienen. Diese metallorganischen Zusatzstoffe dienen dem Zweck, die Entzündungstemperatur dieser Partikel herabzusetzen.
Allgemein werden diese Zusatzstoffe dem Kraftstoff während des industriellen Herstellungsprozesses des Kraftstoffes in den Erdöl verarbeitenden Fabriken beigemengt.
Außer die verschiedenen Arten von abgegebenem Kraftstoff zu vermehren, bietet die Beimengung dieser Zusatzstoffe in den Fabriken jedoch keine Flexibilität in der Anpassung an die Wahl der Benutzer oder an die Motorisierung.
Wie in den Schriften FR-A-2668203, EP-A-269228, DE-A-38 36 602 und US-A-4621593 beschrieben, sind Systeme vorgeschlagen worden, die dafür eingerichtet sind, die in einen Tank eingefüllte Kraftstoffmenge zu messen und in diesen direkt eine Zusatzstoffmenge einzuspritzen, die proportional zu der gemessenen Kraftstoffmenge ist Diese vorgeschlagenen Systeme erfordern Berechnungsvorrichtungen, die dazu in der Lage sind, die einzuspritzende Zusatzstoffmenge zu definieren. Außerdem führen sie im Falle eines Fehlers oder einer Abweichung in der Berechnung zu einer sehr nachteiligen fehlerhaften Menge an Zusatzstoff.
Die Schrift US-A-4255964 beschreibt eine Vorrichtung zur Überprüfung einer Flüssigkeit mit einer Messkammer, die dafür eingerichtet ist, die zu überprüfende Flüssigkeit aufzunehmen, einer Eichmasskammer, die eine Eichflüssigkeit enthält, Vorrichtungen zum Aussenden einer akustischen Welle in die vorgenannten Kammern und zur Erfassung der Resonanzfrequenz der akustischen Weile in diesen Kammern.
Die Schrift US-A-4852396 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung der Zusammensetzung einer flüssigen Mischung in einem industriellen Verfahren. Die Vorrichtung umfasst eine Wanne, die dafür eingerichtet ist, hintereinander jede der reinen Komponenten der Flüssigkeit und dann einer Mischung daraus aufzunehmen, Vorrichtungen, die dafür eingerichtet sind, akustische Weilen zu den Komponenten und zu der Flüssigkeitsmischung auszusenden und Vorrichtungen, die dafür eingerichtet sind, die Zusammensetzung des Gemisches auf der Basis der gemessenen Verbreitungszeiten zu bestimmen.
Bezüglich des Standes der Technik schlägt die vorliegende Erfindung die Verwendung von Vorrichtungen vor, welche in dem anhängenden Anspruch 1 definiert sind, welcher in Form des Oberbegriffe und des kennzeichnenden Teils bezüglich der Schrift US-A- 4852396 abgegrenzt ist.
Weitere Eigenschaften, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Lektüre der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und bezüglich der anliegenden Zeichnungen hervorgehen, in welchen:
- Abb. 1 eine schematische Ansicht im vertikalen Schnitt einer Messvorrichtung darstellt, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird,
- die anliegenden Abb. 2 und 3 gemäß vertikalen Schnittansichten zwei Ausführungsvarianten darstellen, welche in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden,
- Abb. 4 die Geschwindigkeit einer akustischen Welle darstellt, die in einem Kraftstoff für ein Kraftfahrzeug gemessen wurde, in Abhängigkeit von seiner Temperatur und für verschiedene Mengen an Ferrocen, und
- Abb. 5 schematisch einen Tank eines Kraftfahrzeugs darstellt, der mit einer in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Messvorrichtung ausgestattet ist.
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Rahmen einer Anwendung bei dem Kraftstoff eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Diese Beschreibung soll jedoch nicht als begrenzend betrachtet werden.
In der anliegenden Abb. 1 ist ein Gehäuse 10 zu sehen, das dafür eingerichtet ist, die Flüssigkeit L aufzunehmen, deren Zusammensetzung dazu verwendet werden soll, den Gehalt an Zusatzstoffen zu messen.
Praktisch kann das Gehäuse 10 von dem Kraftstofftank selbst gebildet sein, der in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist.
Vorzugsweise ist das Gehäuse 10 jedoch von einer Kammer mit geringerem Volumen gebildet, die innerhalb des Kraftstofftanks des Fahrzeugs oder auch außerhalb dieses Kraftstofftanks angeordnet ist, unter der Bedingung, dass das Gehäuse 10 mit dem inneren Volumen des Tanks in Verbindung steht, so dass der in dem Gehäuse enthaltene Kraftstoff L immer derselbe ist wie der in dem Tank enthaltene Kraftstoff.
Das System umfasst Vorrichtungen 20, welche in der Lage sind, eine akustische Welle in die Flüssigkeit L auszusenden. Genauer sind diese Vorrichtungen 20 mit Vorrichtungen 60 verbunden, die dazu in der Lage sind, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Welle, die sich in der Flüssigkeit L ausbreitet, zu messen.
Hierzu können einerseits Aussendevorrichtungen für die akustische Welle und andererseits Empfangsvorrichtungen für die akustische Weile vorgesehen werden, die mittels der Flüssigkeit L miteinander verbunden und mit einem bekannten jeweiligen Abstand voneinander angeordnet sind.
Es reicht somit, auf der Höhe der Vorrichtungen 60, die zugleich mit den Aussendevorrichtungen und den Empfangsvorrichtungen verbunden sind, die Ausbreitungszeit zwischen den Aussendevorrichtungen und den Empfangsvorrichtungen über den bekannten Abstand zu messen, um die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Welle in der Flüssigkeit L zu kennen.
Gemäß der in den anliegenden Abbildungen dargestellten, bevorzugten Ausführungsform stimmen die Aussendevorrichtungen und die Empfangsvorrichtungen für die akustische Welle jedoch überein und sind gegenüber eines Reflektors 30 angeordnet, welcher in dem Gehäuse 10 mit einem bekannten Abstand von diesen Aussende-/Empfangsvorrichtungen 20 angeordnet ist.
So kann durch die Messung der Hin- und Rücklaufzeit der auf den Reflektoren 30 reflektierten akustischen Wellen die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Weilen in der Flüssigkeit L leicht erhalten werden.
Tatsächlich besteht: C = 2 h/T,
Verhältnis, in welchem:
C die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Wellen in der Flüssigkeit L darstellt,
h den Abstand darstellt, der den Reflektor 30 von den Aussende- /Empfangsvorrichtungen 20 trennt, und
T die zwischen dem anfänglichen Aussenden einer akustischen Welle und dem Empfang des entsprechenden Echos auf den Aussende-/Empfangsvorrichtungen 20 gemessene Zeit darstellt.
Vorzugsweise sind die Aussende-/Empfangsvorrichtungen 20 von einer piezoelektrischen Zelte gebildet Außerdem ist diese piezo-elektrische Zelle 20 vorzugsweise an der Basis des Gehäuses 10 angeordnet.
In aus sich heraus bekannter Weise ruht die piezo-elektrische Zelle 20 auf ihrer der Flüssigkeit L gegenüberliegenden Fläche auf einer absorbierenden Verkleidung 22, welche die Verbreitung von akustischen Störwellen gegenüber der Flüssigkeit L verhindert.
Gemäß der in Abb. 1 dargestellten Ausführungsvariante werden die Reflexionsvorrichtungen 30 auf der bekannten Höhe h von der Innenwand des Gehäuses 10 getragen.
Wie bei Betrachtung der Abb. 2 und 3 zu sehen ist, könnten diese Reflexionsvorrichtungen 30 an der Spitze des Gehäuses 10 vorgesehen sein.
Bei Kenntnis der Funktion, welche die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Wellen mit der Beschaffenheit des Kraftstoffes L, insbesondere mit dessen Zusatzstoffmenge, verbindet, kann mit Hilfe von einfachen elektronischen Vorrichtungen 60 auf der Basis von Berechnungsvorrichtungen oder auch Tabellen, welche vorab gespeicherte Werte enthalten, die Zusammensetzung des Kraftstoffes, vorzugsweise die in diesem enthaltene Zusatzstoffmenge, erhalten werden.
In der anliegenden Abb. 4 sind Kurven dargestellt, welche die Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer akustischen Weile in einem Kraftstoff abhängig von dessen Temperatur illustrieren, und zwar für zwei Zusatzstoffmengen an Ferrocen, jeweils 600 ppm und 800 ppm.
Wie unter Betrachtung der Abb. 4 zu sehen ist, hängt die Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer akustischen Welle in dem Kraftstoff stark von der Temperatur ab.
Aus diesem Grund sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Vorrichtungen, welche dafür eingerichtet sind, die Zusammensetzung der Flüssigkeit von der in dieser gemessenen Fortpflanzungsgeschwindigkeit abzuleiten, außerdem dafür eingerichtet, der Temperatur der Flüssigkeit Rechnung zu tragen.
Diese Temperatur kann mit Hilfe einer mit den Vorrichtungen 60 verbundenen Sonde 50 gemessen werden, wie in Abb. 1 schematisiert.
Die erhaltene Temperaturinformation kann von den in den Vorrichtungen 60 eingebauten Berechnungsvorrichtungen verwendet werden, um das Ergebnis der Messung der Zusammensetzung genauer zu gestalten.
In einer Variante kann die erhaltene Temperaturinformation für eine Auswahl aus mehreren vorab gespeicherten, in diesen Vorrichtungen 60 eingefügten Tabellen, oder auch für eine Auswahl eines Wertes aus einer solchen vorab gespeicherten, in diesen Vorrichtungen 60 integrierten Tabelle verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Messung des Ferrocengehaltes in einem Kraftstoff der Art Gasöl.
Gemäß weiteren Varianten, welche in den Abb. 2 und 3 dargestellt sind, kann der Temperaturparameter auch erhalten werden, indem keine Temperatursonde 50, sondern eine Eichmasskammer eingesetzt wird, welche eine Flüssigkeit mit bekannter Zusammensetzung enthält und an das Gehäuse 10 angrenzt, um auf dieselbe Temperatur wie dieses gebracht zu werden.
In Abb. 2 ist eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, welche ein Gehäuse 10 umfasst, das dafür eingerichtet ist, die Flüssigkeit L, deren Zusammensetzung gemessen werden soll, aufzunehmen, und das mit dem Kraftstofftank mittels Öffnungen 12 in Verbindung steht, und dessen obere Wand 14 als Reflektor für die akustischen Wellen dient. Piezo-resistive Aussende- /Empfangsvorrichtungen 20 sind an der Basis dieses Gehäuses 10 auf einer absorbierenden Verkleidung 22 angeordnet. Außerdem umfasst die in Abb. 2 dargestellte Vorrichtung eine zusätzliche Eichmasskammer 40, welche seitlich an das Gehäuse 10 angefügt ist um auf die gleiche Temperatur wird dieses gebracht zu werden. Die Eichmasskammer 40 ist mit einer Flüssigkeit 42 mit bekannter Zusammensetzung gefüllt. Die Spitze 44 der Kammer 40 dient als Reflektor gegenüber den akustischen Wellen. Die Kammer 40 ist an ihrer Basis mit Aussende- /Empfangsvorrichtungen 46 für akustische Wellen versehen, welche auf einer absorbierenden Verkleidung 48 angeordnet sind. Es ist zu verstehen, dass die Messung der Hin- und Rücklaufzeit einer akustischen Welle zwischen den Aussende- /Empfangsvorrichtungen 46 und der Spitze 44 der Kammer 40 in der Flüssigkeit 42 mit bekannter Zusammensetzung ermöglicht, direkt eine repräsentative Information über die Temperatur der Flüssigkeit zu erhalten.

Claims

1. Verwendung einer Vorrichtung zur Messung der Zusammensetzung einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit, mit:

- einem Gehäuse (10), welches dafür bestimmt ist, die Flüssigkeit aufzunehmen, deren Zusammensetzung gemessen werden soll,

- Vorrichtungen (20), welche dafür eingerichtet sind, eine akustische Welle in die Flüssigkeit (L) auszusenden, und

- Vorrichtungen (60), welche dafür eingerichtet sind, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Welle, die sich in der Flüssigkeit ausbreitet, zu messen und aus der gemessenen Fortpflanzungsgeschwindigkeit die Zusammensetzung der Flüssigkeit abzuleiten,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verwendung die Messung des Zusatzstoffgehaltes eines in einem Behälter des Kraftfahrzeuges enthaltenen Kraftstoffes betrifft.

2. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Vorrichtungen (20) zum Einsetzen einer akustischen Welle benutzt, welche eine Aussendevorrichtung und eine Empfangsvorrichtung umfassen, die mit einem bekannten Abstand voneinander getrennt sind.

3. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Aussendevorrichtungen und Empfangsvorrichtungen (20) für eine akustische Welle einsetzt, welche unterschiedlich und mit einem bekannten Abstand voneinander getrennt sind.

4. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Vorrichtungen (30) zur Reflexion einer akustischen Welle einsetzt, welche mit einem bekannten Abstand von den Aussende-/Empfangsvorrichtungen für die akustische Welle (20) angeordnet sind.

5. Verwendung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Reflexionsvorrichtungen (30) einsetzt, welche von der Spitze des Gehäuses (10) gebildet sind.

6. Verwendung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Reflexionsvorrichtungen (30) einsetzt, welche in dem Gehäuse (10) mit einem gewählten Abstand von den Aussende- /Empfangsvorrichtungen (20) angeordnet sind.

7. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Vorrichtungen (60) zur Messung oder Ableitung des Zusatzstoffgehaltes des Kraftstoffes einsetzt, welche außerdem die Temperatur der Flüssigkeit (L) auswerten.

8. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem wenigstens eine Eichmaßkammer (40) einsetzt, welche eine Flüssigkeit mit bekannter Zusammensetzung (42) enthält, und welche dafür eingerichtet ist, auf die gleiche Temperatur eingestellt zu sein wie das Meßgehäuse (10), und sie Vorrichtungen (46) einsetzt, welche dafür eingerichtet sind, eine akustische Welle in die Flüssigkeit mit der bekannten Zusammensetzung auszusenden und die Fortpflanzungszeit in dieser Flüssigkeit zu messen, um daraus eine Information über die Temperatur des Kraftstoffes abzuleiten.

9. Verwendung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Temperaturfühler (50) einsetzt.

10. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) aus dem Kraftstoffbehälter des Kraftfahrzeuges gebildet ist.

11. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) aus einer Nebenkammer mit kleineren Abmessungen als der Behälter gebildet ist, welche im inneren oder äußeren Bereich von diesem angeordnet und mit dem Behälter verbunden ist.

12. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussende-/Empfangsvorrichtungen für die akustischen Wellen aus piezoelektrischen Vorrichtungen (20, 46) gebildet sind.

13. Verwendung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eichmaßkammer (40) dicht ausgebildet ist.

14. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 in Kombination mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eichmaßkammer (40) und das Meßgehäuse (10) seitlich nebeneinander angeordnet sind.

15. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (10) und die Eichmaßkammer (40) vertikal übereinander liegend angeordnet sind.

16. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 in Kombination mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Ableitungsvorrichtungen (60) einerseits die Hin- und Rücklaufzeit der akustischen Welle in der Flüssigkeit mit bekannter Zusammensetzung (42) und andererseits die Phasendifferenz zwischen den Echos auswerten, die auf den Aussende- /Empfangsvorrichtungen empfangen werden, welche jeweils mit der Meßkammer (10) und der Eichmaßkammer (40) verbunden sind.

17. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, um den Ferrocengehalt im Öldampf zu messen.

18. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Zusatzstoffbehälter (72), der mit dem Kraftstofftank (74) eines Kraftfahrzeuges verbunden ist, und Vorrichtungen zur Abfließsteruerung (70), welche zwischen dem Zusatzstoffbehälter (72) und dem Kraftstofftank (74) angeordnet sind, einsetzt, wobei die Steuervorrichtungen (70) von dem Signal ferngesteuert werden, das von den Vorrichtungen (60) ausgegeben wird, welche dafür eingerichtet sind, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Welle zu messen und die Zusammensetzung der Flüssigkeit abzuleiten, um die Öffnung der Steuervorrichtungen (70) fernzusteuern, um einen in dem Kraftstoff gemessenen Zusatzstoffgehalt entsprechend einem Einstellwert zu definieren.

19. Verwendung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Steuerung des Abfließens (70) offen gehalten werden, solange die in dem Gehäuse (10) gemessene Fortpflanzungsgeschwindigkeit nicht identisch mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist, die in der Eichmaßkammer (40) gemessen wird, welche eine Flüssigkeit mit bekannter Zusammensetzung enthält.

20. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Gehäuses (10) in der Größenordnung von 1 cm liegt.