WO2010081585A1 - Measuring device, arrangement, and method for measuring a content of at least one component in a fluid fuel - Google Patents

Measuring device, arrangement, and method for measuring a content of at least one component in a fluid fuel Download PDF

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WO2010081585A1 PCT/EP2009/066189 EP2009066189W WO2010081585A1 WO 2010081585 A1 WO2010081585 A1 WO 2010081585A1 EP 2009066189 W EP2009066189 W EP 2009066189W WO 2010081585 A1 WO2010081585 A1 WO 2010081585A1
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    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering

Definitions

  • Fuels for vehicles such as gasoline or diesel, are composed of a variety of different components.
  • fuels are known which have a fuel component which can be obtained from vegetable raw materials.
  • fuels there are petrol fuels that contain a certain amount of ethanol or methanol, as well as diesel fuels that have a certain content of rapeseed methyl ester.
  • petrol fuels that contain a certain amount of ethanol or methanol
  • diesel fuels that have a certain content of rapeseed methyl ester.
  • information is needed on how high the content of one or more such components in the fuel is.
  • the proportion of the component in a gas phase of the fuel i. the gas mixture of the gas phase of the fuel, is measured, and from this measurement, the content of this component in the liquid fuel is determined below.
  • the determination of the proportion of the component in the gas phase is advantageously carried out by means of an optical or spectroscopic gas sensor.
  • the measuring device for measuring a content of a component in a liquid fuel thus has a gas sensor, which measures the proportion of the component in a gas phase, and a suitable evaluation unit for receiving and evaluating the measurement signal of the optical gas sensor.
  • the content of a component in a liquid fuel is determined by the content of the component in the gas phase within the fuel tank. It is exploited that the proportion of the component in the gas phase depends on the concentration of the component in the liquid fuel.
  • the invention has some advantages. This avoids direct contact of the sensor with the liquid. In this way, in particular, a contamination of the sensor can be avoided or reduced. Furthermore, a small space consumption or space requirement is required.
  • the gas sensor can in this case also be designed in a micromechanical manner with a small footprint.
  • the arrangement of the gas sensor can, for. B. in or on the fuel tank or its wall, or in a supply line, for. B. the filler neck, done. Thus, the particular design or arrangement of the fuel tank or a Supply line can be used accordingly. Furthermore, the costs for the gas sensor and its attachment are relatively low, in particular when using a micromechanical gas sensor.
  • suitable absorption lines of the component may be used, for ethanol e.g. the absorption lines at 3.4 ⁇ m, 7.2 ⁇ m, 8.1 ⁇ m or 9.5 ⁇ m.
  • the selection of the absorption line can be carried out so that there is no cross-sensitivity to another fuel, in particular volatile substance located in the fuel. It is also possible to eliminate cross sensitivity to other components by considering multiple absorption lines. According to the invention, in particular a high selectivity with respect to ethanol can be achieved.
  • From the content or content of the selected component in the gas phase can be calculated back to the content of this component in the liquid fuel.
  • a theoretical model based on the volatility of this component in the liquid fuel or an experimentally determined adjustment curve can be used for this purpose.
  • values for temperature and / or pressure are used, which represent the temperature or the pressure of the gas phase. These values can be obtained, for example, by means of a temperature sensor or pressure sensor.
  • the gas sensor is preferably designed as a spectroscopic sensor, preferably for absorption spectroscopy.
  • absorption spectroscopy other types of spectroscopy can be used in principle, such as Emission or Raman spectroscopy.
  • the gas sensor and possibly the other sensors can directly on the fuel tank, z. B. a fuel tank of a vehicle, or in or on a supply line to the fuel tank, z. B. a filler neck, be appropriate.
  • the information on the content of the component in the liquid fuel obtained by a measurement can be used in particular for optimizing a drive of an engine in which the fuel is burned.
  • a plurality of components in the liquid fuel can each be selectively determined, for. B. by a common radiation source and multiple detectors or a detector chip with multiple filters.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the arrangement associated
  • Gas sensor and Fig. 3 shows a second embodiment of a gas sensor.
  • the arrangement 1 schematically shows an arrangement 1 for measuring a content of a component in a liquid fuel 2.
  • the arrangement 1 comprises a gas sensor 3, see also FIG. 2, and a fuel tank 4 for the intake of liquid fuel 2, wherein the gas sensor 3 is set up such that the content of the component in a gas phase 5, which is formed by a liquid fuel 2 located in the fuel tank 4, can be measured by means of the gas sensor 3.
  • the gas phase 5 thus represents a gas mixture containing the relevant component.
  • the gas sensor 3 is an optical sensor 3 designed for absorption spectroscopy.
  • the fuel tank 4 here is a vehicle tank of a vehicle not shown in detail.
  • the fuel tank 4 comprises a fuel supply line, here a filler neck 6 for filling fuel, a fuel line 13 for the discharge of liquid fuel 2 from the vehicle tank 4 to a motor, not shown, and a ventilation line 14, which prevents An undesirable negative or positive pressure in the motor vehicle tank 4 is formed.
  • the arrangement 1 comprises a temperature sensor 7 and a pressure sensor 8 for measuring a temperature or a pressure of the fuel located in the gas phase 5.
  • Gas sensor 3, temperature sensor 7 and pressure sensor 8 are arranged in an upper region of the vehicle tank 4 above the mirror or liquid surface of the liquid fuel 2 so that they are protected from wetting with liquid fuel 2.
  • Gas sensor 3, temperature sensor 7 and pressure sensor 8 are connected by means of transmission lines 16 to an evaluation unit 10 and output a first measurement signal S1, a second measurement signal S2 and a third measurement signal S3 to the evaluation unit 10.
  • the evaluation unit 10 is such set up, for example, with suitable control electronics and suitable evaluation algorithms or programs that the evaluation unit 10 based on measured by the gas sensor 3 and with the temperature sensor 7 and the pressure sensor 8 measured values or measurement signals determines the content of the component in the liquid fuel 2 For example, based on a theoretical model based on the volatility of the component in the fuel or on the basis of an experimentally determined adjustment relationship or adjustment curve, which is stored in the evaluation unit 10.
  • the content of the component in the liquid fuel 2 determined by the evaluation unit 10 can be passed on to an engine controller of an engine for adapting engine control parameters.
  • a conventional temperature sensor 7 can be used, for. B. with an electrically read temperature sensor, eg. B. a micromechanical temperature sensor.
  • a conventional pressure sensor 8 can also be used, in particular also a micromechanical pressure sensor.
  • a tank pressure sensor usually located in the tank 4 can be used as the pressure sensor 8.
  • the fuel 2 is a gasoline that has a proportion of ethanol.
  • the gas sensor 3 is designed to measure the content of ethanol in the gas phase 5 of the liquid fuel 2.
  • the gas sensor 3 could also be designed for the measurement of methanol, for the measurement of a methanol content of a fuel methanol mixture, or for the measurement of a content of rapeseed methyl ester in a diesel rape methyl ester mixture.
  • the arrangement 1 is not limited to the components mentioned here.
  • the fuel tank z. B. also be a tank of a gas station or a storage tank of a fuel bearing.
  • the measuring device 25 forms the arrangement 1 together with the vehicle tank 4.
  • Figures 2 and 3 show two embodiments of a gas sensor 3 and 3 '.
  • gas sensors 3, 3 ' are basically known, see, for example, DE 10 2006 049 260 A1, DE 10 2004 044 145 B3 and DE 10 2006 010 100 A1.
  • the gas sensor 3 has an infrared radiation source 17 and a detector 18, preferably a micromechanical detector 18, which are arranged opposite one another in a measuring chamber 12 separated from the inner region of the vehicle tank 4 by a gas-permeable membrane 12.
  • the gas-permeable membrane 12 serves to protect the measuring chamber 12 from contamination and liquid.
  • the detector 14 has two sensor units 18a, 18b, each preceded by a spectroscopic filter 19a, 19b.
  • the sensor units 18a, 18b form a measuring channel and a reference channel.
  • optical sensors are used here, for example thermopile sensors or diode sensors. The use of bolometers or pyroelectric detectors is also possible.
  • the measuring channel 18a is directed by means of the filter 19a to a specific absorption line of the component, for ethanol, for example, 3.4 ⁇ m, 7.2 ⁇ m, 8.1 ⁇ m and / or 9.2 ⁇ m.
  • the reference channel 18b is set by the filter 19b to a different reference wavelength.
  • more or less optical radiation 20 which is emitted by the radiation source 17, absorbed by ethanol, which is noticeable by a change in intensity on the Messka- channel 18 a power.
  • the measurements on the reference channel 18b serve to intensity fluctuations of the radiation source 17 or changes in the optical path between the radiation source 17 and detector 18th match.
  • the gas sensor 3 may be equipped with a plurality of measurement channels 18a, 19a, for example, to eliminate cross-sensitivities caused by other components.
  • the gas sensor 3 can also be designed for measuring the content of a plurality of components which are in the gas phase 5.
  • further reference channels 18b, 19b may be provided.
  • the gas sensor 3 may be formed as an independent unit, or partially integrated in the tank container 4.
  • the membrane 12 may represent a portion of an inner wall 21 of the tank 4, as shown in Fig. 2.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a gas sensor 3 ', in which, unlike in the first embodiment, no measuring chamber 12 separated by a membrane 12 is provided, but the radiation source 17 and the detector 18 are arranged opposite one another, that of the radiation source 17 radiated optical radiation 20 passes through a portion of the tank 4 before it hits the detector 18.
  • Radiation source 17 and detector 18 are each separated from the interior of tank container 4 by a through-beam window 23, which is permeable to the spectral range required for spectroscopy, and thus protected.
  • the naturalstrahlmut 23 can form a portion of an inner wall 21 of the tank 24, behind the radiation source 17 and detector 18 are arranged.
  • the gas sensor 3 ' may be formed as an independent unit.

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Abstract

The invention relates to a measuring device, to an arrangement, and to a method for measuring a content of at least one component in a fluid fuel. The measuring device according to the invention comprises: a gas sensor (3) for determining the proportion of a gaseous component in a gas phase (5) of the fuel (2) and outputting a first measurement signal (S1), and an analysis unit (10) for receiving the first measurement signal (S1) and determining the content of the component in the fluid fuel (2). The pressure and the temperature of the gas phase (5) can further be measured. According to the invention, direct contact to the fluid fuel (2) is not required.

Description

Beschreibung description
Titeltitle
Messvorrichtunq. Anordnung und Verfahren zur Messung eines Gehaltes an mindestens einer Komponente in einem flüssigen KraftstoffMessvorrichtunq. Arrangement and method for measuring a content of at least one component in a liquid fuel
Stand der TechnikState of the art
Kraftstoffe für Fahrzeuge, beispielsweise Ottokraftstoffe oder Diesel, setzen sich aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Komponenten zusammen. Bei- spielsweise sind Kraftstoffe bekannt, die eine Kraftstoffkomponente aufweisen, die aus pflanzlichen Rohstoffen gewonnen werden kann. So gibt es Ottokraftstoffe, die einen bestimmten Gehalt an Ethanol oder Methanol aufweisen, sowie Dieselkraftstoffe, die einen bestimmten Gehalt an Rapsmethylester aufweisen. Um einen optimalen Betrieb eines Motors zu gewährleisten, der mit solchen Kraftstoffen betrieben wird, sind Informationen notwendig, wie hoch der Gehalt an einer oder mehreren solcher Komponenten in dem Kraftstoff ist.Fuels for vehicles, such as gasoline or diesel, are composed of a variety of different components. For example, fuels are known which have a fuel component which can be obtained from vegetable raw materials. For example, there are petrol fuels that contain a certain amount of ethanol or methanol, as well as diesel fuels that have a certain content of rapeseed methyl ester. In order to ensure optimum operation of an engine operating on such fuels, information is needed on how high the content of one or more such components in the fuel is.
Es sind Messvorrichtungen zur Messung eines Gehaltes an einer Kompo- nente in einem flüssigen Kraftstoff bekannt, die es ermöglichen, eine solche Information zu liefern. So offenbart die Druckschrift US 2007/0056365 A1 einen Flüssigkeitssensor, mittels dem kapazitiv der Alkoholgehalt innerhalb eines flüssigen Kraftstoffes gemessen werden kann. Einen derartigen kapazitiven Flüssigkeitssensor offenbart ebenfalls die US 2004/0251919 A1. Mittels eines kapazitiven Sensors lässt sich die Permittivität des flüssigen Kraftstoffes messen. Mittels eines Modells kann dann auf den Ethanolgehalt im Kraftstoff geschlossen werden. Da der Zusammenhang zwischen Permittivität und Kraftstoffzusammensetzung sehr komplex ist, müssen allerdings aufwendige modellbasierte Algorithmen verwendet werden, wobei es problematisch ist, alle Einflüsse zu kompensieren. Offenbarung der ErfindungMeasuring devices are known for measuring a content of a component in a liquid fuel, which makes it possible to provide such information. Thus, US 2007/0056365 A1 discloses a liquid sensor by means of which the alcohol content within a liquid fuel can be measured capacitively. Such a capacitive liquid sensor is likewise disclosed by US 2004/0251919 A1. By means of a capacitive sensor, the permittivity of the liquid fuel can be measured. By means of a model can then be concluded that the ethanol content in the fuel. However, since the relationship between permittivity and fuel composition is very complex, complex model-based algorithms must be used, and it is difficult to compensate for all influences. Disclosure of the invention
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Anteil bzw. Gehalt an der Kom- ponente in einer Gasphase des Kraftstoffes, d.h. dem Gasgemisch der Gasphase des Kraftstoffes, gemessen wird, und aus dieser Messung nachfolgend der Gehalt dieser Komponente in dem flüssigen Kraftstoff ermittelt wird. Die Ermittlung des Anteils der Komponente in der Gasphase erfolgt vorteilhafterweise mittels eines optischen bzw. spektroskopischen Gassensors.According to the invention, it is provided that the proportion of the component in a gas phase of the fuel, i. the gas mixture of the gas phase of the fuel, is measured, and from this measurement, the content of this component in the liquid fuel is determined below. The determination of the proportion of the component in the gas phase is advantageously carried out by means of an optical or spectroscopic gas sensor.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Messung eines Gehaltes an einer Komponente in einem flüssigen Kraftstoff weist somit einen Gassensor, der den Anteil der Komponente in einer Gasphase misst, und eine geeignete Auswerteeinheit zur Aufnahme und Auswertung des Messsignals des opti- sehen Gassensors auf.The measuring device according to the invention for measuring a content of a component in a liquid fuel thus has a gas sensor, which measures the proportion of the component in a gas phase, and a suitable evaluation unit for receiving and evaluating the measurement signal of the optical gas sensor.
Der Gehalt an einer Komponente in einem flüssigen Kraftstoff, beispielsweise ein Ethanolgehalt in einem Ottokraftstoff, wird über den Anteil bzw. Gehalt an der Komponente in der Gasphase innerhalb des Kraftstoffbehälters be- stimmt. Es wird dabei ausgenutzt, dass der Anteil an der Komponente in der Gasphase von der Konzentration der Komponente im flüssigen Kraftstoff abhängt.The content of a component in a liquid fuel, for example an ethanol content in a gasoline fuel, is determined by the content of the component in the gas phase within the fuel tank. It is exploited that the proportion of the component in the gas phase depends on the concentration of the component in the liquid fuel.
Die Erfindung weist hierbei einige Vorteile auf. So kann ein direkter Kontakt des Sensors mit der Flüssigkeit vermieden werden. Hierdurch kann insbesondere auch eine Kontamination des Sensors vermieden oder verringert werden. Weiterhin ist ein geringer Platzverbrauch bzw. Bedarf an Bauraum erforderlich. Der Gassensor kann hierbei insbesondere auch mikromechanisch mit geringem Platzbedarf ausgebildet sein. Die Anordnung des Gas- sensors kann z. B. in oder an dem Kraftstoffbehälter bzw. dessen Wandung, oder auch in einer Zuleitung, z. B. dem Einfüllstutzen, erfolgen. Somit kann die jeweilige Ausbildung oder Anordnung des Kraftstoffbehälters oder einer Zuleitung entsprechend genutzt werden. Weiterhin sind die Kosten für den Gassensor und dessen Anbringung relativ gering, insbesondere bei Verwendung eines mikromechanischen Gassensors.The invention has some advantages. This avoids direct contact of the sensor with the liquid. In this way, in particular, a contamination of the sensor can be avoided or reduced. Furthermore, a small space consumption or space requirement is required. The gas sensor can in this case also be designed in a micromechanical manner with a small footprint. The arrangement of the gas sensor can, for. B. in or on the fuel tank or its wall, or in a supply line, for. B. the filler neck, done. Thus, the particular design or arrangement of the fuel tank or a Supply line can be used accordingly. Furthermore, the costs for the gas sensor and its attachment are relatively low, in particular when using a micromechanical gas sensor.
Zur Bestimmung des Anteils der Komponente in dem gasförmigen Zustand können geeignete Absorptionslinien der Komponente herangezogen werden, für Ethanol z.B. die Absorptionslinien bei 3,4 μm, 7,2 μm, 8,1 μm oder 9,5 μm. Die Auswahl der Absorptionslinie kann so erfolgen, dass keine Querempfindlichkeit zu einer anderen im Kraftstoff befindlichen, insbesondere leicht flüchtigen Substanz besteht. Es besteht zudem die Möglichkeit, Querempfindlichkeiten zu anderen Komponenten durch die Berücksichtigung mehrerer Absorptionslinien zu eliminieren. Erfindungsgemäß kann hierbei insbesondere eine hohe Selektivität in Bezug auf Ethanol erreicht werden.To determine the proportion of the component in the gaseous state, suitable absorption lines of the component may be used, for ethanol e.g. the absorption lines at 3.4 μm, 7.2 μm, 8.1 μm or 9.5 μm. The selection of the absorption line can be carried out so that there is no cross-sensitivity to another fuel, in particular volatile substance located in the fuel. It is also possible to eliminate cross sensitivity to other components by considering multiple absorption lines. According to the invention, in particular a high selectivity with respect to ethanol can be achieved.
Von dem Anteil bzw. Gehalt an der ausgewählten Komponente in der Gasphase kann auf den Gehalt an dieser Komponente in dem flüssigen Kraftstoff zurückgerechnet werden. Hierfür kann beispielsweise entweder ein theoretisches Modell auf Basis der Flüchtigkeit dieser Komponente im flüssigen Kraftstoff dienen oder eine experimentell bestimmte Abgleichkurve verwen- det werden. Vorzugsweise werden für die Ermittlung des Gehaltes an der Komponente in dem flüssigen Kraftstoff Werte für Temperatur und/oder Druck hinzugezogen, die die Temperatur bzw. den Druck der Gasphase wiedergeben. Diese Werte können beispielsweise mittels eines Temperatursensors bzw. Drucksensors erhalten werden.From the content or content of the selected component in the gas phase can be calculated back to the content of this component in the liquid fuel. For example, either a theoretical model based on the volatility of this component in the liquid fuel or an experimentally determined adjustment curve can be used for this purpose. Preferably, for the determination of the content of the component in the liquid fuel, values for temperature and / or pressure are used, which represent the temperature or the pressure of the gas phase. These values can be obtained, for example, by means of a temperature sensor or pressure sensor.
Der Gassensor ist vorzugsweise als spektroskopischer Sensor, vorzugsweise für eine Absorptionsspektroskopie ausgebildet. Neben Absorptionsspektroskopie können grundsätzlich auch andere Spektroskopiearten angewandt werden, wie z.B. Emissions- oder Ramanspektroskopie.The gas sensor is preferably designed as a spectroscopic sensor, preferably for absorption spectroscopy. In addition to absorption spectroscopy, other types of spectroscopy can be used in principle, such as Emission or Raman spectroscopy.
Der Gassensor und gegebenenfalls die weiteren Sensoren können direkt an dem Kraftstoffbehälter, z. B. einem Kraftstofftank eines Fahrzeuges, oder in oder an einer Zuleitung zu dem Kraftstoffbehälter, z. B. einem Einfüllstutzen, angebracht sein.The gas sensor and possibly the other sensors can directly on the fuel tank, z. B. a fuel tank of a vehicle, or in or on a supply line to the fuel tank, z. B. a filler neck, be appropriate.
Die durch eine Messung erhaltene Information über den Gehalt an der Kom- ponente in dem flüssigen Kraftstoff kann insbesondere für die Optimierung einer Ansteuerung eines Motors, in dem der Kraftstoff verbrannt wird, verwendet werden.The information on the content of the component in the liquid fuel obtained by a measurement can be used in particular for optimizing a drive of an engine in which the fuel is burned.
Erfindungsgemäß können auch mehrere Komponenten in dem flüssigen Kraftstoff jeweils selektiv ermittelt werden, z. B. auch durch eine gemeinsame Strahlungsquelle und mehrere Detektoren bzw. einen Detektorchip mit mehreren Filtern.According to the invention, a plurality of components in the liquid fuel can each be selectively determined, for. B. by a common radiation source and multiple detectors or a detector chip with multiple filters.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, die durch mehrere Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Dabei zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, which are illustrated by a plurality of figures. Showing:
Fig. 1 ein Schema einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,1 is a diagram of an embodiment of an inventive arrangement,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines der Anordnung zugeordnetenFig. 2 shows a first embodiment of the arrangement associated
Gassensors, und Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Gassensors.Gas sensor, and Fig. 3 shows a second embodiment of a gas sensor.
Gleiche oder einander entsprechende Bauteile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.The same or corresponding components are provided in the figures with the same reference numerals.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung 1 zur Messung eines Gehaltes an einer Komponente in einem flüssigen Kraftstoff 2. Die Anordnung 1 umfasst einen Gassensor 3, siehe hierzu auch Fig. 2, und einen Kraftstoffbehälter 4 für die Aufnahme von flüssigem Kraftstoff 2, wobei der Gassensor 3 derart eingerichtet ist, dass mittels des Gassensors 3 der Gehalt an der Komponente in einer Gasphase 5 messbar ist, die von einem sich in dem Kraftstoffbehälter 4 befindenden flüssigen Kraftstoff 2 ausgebildet wird. Die Gasphase 5 stellt somit ein Gasgemisch dar, das die relevante Komponente enthält.1 schematically shows an arrangement 1 for measuring a content of a component in a liquid fuel 2. The arrangement 1 comprises a gas sensor 3, see also FIG. 2, and a fuel tank 4 for the intake of liquid fuel 2, wherein the gas sensor 3 is set up such that the content of the component in a gas phase 5, which is formed by a liquid fuel 2 located in the fuel tank 4, can be measured by means of the gas sensor 3. The gas phase 5 thus represents a gas mixture containing the relevant component.
Der Gassensor 3 ist hier ein für die Absorptionsspektroskopie ausgebildeter optischer Sensor 3. Der Kraftstoffbehälter 4 ist hier ein Fahrzeugtank eines nicht näher dargestellten Fahrzeuges. Der Kraftstoffbehälter 4 umfasst eine Kraftstoffzuleitung, hier einen Einfüllstutzen 6 für das Einfüllen von Kraftstoff, eine Kraftstoffleitung 13 für das Ableiten von flüssigem Kraftstoff 2 aus dem Fahrzeugtank 4 zu einem nicht näher dargestellten Motor, und eine Be- und Entlüftungsleitung 14, die verhindert, dass ein ungewünschter Unter- bzw. Überdruck im Kraftfahrzeugtank 4 entsteht.Here, the gas sensor 3 is an optical sensor 3 designed for absorption spectroscopy. The fuel tank 4 here is a vehicle tank of a vehicle not shown in detail. The fuel tank 4 comprises a fuel supply line, here a filler neck 6 for filling fuel, a fuel line 13 for the discharge of liquid fuel 2 from the vehicle tank 4 to a motor, not shown, and a ventilation line 14, which prevents An undesirable negative or positive pressure in the motor vehicle tank 4 is formed.
Neben dem Gassensor 3 umfasst die Anordnung 1 einen Temperatursensor 7 und einen Drucksensor 8 für die Messung einer Temperatur bzw. eines Druckes des sich in der Gasphase 5 befindenden Kraftstoffes. Gassensor 3, Temperatursensor 7 und Drucksensor 8 sind in einem oberen Bereich des Fahrzeugtanks 4 über dem Spiegel bzw. Flüssigkeitsoberfläche des flüssigen Kraftstoffes 2 so angeordnet, dass diese vor einer Benetzung mit flüssigem Kraftstoff 2 geschützt sind. Alternativ ist es möglich, für einen oder mehrere der Sensoren 3, 7, 8 im Fahrzeugtank 4 eine Ausbuchtung 15 vorzusehen, in der dieser Sensor oder diese Sensoren angeordnet sind und/oder ein Sensor oder mehrere Sensoren 3, 7, 8 im Bereich des Einfüllstutzens 6 anzuordnen. Diese Alternativen sind in der Figur 1 gestrichelt dargestellt.In addition to the gas sensor 3, the arrangement 1 comprises a temperature sensor 7 and a pressure sensor 8 for measuring a temperature or a pressure of the fuel located in the gas phase 5. Gas sensor 3, temperature sensor 7 and pressure sensor 8 are arranged in an upper region of the vehicle tank 4 above the mirror or liquid surface of the liquid fuel 2 so that they are protected from wetting with liquid fuel 2. Alternatively, it is possible to provide for one or more of the sensors 3, 7, 8 in the vehicle tank 4 a bulge 15 in which this sensor or these sensors are arranged and / or one or more sensors 3, 7, 8 in the region of the filler neck 6 to arrange. These alternatives are shown by dashed lines in FIG.
Gassensor 3, Temperatursensor 7 und Drucksensor 8 sind mittels Übertragungsleitungen 16 mit einer Auswerteeinheit 10 verbunden und geben ein erstes Messsignal S1 , ein zweites Messsignal S2 und ein drittes Messsignal S3 an die Auswerteeinheit 10 aus. Alternativ ist auch eine drahtlose Übertragung der Signale S1 , S2, S3 möglich. Die Auswerteeinheit 10 ist derart eingerichtet, beispielsweise mit geeigneter Steuerelektronik und geeigneten Auswertealgorithmen bzw. Programmen, dass die ie Auswerteeinheit 10 anhand von mit dem Gassensor 3 und mit dem Temperatursensor 7 und mit dem Drucksensor 8 gemessenen Messwerten bzw. Messsignalen den Gehalt an der Komponente in dem flüssigen Kraftstoff 2 ermittelt, beispielsweise anhand eines theoretischen Modells auf Basis der Flüchtigkeit der Komponente in dem Kraftstoff oder anhand einer experimentell bestimmten Abgleichbeziehung bzw. Abgleichkurve, die in der Auswerteeinheit 10 hinterlegt ist. Der von der Auswerteeinheit 10 ermittelte Gehalt an der Komponente in dem flüssigen Kraftstoff 2 kann zur Anpassung von Motorenansteuerungspa- rametern an eine Motorsteuerung eines Motors weitergegeben werden.Gas sensor 3, temperature sensor 7 and pressure sensor 8 are connected by means of transmission lines 16 to an evaluation unit 10 and output a first measurement signal S1, a second measurement signal S2 and a third measurement signal S3 to the evaluation unit 10. Alternatively, a wireless transmission of the signals S1, S2, S3 is possible. The evaluation unit 10 is such set up, for example, with suitable control electronics and suitable evaluation algorithms or programs that the evaluation unit 10 based on measured by the gas sensor 3 and with the temperature sensor 7 and the pressure sensor 8 measured values or measurement signals determines the content of the component in the liquid fuel 2 For example, based on a theoretical model based on the volatility of the component in the fuel or on the basis of an experimentally determined adjustment relationship or adjustment curve, which is stored in the evaluation unit 10. The content of the component in the liquid fuel 2 determined by the evaluation unit 10 can be passed on to an engine controller of an engine for adapting engine control parameters.
Als Temperatursensor 7 kann ein üblicher Temperatursensor 7 verwendet werden, z. B. mit einem elektrisch ausgelesenen Temperaturfühler, z. B. ein mikromechanischer Temperaturfühler. Als Drucksensor 8 kann ebenfalls ein üblicher Drucksensor 8 verwendet werden, insbesondere auch ein mikromechanischer Drucksensor. Insbesondere ist als Drucksensor 8 ein sich üblicherweise im Tank 4 befindender Tankdrucksensor verwendbar.As a temperature sensor 7, a conventional temperature sensor 7 can be used, for. B. with an electrically read temperature sensor, eg. B. a micromechanical temperature sensor. As a pressure sensor 8, a conventional pressure sensor 8 can also be used, in particular also a micromechanical pressure sensor. In particular, a tank pressure sensor usually located in the tank 4 can be used as the pressure sensor 8.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kraftstoff 2 ein Ottokraftstoff, der einen Anteil Ethanol besitzt. Der Gassensor 3 ist für die Messung des Gehaltes an Ethanol in der Gasphase 5 des flüssigen Kraftstoffes 2 ausgebildet. Alternativ könnte der Gassensor 3 auch für die Messung von Methanol, für die Messung eines Methanolgehaltes eines Kraftstoffmethanolgemisches, oder für die Messung eines Gehaltes an Rapsmethylester in einem Diesel- Rapsmethylestergemisch ausgebildet sein. Dabei ist die Anordnung 1 grundsätzlich nicht auf die hier genannten Komponenten beschränkt.In this embodiment, the fuel 2 is a gasoline that has a proportion of ethanol. The gas sensor 3 is designed to measure the content of ethanol in the gas phase 5 of the liquid fuel 2. Alternatively, the gas sensor 3 could also be designed for the measurement of methanol, for the measurement of a methanol content of a fuel methanol mixture, or for the measurement of a content of rapeseed methyl ester in a diesel rape methyl ester mixture. In principle, the arrangement 1 is not limited to the components mentioned here.
Anstelle eines Fahrzeugtankes 4 kann der Kraftstoffbehälter z. B. auch ein Tank einer Tankstelle oder ein Lagertank eines Kraftstofflagers sein.Instead of a vehicle tank 4, the fuel tank z. B. also be a tank of a gas station or a storage tank of a fuel bearing.
Erfindungsgemäß bilden die Auswerteeinheit 10 und zumindest der Gassen- sor 3, vorzugsweise auch die weiteren Sensoren 7, 8, eine Messvorrichtung 25 zur Ermittlung des Gehaltes oder Anteils an der jeweiligen Komponente. Die Messvorrichtung 25 bildet zusammen mit dem Fahrzeugtank 4 die Anordnung 1.According to the invention, the evaluation unit 10 and at least the lane Sor 3, preferably also the other sensors 7, 8, a measuring device 25 for determining the content or proportion of the respective component. The measuring device 25 forms the arrangement 1 together with the vehicle tank 4.
Die Figuren 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen eines Gassensors 3 bzw. 3'. Derartige Gassensoren 3, 3' sind grundsätzlich bekannt, siehe beispielsweise DE 10 2006 049 260 A1 , DE 10 2004 044 145 B3 und DE 10 2006 010 100 A1.Figures 2 and 3 show two embodiments of a gas sensor 3 and 3 '. Such gas sensors 3, 3 'are basically known, see, for example, DE 10 2006 049 260 A1, DE 10 2004 044 145 B3 and DE 10 2006 010 100 A1.
Der Gassensor 3 gemäß der ersten Ausführungsform weist eine Infrarot- Strahlungsquelle 17 und einen Detektor 18, vorzugsweise einen mikromechanischen Detektor 18 auf, die in einer durch eine gasdurchlässige Membran 12 von dem Innenbereich des Fahrzeugtanks 4 abgetrennten Messkam- mer 12 gegenüberliegend angeordnet sind. Die gasdurchlässige Membran 12 dient dazu, die Messkammer 12 vor Verschmutzungen und Flüssigkeit zu schützen. Der Detektor 14 besitzt zwei Sensoreinheiten 18a, 18b, denen jeweils ein spektroskopischer Filter 19a, 19b vorgelagert ist. Die Sensoreinheiten 18a, 18b bilden einen Messkanal und einen Referenzkanal. Als Sensor- einheiten 18a, 18b werden hier optische Sensoren verwendet, beispielsweise Thermopilesensoren oder Diodensensoren. Auch ist die Verwendung von Bolometern oder pyroelektrischen Detektoren möglich. Der Messkanal 18a ist mittels des Filters 19a auf eine bestimmte Absorptionslinie der Komponente, für Ethanol beispielsweise 3,4 μm, 7,2 μm, 8,1 μm und/oder 9,2 μm einge- richtet. Der Referenzkanal 18b ist mittels des Filters 19b auf eine davon abweichende Referenzwellenlänge eingestellt. Je nach dem, wie hoch der Gehalt an Ethanol in der Gasphase 5 ist, wird mehr oder weniger optische Strahlung 20, die von der Strahlungsquelle 17 ausgestrahlt wird, durch E- thanol absorbiert, was sich durch eine Intensitätsänderung auf dem Messka- nal 18a bemerkbar macht. Die Messungen auf dem Referenzkanal 18b dienen dazu, Intensitätsschwankungen der Strahlungsquelle 17 oder Veränderungen im optischen Pfad zwischen Strahlungsquelle 17 und Detektor 18 abzugleichen.The gas sensor 3 according to the first embodiment has an infrared radiation source 17 and a detector 18, preferably a micromechanical detector 18, which are arranged opposite one another in a measuring chamber 12 separated from the inner region of the vehicle tank 4 by a gas-permeable membrane 12. The gas-permeable membrane 12 serves to protect the measuring chamber 12 from contamination and liquid. The detector 14 has two sensor units 18a, 18b, each preceded by a spectroscopic filter 19a, 19b. The sensor units 18a, 18b form a measuring channel and a reference channel. As sensor units 18a, 18b, optical sensors are used here, for example thermopile sensors or diode sensors. The use of bolometers or pyroelectric detectors is also possible. The measuring channel 18a is directed by means of the filter 19a to a specific absorption line of the component, for ethanol, for example, 3.4 μm, 7.2 μm, 8.1 μm and / or 9.2 μm. The reference channel 18b is set by the filter 19b to a different reference wavelength. Depending on how high the content of ethanol in the gas phase 5, more or less optical radiation 20, which is emitted by the radiation source 17, absorbed by ethanol, which is noticeable by a change in intensity on the Messka- channel 18 a power. The measurements on the reference channel 18b serve to intensity fluctuations of the radiation source 17 or changes in the optical path between the radiation source 17 and detector 18th match.
Alternativ kann der Gassensor 3 mit mehreren Messkanälen 18a, 19a ausgerüstet werden, beispielsweise um Querempfindlichkeiten, die durch andere Komponenten verursacht werden, zu eliminieren. Durch die Verwendung mehrere Messkanäle 18a, 19a kann der Gassensor 3 auch für die Messung des Gehaltes von mehreren Komponenten, die sich in der Gasphase 5 befinden, ausgebildet werden. Des Weiteren können weitere Referenzkanäle 18b, 19b vorgesehen sein.Alternatively, the gas sensor 3 may be equipped with a plurality of measurement channels 18a, 19a, for example, to eliminate cross-sensitivities caused by other components. By using a plurality of measuring channels 18a, 19a, the gas sensor 3 can also be designed for measuring the content of a plurality of components which are in the gas phase 5. Furthermore, further reference channels 18b, 19b may be provided.
Der Gassensor 3 kann als eigenständige Baueinheit ausgebildet sein, oder teilweise im Tankbehälter 4 integriert sein. Im letzteren Fall kann beispielsweise die Membran 12 einen Teilbereich einer Innenwandung 21 des Tankbehälters 4 darstellen, wie in Fig. 2 gezeigt.The gas sensor 3 may be formed as an independent unit, or partially integrated in the tank container 4. In the latter case, for example, the membrane 12 may represent a portion of an inner wall 21 of the tank 4, as shown in Fig. 2.
Die Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Gassensors 3', bei dem anders als in der ersten Ausführungsform keine durch eine Membran 12 abgetrennte Messkammer 12 vorgesehen ist, sondern die Strahlungsquelle 17 und der Detektor 18 sind derart gegenüberliegend angeordnet sind, dass von der Strahlungsquelle 17 ausgestrahlte optische Strahlung 20 einen Teilbereich des Tankbehälters 4 durchstrahlt, bevor es auf den Detektor 18 trifft. Strahlungsquelle 17 und Detektor 18 sind jeweils durch ein Durchstrahlfenster 23, welches durchlässig ist für den für die Spektroskopie benötigen Spektralbereich, von dem Innenbereich des Tankbehälters 4 abgetrennt und da- durch geschützt. Die Durchstrahlfenster 23 können dabei einen Teilbereich einer Innenwandung 21 des Tankbehälters 24 ausbilden, hinter der Strahlungsquelle 17 und Detektor 18 angeordnet sind. Alternativ kann der Gassensor 3' als eigenständige Baueinheit ausgebildet sein. 3 shows a second embodiment of a gas sensor 3 ', in which, unlike in the first embodiment, no measuring chamber 12 separated by a membrane 12 is provided, but the radiation source 17 and the detector 18 are arranged opposite one another, that of the radiation source 17 radiated optical radiation 20 passes through a portion of the tank 4 before it hits the detector 18. Radiation source 17 and detector 18 are each separated from the interior of tank container 4 by a through-beam window 23, which is permeable to the spectral range required for spectroscopy, and thus protected. The Durchstrahlfenster 23 can form a portion of an inner wall 21 of the tank 24, behind the radiation source 17 and detector 18 are arranged. Alternatively, the gas sensor 3 'may be formed as an independent unit.

Claims

Ansprüche claims
1. Messvorrichtung zur Messung eines Gehaltes an mindestens einer1. Measuring device for measuring a content of at least one
Komponente in einem flüssigen Kraftstoff (2), wobei die Messeinrichtung aufweist: einen Gassensor (3, 3') zur Ermittlung des Anteils einer gasförmigen Komponente in einer Gasphase (5) des Kraftstoffs (2) und Ausgabe eines ersten Messsignals (S1 ), und eine Auswerteeinheit (10) zur Aufnahme des ersten Messsignals (S1 ) und Ermittlung des Gehaltes der Komponente in dem flüssigen Kraftstoff (2).Component in a liquid fuel (2), wherein the measuring device comprises: a gas sensor (3, 3 ') for determining the proportion of a gaseous component in a gas phase (5) of the fuel (2) and outputting a first measurement signal (S1), and an evaluation unit (10) for receiving the first measurement signal (S1) and determining the content of the component in the liquid fuel (2).
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the
Gassensor (3, 3') für den Einsatz in einem Kraftstoffbehälter (4) ausgebildet ist.Gas sensor (3, 3 ') is designed for use in a fuel tank (4).
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (3, 3') ein spektroskopischer Gassensor (3, 3') ist zur Messung mindestens einer Absorptionslinie, insbesondere von E- thanol, Methanol und/oder Rapsmethylesther.3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the gas sensor (3, 3 ') is a spectroscopic gas sensor (3, 3') for measuring at least one absorption line, in particular of ethanol, methanol and / or Rapsmethylesther.
4. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Gassensor (3, 3') eine Strahlungsquelle (17) zur Aussendung von Strahlung (20), ein spektroskopisches Filter (19a, 19b) zum Filtern der Strahlung (20) und einen Detektor (18) zum Detektieren von Strahlung (20) aufweist.4. Measuring device according to one of the preceding claims, character- ized in that the gas sensor (3, 3 ') a radiation source (17) for emitting radiation (20), a spectroscopic filter (19a, 19b) for filtering the radiation (20 ) and a detector (18) for detecting radiation (20).
5. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der5. Measuring device according to claim 4, characterized in that the
Gassensor (3) eine Messkammer (12) aufweist, die über eine gasdurchlässige Membran (12) mit der Gasphase (5) verbunden ist, wo- bei die Strahlungsquelle (17) und/oder der Detektor (18) in der Messkammer (12) angeordnet sind.Gas sensor (3) has a measuring chamber (12) which is connected via a gas-permeable membrane (12) with the gas phase (5), wherein at the radiation source (17) and / or the detector (18) in the measuring chamber (12) are arranged.
6. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (3') und/oder der Detektor (18) außerhalb der Gasphase6. Measuring device according to claim 4, characterized in that the gas sensor (3 ') and / or the detector (18) outside the gas phase
(5) angeordnet und durch mindestens ein gasundurchlässiges, für die Strahlung (20) zumindest teilweise transparentes Durchtrittsfenster (23) von der Gasphase (5) getrennt ist.(5) and separated by at least one gas-impermeable, for the radiation (20) at least partially transparent passage window (23) from the gas phase (5).
7. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Temperatursensor (7) für die Messung einer Temperatur des sich in der Gasphase (5) befindenden Kraftstoffes und zur Ausgabe eines zweiten Messsignals (S2) an die Auswerteeinheit (10) aufweist.7. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a temperature sensor (7) for measuring a temperature of the fuel in the gas phase (5) and for outputting a second measuring signal (S2) to the evaluation unit (10) ,
8. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Drucksensor (8) für die Messung eines Drucks des sich in der Gasphase (5) befindenden Kraftstoffes und zur Ausgabe eines dritten Messsignals (S3) an die Aus- werteeinheit (10) aufweist.8. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a pressure sensor (8) for measuring a pressure of the fuel in the gas phase (5) and for outputting a third measuring signal (S3) to the evaluation unit (10 ) having.
9. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) den Gehalt der Komponente in dem flüssigen Kraftstoff auf Grundlage des mindes- tens einen Messsignals (S1 , S2, S3) und weiterhin eines theoretischen Modells auf Basis der Flüchtigkeit der Komponente in dem flüssigen Kraftstoff und/oder durch eine experimentell bestimmte Abgleichbeziehung oder Abgleichkurve ermittelt.9. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (10) the content of the component in the liquid fuel on the basis of at least one measurement signal (S1, S2, S3) and further a theoretical model based on the volatility the component in the liquid fuel and / or determined by an experimentally determined adjustment relationship or calibration curve.
10.Anordnung (1 ) zur Messung eines Gehaltes an mindestens einer10. Arrangement (1) for measuring a content of at least one
Komponente in einem flüssigen Kraftstoff (2), die aufweist: eine Messvorrichtung (25) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che und einen Kraftstoffbehälter (4) für die Aufnahme des flüssigen Kraftstoffs (2), wobei mittels des Gassensors (3, 3') der Anteil der gasförmigen Komponente in der Gasphase (5) über dem sich in dem Kraftstoffbe- hälter (4) befindenden flüssigen Kraftstoff (2) messbar ist.Component in a liquid fuel (2), comprising: a measuring device (25) according to one of the preceding claims; and a fuel tank (4) for receiving the liquid fuel (2), wherein by means of the gas sensor (3, 3 '), the proportion of the gaseous component in the gas phase (5) above that in the fuel tank (4) liquid fuel (2) is measurable.
11.Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (3, 3') in oder an dem Kraftstoffbehälter (4), z. B. einem Fahrzeugtank (4), angeordnet ist.11.Anordnung according to claim 10, characterized in that the gas sensor (3, 3 ') in or on the fuel tank (4), z. B. a vehicle tank (4) is arranged.
12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (3, 3') in oder an einer mit dem Kraftstoffbehälter (4) verbundenen Kraftstoffzuleitung (6), z. B. einem Einfüllstutzen (6), angeordnet ist.12. The arrangement according to claim 10, characterized in that the gas sensor (3, 3 ') in or on one of the fuel tank (4) connected fuel supply line (6), z. B. a filler neck (6) is arranged.
13. Verfahren zur Messung eines Gehaltes an mindestens einer Komponente in einem flüssigen Kraftstoff (2), gemäß dem der Anteil an der Komponente in einer Gasphase (5) des Kraftstoffes gemessen und aus dem gemessenen Anteil der Gehalt der Komponente in dem flüs- sigen Kraftstoff ermittelt wird.13. A method for measuring a content of at least one component in a liquid fuel (2), according to which the proportion of the component in a gas phase (5) of the fuel measured and from the measured proportion of the content of the component in the liquid fuel is determined.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Komponente in dem flüssigen Kraftstoff auf Grundlage der Messung der Komponente in der Gasphase (5) und weiterhin eines theoretischen Modells auf Basis der Flüchtigkeit der Komponente in dem flüssigen Kraftstoff und/oder durch eine experimentell bestimmte Abgleichbeziehung oder Abgleichkurve ermittelt wird. 14. The method according to claim 13, characterized in that the content of the component in the liquid fuel based on the measurement of the component in the gas phase (5) and further a theoretical model based on the volatility of the component in the liquid fuel and / or by an experimentally determined matching relationship or calibration curve is determined.
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