Beschreibung
Titel Fluidsensorvorrichtung
STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidsensorvorrichtung zum Erfassen einer Dielektrizitätskonstante eines in einer Fluidleitung befindlichen Fluids.
Obwohl auf beliebige Fluidsensorvorrichtungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik im Hinblick auf einen Einsatz in Automobilen erläutert.
Allgemein besteht ein wachsender Bedarf, die im Automobil eingesetzten Flüssigkeiten online zu überwachen. Bei Motoröl oder Hydrauliköl ermöglicht eine derartige Überwachung, die Ölwechsel zu optimieren. Bei Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Kraftstoffen von Kraftfahrzeugen, dient die Überwachung in erster Linie dazu, die Zusammensetzung bzw. Qualität des Kraftstoffes so genau wie möglich zu bestimmen, um das Motormanagement beispielsweise zugunsten besserer Abgaswerte, besserer Motorleistung usw. zu optimieren.
Ethanol bzw. Methanol als Kraftstoff bzw. Kraftstoffzusatz für Ottomotoren sind bisher nur in Brasilien stark verbreitet. Die zunehmende Benzinknappheit bzw. - Verteuerung, eine mögliche Abhängigkeit von Erdöl exportierenden Ländern, die Notwendigkeit des Einsatzes nachwachsender Rohstoffe sowie ein Vorteil in der Leistungsperformance machen die Beimischung von Ethanol bzw. Methanol zu Mineralölkraftstoffen insbesondere für die USA attraktiv. Der Ethanolgehalt bzw. Methanolgehalt im Kraftstoff kann im Motorsteuergerät über die Auswertung vorhandener Signale (beispielsweise Lambda-Sonde, Luftmassenmesser, ...) abgeschätzt werden (Software-Lösung). Für bestimmte Randbedingungen, zum Beispiel Satteltank, kann es sein, dass die gewünschte Genauigkeit nicht mit der Software-Lösung erreichbar ist. Auch ist es vorstellbar, dass für zukünftige Kunden- oder Gesetzesan- forderungen die Software-Lösung nicht ausreicht bzw. verschärfte Anforderungen an die vorhandenen
Sensorsignale gestellt werden, was wiederum zu einer erheblichen Systemverteuerung führen kann.
Die bisher beispielsweise aus der DE 40 34 471 Cl oder US 4,915,084 bekannten Fluidsensoren, welche eine kapazitive Struktur zur Messung der Dielektrizitätskonstanten des Fluids besitzen, sind für den Serieneinsatz ungeeignet, da sie einerseits viel zu teuer sind und andererseits in das Fluid eingebracht werden müssen.
Aus der FR 2 800 872 Al ist ein Sensor zum Bestimmen der Dielektrizitätskonstante eines Fluids bekannt. Bei diesem bekannten Sensor werden Metallelektroden einer Plattenkondensator- vorrichtung auf die Oberseite einer isolierenden Fluidleitung aufgebracht und mit einer entsprechenden Auswerteschaltung verbunden. Auch eine derartige Lösung ist für den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich ungeeignet, da die Elektroden ungeschützt sind.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Die in Anspruch 1 definierte erfindungsgemäße Fluidsensorvorrichtung bietet gegenüber herkömmli- chen Lösungen den Vorteil, dass sie einfach aufgebaut, leicht montierbar und ohne Probleme nach- rüstbar ist.
Im Inneren des Gehäuses der erfindungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung sind zumindest teilweise gegenüberliegend unter einem gekrümmten Anbringungsbereich für die Fluidleitung zwei Kondensa- torplatten derart angebracht, dass ein in der angebrachten Fluidleitung befindliches Fluid zumindest teilweise zwischen der ersten und der zweiten Kondensatorplatte angeordnet ist. Das Gehäuse, welches vorzugsweise als Kunststoff-Formteil gebildet ist, sorgt für eine stabile Anordnung der Kondensatorplatten und für einen Schutz der Kondensatorplatten vor aggressiven Umwelteinflüssen. Eine Verbindung des Gehäuses mit der Fluidleitung erfolgt vorzugsweise entweder durch Anklemmen der Fluidleitung an eine Mulde des Gehäuses bzw. ein Einfädeln der Fluidleitung in eine Durchführung des Gehäuses. Im Inneren des Gehäuses entlang des Krümmungsbereichs der Mulde bzw. der Durchführung sind die Kondensatorplatten gehaltert. Die erfindungsgemäße Fluidsensorvorrichtung hat keinerlei Einfluss auf die Strömung des Fluids in der Fluidleitung.
Eine derartige Fluidsensorvorrichtung ermöglicht beispielsweise die Messung der Permittivität zur
Bestimmung des Ethanolgehalts oder Methanolgehalts im Benzin bzw. zur Bestimmung des Anteils von Biodiesel in Diesel. Vorzugsweise ist eine Auswerteschaltung ebenfalls im Gehäuse untergebracht, welche die Auswertung und Verarbeitung der Signale in einer integrierten Auswerteschaltung und bei Bedarf auch eine Temperaturmessung und eine Temperaturkorrektur der gemessenen Die- lektrizitätskonstante des Fluids durchführen kann. Bei Verwendung im Kraftfahrzeugbereich ist die Möglichkeit einer einfachen Nachrüstung aller gängiger Kraftfahrzeugtypen gegeben.
Die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Gegenstandes der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Anbringungsbereich der Oberflächenbereich des Ge- häuses in einer durch das Gehäuse verlaufenden Durchführung. Dies bietet die Möglichkeit, dass auf eine zusätzliche Fixierung der Fluidleitung verzichtet werden kann, falls die Fluidleitung in die Durchführung geklemmt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Anbringungsbereich der Anbringungsbereich der Oberflächenbereich des Gehäuses in einer Mulde an der Oberfläche des Gehäuses ist. In diesem
Fall ist vorzugsweise gegenüber der Mulde ein Bügel derart am Gehäuse befestigbar, dass die Fluidleitung zwischen der Mulde und dem Bügel am Gehäuse anbringbar ist. Dies ermöglicht eine einfache Nachrüstung ohne die Notwendigkeit einer Demontage der Fluidleitung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste und zweite Kondensatorplatte eben gebildet und im wesentlichen tangential zu einer Krümmungslinie des Anbringungsbereiches angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste und zweite Kondensatorplatte ge- krümmt gebildet sind und im wesentlichen parallel zu einer Krümmungslinie des Anbringungsbereiches angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Gehäuse eine im wesentlichen hohlzy- lindrische Gestalt auf, wobei die Durchführung im wesentlichen parallel zur Zylinderachse verläuft.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Gehäuse eine im wesentlichen halbzylinderschalenförmige Gestalt aufweist, wobei die Mulde im wesentlichen parallel zur Zylinderachse verläuft.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Gehäuse aus zwei Halbzylinderscha- len gebildet ist, die zum Anbringen der Fluidleitung aufklappbar sind.
ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 a, b schematische Schnittdarstellungen einer Fluidsensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 1 a einen Längsschnitt und Fig. Ib einen Querschnitt;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer Fluidsensorvorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt einer Fluidsensorvorrichtung gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt einer Fluidsensorvorrichtung gemäß einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Fig. 1 a, b sind schematische Schnittdarstellungen einer Fluidsensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 1 a einen Längsschnitt und Fig. Ib einen Querschnitt.
In Fig. Ia bezeichnet Bezugszeichen 20 eine Kraftstoffleitung eines Kraftfahrzeuges und Bezugszeichen 30 einen darin in Flussrichtung F fließenden Kraftstoff, z.B. ein Benzin/Ethanol-Gemisch.
Die Fluidsensorvorrichtung 1 gemäß dieser ersten Ausführungsform weist eine im Inneren eines Gehäuses 5 vorgesehene Plattenkondensatoreinrichtung mit einer ersten und einer zweiten Kondensatorplatte 8a, 8b auf. Das Gehäuse 5 ist ein Kunststoff-Formteil mit hohlzylindrischer Gestalt und einer Durchführung 5a, die im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse verläuft. Durch die Durchführung 5a ist die Kraftstoffleitung bündig anliegend an der Gehäusewand eingefädelt. Die beiden gegenüberlie- genden Kondensatorplatten 8a, 8b erzeugen beim Anlegen einer externen Spannung ein elektrisches
Feld E, welches den Kraftstoff 30 durchsetzt. Beispielsweise der Ethanolgehalt des Kraftstoffs 30 lässt sich mit Hilfe der Permittivität (gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Temperatur) des Kraft- stoff-Ethanolgemischs bestimmen. Die Dielektrizitätskonstante von Benzin liegt bei ε = 2,0 - 2,1, diejenige des Ethanol bei ε = 25,3. Die Auswertung der Signale wird in einer ebenfalls im Gehäuse 5 untergebrachten Auswerteschaltung 40 durchgeführt, welche in einem Fortsatz 55 des Gehäuses 5 verpackt ist. Am Ende des Fortsatzes 55 ist eine elektrische Steckereinrichtung 45 anbringbar, welche die Signale der Auswerteschaltung 40 Signalleitungen 50 zuführt.
Wie Fig. Ib entnehmbar, sind die erste und zweite Kondensatorplatte 8a, 8b gekrümmt gebildet und sind im Wesentlichen parallel zu einer Krümmungslinie des Wandbereichs des Gehäuses (Anbringngsbereich für die Fluidleitung) in der Durchführung 5a angeordnet.
Die Fluidsensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist somit sehr kompakt ausgebildet, schützt die Auswerteelektronik vor widrigen Umwelteinflüssen, beeinflusst die Strömung des Kraftstoffes 30 nicht und ist einfach durch Durchfädeln der Kraftstoffleitung 20 anbringbar, wozu die Kraftstoffleitung demontiert werden muss.
Obwohl in Fig. Ia, Ib nicht dargestellt, können zum Verhindern des Verrutschens der Fluidsensorvorrichtung 1 auf der Kraftstoffleitung 20 Stopper beiderseits der Fluidsensorvorrichtung auf der Kraftstoffleitung 20 angebracht werden. Allerdings wird dies in der Regel nicht notwendig sein, wenn die Kraftstoffleitung 20 unter leichtem Pressdruck in die Durchführung 5a eingeführt wird. Auch könnte ein geringfügiges Verrutschen tolerierbar sein, da der Ort der Fluidsensorvorrichtung auf der Kraftstoffleitung keine Rolle bei der Erfassung der Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffs spielt.
Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt einer Fluidsensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Fluidsensorvorrichtung 1 ' gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen Fluidsensorvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform lediglich durch die Form der ersten und zweiten Kondensatorplatte 8a', 8b', welche in das Gehäuse 5' angebracht bzw. eingeformt sind. Die Kondensatorplatten 8a', 8b' sind eben gebildet und im Wesentlichen tangential zu einer Krümmungslinie der Durchführung 5a angeordnet.
Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Ausführungsform ist das Fluid 30 in Form des Kraftstoffes vollständig zwischen der ersten und der zweiten Kondensatorplatte 8a, 8b bzw. 8a', 8b', angeordnet.
Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt einer Fluidsensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Fluidsensorvorrichtung 1 " gemäß der dritten Ausführungsform weist im Gegensatz zu den Fluid- sensorvorrichtungen gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform eine unterschiedliche Gestalt des
Gehäuses 5" auf. Das Gehäuse 5" ist ebenfalls ein Kunststoff-Formteil, hat jedoch keine hohlzylindri- sche Gestalt, sondern eine halbzylinderschalenförmige Gestalt, wobei eine Mulde 59 vorgesehen ist, in
der die Kraftstoffleitung 20 angebracht ist. Die Anbringung der Kraftstoffleitung 20 erfolgt mittels eines metallischen Spannbügels 60, der am Kunststoff-Gehäuse 5" befestigt ist. Der Spannbügel 60 weist an seinem ersten Ende ein Scharnier 64 und an seinem zweiten Ende eine lösbare Befestigungsvorrichtung 62 auf. Die lösbare Befestigungsvorrichtung 62 kann beispielsweise eine Schraube bzw. Klemme sein. Bei geschlossenem Spannbügel 60 liegt die Kraftstoffleitung 20 bündig in der Mulde. Zum Anbringen der Kraftstoffleitung 20 wird der Spannbügel 60 geöffnet, dann die Kraftstoffleitung 20 eingelegt, und schließlich der Spannbügel 60 wieder geschlossen. Bei dieser Anbringung ist also eine Demontage der Kraftstoffleitung 20 zum Einfädeln nicht erforderlich.
Die Kondensatorplatten 8a", 8b" sind wie bei der zweiten Ausführungsform im Inneren des Gehäuses 5" ausgebildet und verlaufen ebenfalls tangential zur Krümmungslinie der Mulde. Allerdings ist bei dieser Ausführungsform nicht der gesamte Querschnitt des Kraftstoffs 30 zwischen den Kondensatorplatten 8a", 8b" angeordnet, sondern etwa nur zwei Drittel des Querschnitts. Dies ist bedingt durch die halbzylinderschalenförmige Gestalt des Gehäuses, wirkt sich aber nicht störend auf die Qualität des Messsignals aus.
Der Fortsatz 55 mit der integrierten Auswerteschaltung 40 und der daran angebrachten Steckereinrichtung 45 entsprechen denjenigen der bereits beschriebenen Ausführungsformen.
Fig. 4 ist ein schematischer Querschnitt einer Fluidsensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Fluidsensorvorrichtung 1 '" gemäß der vierten Ausführungsform weist ebenfalls ein halbzylinder- schalenförmiges Gehäuse 5'" auf. Der einzige Unterschied zur dritten Ausführungsform besteht darin, dass die Kondensatorplatten 8a'", 8b'" eine gekrümmte Gestalt aufweisen und im Wesentlichen tangential zu einer Krümmungslinie der Mulde 59 angebracht sind. Auch sind die Kondensatorplatten 8a'", 8b'" bei diesem vierten Ausführungsbeispiel nicht stirnseitig gegenüberliegend ausgebildet, sondern leicht verdreht zueinander. Sie bilden somit einen Plattenkondensator, dessen Plattenabstand sich von einer Seite zur anderen Seite hin verändert. Auch eine derartige Anordnung der Kondensatorplatten 8a'", 8b'" ermöglicht jedoch eine einwandfreie Signalqualität.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert worden ist, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auch in anderer Weise ausführbar.
Es ist beispielsweise ebenfalls möglich, das Gehäuse aus zwei Halbzylinderschalen zu bilden, die zum Anbringen der Fluidleitung über ein Gelenk aufklappbar sind.
Selbstverständlich sind neben der halbzylinderförmigen Gestalt des Gehäuses bzw. der Hohlzylinder- formigen Gestalt des Gehäuses auch viele andere Gehäuseformen mit gekrümmten Anbringungsbereichen für die Fluidleitung vorstellbar. Auch die Anordnung der Kondensatorplatten innerhalb des Gehäuses neben bzw. unter dem Anbringungsbereich für die Fluidleitung kann innerhalb breiter Grenzen variiert werden. Ebenfalls denkbar ist die Verwendung von mehr als nur zwei Kondensatorplatten.
Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen sich alle auf die Anwendung im Automobilbereich zur Messung der Dielektrizitätskonstante des in der Kraftstoffleitung befindlichen Kraftstoffes bezogen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann für beliebige Fluide in beliebigen Fluidleitungen verwendet werden.