WO2011082884A1 - Vorrichtung zur messung einer zusammensetzung eines kraftstoffgemischs - Google Patents

Vorrichtung zur messung einer zusammensetzung eines kraftstoffgemischs Download PDF

Info

Publication number
WO2011082884A1
WO2011082884A1 PCT/EP2010/068248 EP2010068248W WO2011082884A1 WO 2011082884 A1 WO2011082884 A1 WO 2011082884A1 EP 2010068248 W EP2010068248 W EP 2010068248W WO 2011082884 A1 WO2011082884 A1 WO 2011082884A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
fuel mixture
time
voltage
ethanol content
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/068248
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Kassner
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US13/516,608 priority Critical patent/US9097696B2/en
Priority to BRPI1014248A priority patent/BRPI1014248B1/pt
Priority to CN201080057041.4A priority patent/CN102656453B/zh
Publication of WO2011082884A1 publication Critical patent/WO2011082884A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G01N33/2847—Water in oils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G01N33/2852—Alcohol in fuels

Definitions

  • the invention is based on known methods and devices for the determination of compositions of fuel mixtures.
  • fuel mixtures which in addition to the actual mineral oil fuels can process an admixture of ethanol and / or other alcohols.
  • flex-fuel vehicles are known which can be operated with variable ethanol / gasoline mixtures.
  • the parameters of the engine control of the fuel are adapted to the composition of the fuel mixture in each case. It is possible to identify differently used concepts worldwide. While in the US so far only necessary adjustments of the engine control are made to the fuel mixture in order to be able to offer flex fuel vehicles at all, efficiency and performance increases are typically also sought in Europe. In particular, the latter, however, usually requires an accurate knowledge of the composition of the fuel mixture, in particular of an ethanol fuel, in order to determine optimum parameters of the engine control.
  • the determination of the ethanol-fuel mixture ratio is usually either on the basis of existing measured variables by means of software in the control unit itself or this mixing ratio can be detected with an ethanol sensor.
  • Such ethanol sensors can be based on numerous different measurement principles.
  • capacitance measuring methods based on permittivity and conductivity determination are used here.
  • permittivity of the fuel mixture is determined.
  • a device is used for measuring the alcohol content in a fuel mixture which can be used in a fuel line.
  • the fuel line is made of a material which is permeable to high-frequency signals.
  • a microwave chamber is disposed outside of the fuel line, thereby enclosing a portion of this fuel line.
  • the microwave chamber has a pair of waveguides disposed opposite to each other with the fuel line therebetween.
  • One of the waveguides is provided with an antenna section for transmitting microwaves from a microwave generator.
  • the other microwave conductor is provided with a receiving antenna section to receive the microwaves passing through the fuel line.
  • Microwaves received by the antenna section are detected by a detector and converted into DC signals corresponding to the strength of the received microwaves.
  • the ignition angle is adjusted depending on the detected ethanol content by the engine control variables, such as the fuel metering.
  • a differential sensor concept is proposed, the basic structure of which is characterized essentially by the fact that within the fuel line from the tank to the injection valves there are two spatially separate sensor elements, which are sequentially flowed through by fuel in time. Both sensor elements generate a time-dependent output signal which has a clear dependence on the ethanol content.
  • a signal processing which takes place for example within the engine control unit of the internal combustion engine, the difference of the two output signals is determined and the difference signal is evaluated in a plausibility check. Within the plausibility check, the time course of the difference signal is evaluated by determining the flow rate of the fuel and thus checking whether characteristic features of the difference signal are plausible for this flow rate.
  • the determination of the flow rate is made in the engine control unit by modeling the fuel system as a simple memory model with known discharge, which essentially corresponds to the product of engine speed and injection quantity per injection.
  • the output signal contains at least the information about the change Direction of the ethanol content of the fuel mixture and optionally the amount of change.
  • the knowledge of the absolute ethanol content but information about the change in the ethanol content of the fuel mixture prior to the combustion of the fuel is utilized for the engine control within a flex-fuel system. If this change and the direction of the change detected by a sensor, the subsequent mixture deviation is immediately and uniquely attributable to the changed ethanol content of the fuel mixture. Furthermore, an optimal ignition angle can be determined by the knock control, which then in both
  • Steep engagement directions i. Early and late adjustment, can engage in the ignition angle.
  • a suitable construction of the sensor elements for a measurement of the permittivity of the fuel comprises, for example, two metallic electrodes which are integrated into the fuel line and which are in the form of cylindrical pipe sections.
  • further mutually insulated metallic electrodes may be provided in the form of a tube of larger diameter.
  • the electrodes form a capacitor comprising two concentric cylinders whose dielectric is formed by the fuel.
  • the electrical connection of the evaluation which is arranged for example in the engine control unit, via different ports.
  • a signal evaluation of the difference signal in the context of the plausibility check for example, by a circuit arrangement with two capacitors and two resistors, which are fed via an AC voltage, take place.
  • the difference between the voltages across the capacitors is determined by an operational amplifier and is available as voltage U_diff.
  • This circuit arrangement designed, for example, as a bridge circuit is state of the art, whereby U_diff with A D converter is available as a digital variable for further processing in the microcontroller.
  • the AC voltage may be a sinusoidal voltage generated by the circuit briefly described above using an operational amplifier. If the analog / digital conversion of U_diff is carried out at selected times, for example the zero crossings of the sinusoidal voltage, the amplitude and the phase shift of U_diff with respect to the AC voltage Vs1 can be determined in an algorithm with little effort become. These values typically change as the capacity temporarily changes in capacity as it flows through with a changing fuel composition.
  • the properties of the microcontroller already present in the engine control unit are utilized.
  • the AC voltage Vs1 is provided as a rectangular voltage available, for example, by known programming of a counter and output of the signal via a digital output boards of the microcontroller, this results in a time-dependent differential voltage per pulse of the square wave voltage Vs1, which again after analog / digital conversion can be further processed in an algorithm.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the differential sensor concept proposed according to the invention
  • FIG. 2 shows the construction of sensor elements for a measurement of the permittivity of the fuel mixture
  • FIG. 3.1 shows a circuit arrangement for signal evaluation
  • FIG. 3.2 shows a schematic representation of a motor control unit with microcontroller
  • Figure 4 shows the voltage curve for two time constants across the capacitors over time.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a sensor concept proposed according to the invention.
  • FIG. 1 shows a sensor 10, which comprises a first sensor element 14 and a second sensor element 16, which are spatially separated from one another and connected to the fuel line 12, in which fuel flows.
  • the fuel flowing in the fuel line 12 is a fuel mixture which may contain ethanol, water and possibly other admixture components whose size is determined by the sensor proposed according to the invention.
  • the fuel line 12 extends from the tank, not shown in Figure 1 to the injection valves of the internal combustion engine.
  • the first sensor element 14 and the second sensor element 16 are spatially separated from each other and are sequentially flowed through by fuel in time.
  • the two sensor elements 14, 16 each generate a time-dependent output signal, the first sensor element 14, a first output signal 18, the second sensor element 16, a second time-dependent output signal 20. Both time-dependent output signals 18, 20 have a clear dependence on the ethanol content of the fuel mixture.
  • the first time-dependent output signal 18 and the second time-dependent output signal 20 are further processed within a signal processing, which can take place for example within an engine control unit.
  • a difference-forming stage 22 the difference between the first time-dependent output signal 18 and the second time-dependent output signal 20 of the spatially separated sensor elements 14, 16 is determined.
  • the signal obtained is evaluated within a plausibility stage 24 connected downstream of the difference-forming stage 22.
  • the plausibility of the output signal of the difference-forming stage 22 is determined in such a way that a flow velocity 26 with which the fuel flows in the fuel line 12 is determined.
  • the plausibility stage 24 is supplied, on the one hand, with the output signal, ie with the differential signal of the differential stage 22 and, on the other hand, with the determined flow rate 26.
  • the determination the flow rate 26 takes place, for example, within the engine control unit by modeling the fuel system as a memory model, indicated by reference numeral 28. Input variables of the memory model, which assumes a known outflow, the engine speed 30 of the internal combustion engine and an injection amount per injection 32 of internal combustion engine.
  • the flow rate 26 of the fuel in the fuel line 12 is determined from the product of the input engine speed 30 and the injection quantity per injection 32.
  • the output signal 34 output at the plausibility check stage 24 contains at least the information about the direction of change of the ethanol content within the fuel mixture and optionally the amount of the change.
  • the control of an engine of an internal combustion engine in flex-fuel operation requires only the information about the change in the ethanol content before combustion of the fuel and only optional knowledge of the absolute presence of ethanol content of the fuel mixture. If the change in the ethanol content and the direction of the change is determined by the sensor proposed according to the invention, a subsequent mixture deviation is immediately and unambiguously attributable to the changed ethanol content. Depending on the change in the mixture deviation, an optimal firing angle within the engine control can be determined by knock control, which is then controlled in both steep engagement directions, i. Early and late adjustment, with respect to the ignition angle can intervene.
  • FIG. 2 shows an embodiment possibility of the sensor elements of the sensor proposed according to the invention.
  • a permittivity of the fuel follows.
  • a permittivity number in particular a complex permittivity number
  • an absorption in particular a complex absorption
  • a transmission in particular a complex transmission
  • one of the complex variables mentioned above is a variable which includes an amplitude and a phase.
  • the permittivity which is often referred to by the letter ⁇ , describes the permeability of materials for electric fields. It is a material property of dielectrics and at least only weakly electrically conductive materials, which manifests itself in the application of electrical fields to their materials.
  • D ⁇ ⁇ E.
  • the permittivity number ⁇ ⁇ thus characterizes the field weakening effects of the electrical polarization within electrically insulating materials.
  • the electrical susceptibility ⁇ ⁇ - 1.
  • susceptibility and the permittivity number are not conceptually distinguished below.
  • both the permittivity and the susceptibility of the fuel can be measured.
  • the fuel line 12 which is traversed by fuel, there are two mutually insulated metallic electrodes 38 and 40.
  • a first metallic electrode is denoted by reference numeral 38
  • a further second metallic electrode has been identified by reference numeral 40.
  • the two metallic electrodes 38 and 40 are in the form of cylindrical tube pieces.
  • the two metallic electrodes 38 and 40 are enclosed by a further third metallic electrode 42, which is in the form of a tube 44 and is insulated from the first metallic electrode 38 and the second metallic electrode 40.
  • the illustration according to FIG. 2 shows that a diameter 46 of the third metallic electrode 42 designed as a tube 44 is greater than the respective diameter of the cylindrical tube pieces of the first metallic electrode 38 and the second metallic electrode 40.
  • the dielectric of the first capacitor 48 or 58 and of the second capacitor 60 respectively forms the fuel flowing in the fuel line 12.
  • FIG. 3.1 shows a circuit arrangement with which the time-dependent output signals obtained by the capacitors according to FIG. 2, which are dependent on the ethanol content of the fuel mixture, can be evaluated.
  • FIG. 3.1 shows a circuit arrangement 56 which comprises the first capacitor 48 or 58 and the second capacitor 60.
  • the first capacitor 48, 58 and the second capacitor 60 are, as described above in connection with Figure 2, constructed.
  • the circuit arrangement 56 according to the illustration in FIG. 3.1 comprises a first resistor 62 (Ri) and a further second resistor 64 (R 2 ). Via the two resistors 62 and 64, respectively, the first capacitor 48, 58 and the second capacitor 60 are supplied with an AC voltage Vs1, an AC voltage source 66.
  • the difference between the voltages across the first capacitor 48, 58 and the second capacitor 60 is determined by means of an operational amplifier 68 and is available as a voltage difference U_diff (see reference numeral 70).
  • the circuit arrangement 56 shown in FIG. 3.1 corresponds to a bridge circuit.
  • the voltage difference 70 is provided with an A / D converter 73 shown in FIG. 3.2 as a digital variable for further processing in a microcontroller 72, which are accommodated in an engine control unit 74.
  • the microcontroller 72 which processes the input signals of the engine control, for example the engine speed, and determines the calculated output signals, eg the duration of the fuel injection, outputs the output signals to actuators, not shown here, of the engine control.
  • the circuit arrangement 56 as shown in FIG.
  • the AC voltage source 66 has an AC voltage in the form of a sinusoidal voltage as well as a square-wave voltage. capable of providing stimulation.
  • a sinusoidal alternating voltage Vs1 can be generated using an operational amplifier (not shown here).
  • the operational amplifier 68 performs the difference formation. If an analog / digital conversion of the voltage difference U_diff (see reference numeral 70) is carried out at selected times, for example at the zero crossings, the AC voltage Vs1 (66), the amplitude and the phase shift of the differential voltage U_diff, 70 in Reference to the AC voltage Vs1, 66 can be determined in an algorithm.
  • the properties of a microcontroller 72 already present in the engine control unit 74 can be used, cf. Figure 3.2.
  • the alternating voltage 66 is present as a rectangular voltage which takes place, for example, by programming a counter and outputting a signal via a digital output port of the microcontroller 72.
  • the result is a time-dependent differential voltage per pulse of a square wave voltage Vs1, i. the alternating voltage present in the rectangle Vs1, 66. This in turn is to be further processed by an analog / digital conversion in an algorithm.
  • FIG. 4 shows the course of two voltages for two time constants, wherein the two voltage profiles differ by a factor of three.
  • FIG. 4 shows the course of a first voltage 76 (U1) for a first time constant R1.times.C1 and the course of a second voltage 78 (U2) for a second time constant R2.times.C2 (see reference numeral 82).
  • the first voltage 76 differs from the second voltage 78 by a factor of 3 in the voltage slew rate.
  • the curves of the first voltage 76 for the first time constant 80 and the curve of the second voltage 78 for the second time constant 82 according to the voltage curves in Figure 4 a.
  • the first voltage 76 and the second voltage 78 are here supplied to a digital input of the microcontroller 72, which are each connected to a timer structure.
  • Reference numeral 88 denotes a switching threshold, upon reaching the individual values for the first voltage 76 and the second voltage 78 at measured times t- ⁇ a first measured time 84 and t 2 , ie a second measured time, 86 generate. Since the difference between the measured times t-1 and t 2 is a measure of the ratio of the two values of the capacitances of the first capacitor 48, 58 and of the second capacitor 60. By a frequency of the supply voltage, ie the AC voltage 66, the comparatively high is In comparison to the change with time of the capacitances of the first capacitor 48, 58 and of the second capacitor 60 when the fuel composition changes, a large number of measurements are possible according to the method described above.
  • first voltages 76 and second voltages 78 or first measured times t-1 and second measured times t 2 and second measured times t 2 are generated in the first capacitance 48, 58 and the second capacitance of the second capacitor 60 by fuel currents of constant permittivity ⁇ , which differ slightly from one another.
  • the reasons for this are small asymmetries due to structure and cabling as well as a not exactly identical switching threshold 88 of the level detection of the digital inputs for the described method for time measurement.
  • the signal evaluation is extended according to the illustration in Figure 3.1 by an offset compensation.
  • the voltage difference 70 U_diff or the difference between the first measured time ti (84) and the second measured time t 2 (86) is filtered in a low-pass filter with a time constant of, for example, several minutes and this output signal from the signal for the voltage difference U_diff or the time difference between the first measured time ti (84) and the second measured time t 2 (86) is subtracted.
  • Such offset compensation can be done by an analog circuit, but more advantageous is an algorithmic implementation in the microcontroller 72, which is integrated into the engine control unit 74 cf. Figure 3.2.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Zusammensetzung eines Kraftstoffgemisches, insbesondere zur Bestimmung eines Ethanol-Gehalts und/oder eines Wasseranteils in dem Kraftstoffgemisch. Räumlich voneinander getrennt angeordnete Sensorelemente (14, 16) werden zeitlich sequentiell von Kraftstoff durchströmt. Die Sensorelemente (14, 16) erzeugen zeitabhängige Ausgangssignale (18, 20), die eindeutig abhängig vom Ethanol-Gehalt des Kraftstoffgemischs sind. Eine Differenz der zeitabhängigen Ausgangssignale (14, 20) wird ermittelt und einer Plausibilisierung (24) unterzogen. Ein erhaltenes plausibilisiertes Ausgangssignal (34)wird ermittelt, welches zumindest eine Information über die Änderungsrichtung des Ethanol-Gehalts des Kraftstoffgemisches aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zur Messung einer Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von Zusammensetzungen von Kraftstoffgemischen. So sind beispielsweise in Kraftfahrzeugen zunehmend Kraftstoffgemische im Einsatz, welche neben den eigentlichen Mineralöl-Kraftstoffen eine Beimischung an Ethanol und/oder anderen Alkoholen verarbeiten können. Es sind Flex-Fuel-Fahrzeuge bekannt, welche mit variablen Ethanol- /Benzin-Gemischen betrieben werden können. Dabei werden die Parameter der Motorsteuerung des Kraftstoffs auf die Zusammensetzung des Kraftstoffgemisches jeweils angepasst. Es lassen sich weltweit unterschiedlich eingesetzte Konzepte ausmachen. Während in den USA üblicherweise bislang lediglich notwendige Anpassungen der Motorsteuerung an das Kraftstoffgemisch vorgenommen werden, um überhaupt Flex-Fuel- Fahrzeuge anbieten zu können, werden in Europa typischerweise auch Wirkungsgrad und Leistungssteigerungen angestrebt. Insbesondere letzteres setzt jedoch zur Bestimmung optimaler Parameter der Motorsteuerung in der Regel eine genaue Kenntnis der Zusammensetzung des Kraftstoffgemisches, insbesondere eines Ethanol-
Kraftstoff-Mischungsverhältnisses, voraus.
Die Bestimmung des Ethanol-Kraftstoff-Mischungsverhältnisses erfolgt in der Regel entweder anhand vorliegender Messgrößen mittels einer Software im Steuergerät selbst oder dieses Mischungsverhältnis kann mit einem Ethanol-Sensor erkannt werden. Derartigen Ethanolsensoren können zahlreiche unterschiedliche Messprinzipien zugrunde liegen. Insbesondere kommen hier auf die Permittivität und der Leitfähigkeitsbestimmung basierende Kapazitätsmessverfahren zum Einsatz. In der Regel wird dabei bei Frequenzen bis zu circa 1 MHz die Permittivität des Kraftstoffgemisches be- stimmt. Nachteilig an einer reinen Permittivitätsbestimmung (mit Temperaturkorrektur) bei Frequenzen bis circa 1 MHz ist jedoch der Umstand, dass mittels dieser Verfahren prinzipiell lediglich die genaue Bestimmung der Zusammensetzung von Gemischen „
von maximal zwei Komponenten möglich ist. Weitere Komponenten des Kraftstoffgemisches können mittels dieser Methode in der Regel nicht erkannt werden.
Um weitere Komponenten wie beispielsweise H20 zu identifizieren, sind Messungen im GHz-Bereich notwendig, da hier die Permittivität von Alkohol, Wasser und weiterer polarer Komponenten, beispielsweise von Störkomponenten, aufgrund der Orientierungspolarisation mit zunehmender Frequenz stark abnimmt. Ein Beispiel derartiger im GHz- Bereich arbeitender Verfahren wird in DE 34 12 704 A1 offenbart. Es wird eine Vorrichtung zum Messen des Alkoholgehalts in einem Kraftstoffgemisch eingesetzt, welche in einer Kraftstoffleitung eingesetzt werden kann. Die Kraftstoff leitung ist aus einem Material gefertigt, welches für Hochfrequenzsignale durchlässig ist. Eine Mikrowellenkammer ist außerhalb der Kraftstoff leitung angeordnet und umschließt dabei einen Teil dieser Kraftstoffleitung. Die Mikrowellenkammer weist ein Paar von Wellenleitern auf, die einander gegenüberliegend mit der Kraftstoffleitung dazwischen angeordnet sind. Einer der Wellenleiter ist mit einem Antennenabschnitt zur Übertragung von Mikrowellen von einem Mikrowellengenerator versehen. Der andere Mikrowellenleiter ist mit einem Empfangsantennenabschnitt versehen, um die Mikrowellen zu empfangen, welche die Kraftstoff leitung durchtreten. Mikrowellen, welche von dem Antennenabschnitt empfangen werden, werden von einem Detektor erkannt und in Gleichspannungssignale umgewandelt, welche der Stärke der empfangenen Mikrowellen entsprechen.
Für die Steuerung von Motoren mit variabler Kraftstoffzusammensetzung von reinem Benzin bis zu einem Benzin-Ethanol-Gemisch mit ca. 85 Prozent Ethanol-Anteil für Flex-Fuel-Systeme bestehen zwei unterschiedliche Lösungen. Über Software-basierte Systeme wird die Abweichung des Ist-Werts des λ-Sondensignals vom Soll-Wert der applizierten Gemischvorsteuerung beobachtet. Tritt diese Abweichung nach einem erkannten Betankensvorgang ein, wird auf einen geänderten Ethanol-Gehalt geschlossen. Demgegenüber wird bei Sensor-basierten Systemen mittels eines Ethanol- Sensors, üblicherweise in der Kraftstoffzuleitung angeordnet, direkt der Ethanol-Gehalt des Kraftstoffs gemessen.
Bei beiden Systemen wird in Abhängigkeit vom erkannten Ethanol-Gehalt durch die Motorsteuerungsstellgrößen wie zum Beispiel die Kraftstoffzumessung der Zündwinkel angepasst.
Für den gegenwärtig bedeutendsten Markt der Flex-Fuel-Fahrzeuge in Brasilien haben sich die kostengünstigeren Software-basierten Systeme durchgesetzt. Die in Zukunft „
bedeutsameren Märkte Europäische Gemeinschaft und NAFTA sind von Diskussionen der Fahrzeughersteller geprägt, die sich auf die Notwendigkeit eines Ethanol-Sensors, d.h. eines Sensor-basierten Systems, zur Erkennung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemisches beziehen. Für Sensor-basierte Systeme sprechen in der Regel die strengen OBD-Il-Anforderungen (On-Board Diagnostics 2. Generation). Eine schnelle und eindeutige Zuordnung einer Gemischabweichung zur Fehlerquelle„Fehler Kraftstoffsystem" oder einer geänderten Kraftstoffzusammensetzung erscheint ohne Etha- nol-Sensor vermutlich nicht zu erfüllen. Bei Satteltanks, wie sie z.B. in DE 10 2007 039861 A1 beschrieben sind, sind zwei miteinander verbundene Tankkammern vorge- sehen. Die Satteltankform ergibt sich aufgrund des Umstandes, dass bei Fahrzeugen mit Heckantrieb Platz für die Antriebswelle und das Differenzial am Boden des Tanks auszusparen sind. Beim Betanken mit kleineren Mengen kann es bei Satteltanks vorkommen, dass die Tankmenge nur in einer der beiden Tankkammern gespeichert wird. Ist z.B. in einer der Tankkammern eine Kraftstoffsorte E85 getankt und der zweiten Tankkammer E1 10 getankt, so tritt während der Fahrt eine relativ schnelle Änderung der Kraftstoffzusammensetzung auf, wenn die Kraftstoffentnahme von einer Tankkammer zu anderen Tankkammer übergeht.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein differenzielles Sensorkonzept vorgeschlagen, dessen prinzipieller Aufbau sich im Wesentlichen dadurch auszeichnet, dass sich innerhalb der Kraftstoffleitung vom Tank zu den Einspritzventilen zwei räumlich voneinander getrennte Sensorelemente befinden, die zeitlich sequentiell von Kraftstoff durchströmt werden. Beide Sensorelemente erzeugen ein zeitabhängiges Ausgangssignal, das eine eindeutige Abhängigkeit vom Ethanol-Gehalt aufweist. In einer Signalverarbeitung, die zum Beispiel innerhalb des Motorsteuergeräts der Verbrennungskraftmaschine erfolgt, wird die Differenz der beiden Ausgangssignale bestimmt und das Differenzsignal in einer Plausibilitätsprüfung ausgewertet. Innerhalb der Plausibilitätsüberprüfung wird der zeit- liehe Verlauf des Differenzsignals ausgewertet, indem die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs bestimmt wird und damit überprüft wird, ob charakteristische Merkmale des Differenzsignals plausibel für diese Strömungsgeschwindigkeit sind. Die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt im Motorsteuergerät durch Modellierung des Kraftstoff Systems als ein einfaches Speichermodell mit bekanntem Abfluss, der im Wesentlichen dem Produkt aus Motordrehzahl und Einspritzmenge pro Einspritzung entspricht. Das Ausgangssignal enthält zumindest die Information über die Änderungs- richtung des Ethanol-Gehalts des Kraftstoffgemisches und optional den Betrag der Änderung.
Erfindungsgemäß wird für die Motorsteuerung innerhalb eines Flex-Fuel-Systems nicht die Kenntnis des absoluten Ethanol-Gehalts, sondern eine Information über die Änderung des Ethanol-Gehalts des Kraftstoffgemisches vor der Verbrennung des Kraftstoffs ausgenutzt wird. Wird diese Änderung und die Richtung der Änderung durch einen Sensor erkannt, ist die nachfolgende Gemischabweichung sofort und eindeutig dem geänderten Ethanol-Gehalt des Kraftstoffgemisches zuzuordnen. Weiterhin kann ein optimaler Zündwinkel durch die Klopfregelung bestimmt werden, die dann in beide
Steileingriffsrichtungen, d.h. Früh- und Spätverstellung, in den Zündwinkel eingreifen kann.
Ein geeigneter Aufbau der Sensorelemente für eine Messung der Permittivität des Kraftstoffs umfasst zum Beispiel in die Kraftstoffleitung integrierte zwei voneinander i- solierte metallische Elektroden, in Form zylindrischer Rohrstücke. Darüber hinaus können weitere gegeneinander isolierte metallische Elektroden in Form eines Rohres größeren Durchmessers vorgesehen sein. Die Elektroden bilden einen Kondensator, zwei konzentrische Zylinder umfassend, dessen Dielektrikum jeweils durch den Kraftstoff gebildet wird. Die elektrische Verbindung der Auswerteelektronik, die zum Beispiel im Motorsteuergerät angeordnet ist, erfolgt über verschiedene Anschlüsse.
Eine Signalauswertung des Differenzsignals im Rahmen der Plausibilitätsüberprüfung kann zum Beispiel durch eine Schaltungsanordnung mit zwei Kapazitäten und zwei Widerständen, die über eine Wechselspannung gespeist werden, erfolgen. Die Differenz der Spannungen über den Kondensatoren wird mit einem Operationsverstärker bestimmt und steht als Spannung U_diff zur Verfügung. Diese zum Beispiel als Brückenschaltung ausgebildete Schaltungsanordnung ist Stand der Technik, wobei U_diff mit A D-Wandler als digitale Größe für die weitere Verarbeitung im Mikrocontroller zur Verfügung steht.
In einer Ausführung kann die Wechselspannung eine sinusförmige Spannung sein, die mit der oben kurz beschriebenen Schaltung unter Verwendung eines Operationsverstärkers erzeugt wird. Wird die Analog-/Digitalwandlung von U_diff zu ausgewählten Zeitpunkten, so zum Beispiel den Nulldurchgängen der sinusförmigen Spannung, durchgeführt, können mit geringem Aufwand die Amplitude und die Phasenverschiebung von U_diff in Bezug zur Wechselspannung Vs1 in einem Algorithmus bestimmt werden. Diese Werte ändern sich in charakteristischer weise, wenn sich die Kapazitäten in ihrem Wert temporär durch das Durchströmen mit einer sich ändernden Kraftstoffzusammensetzung ändern.
In einer weiteren Ausführungsmöglichkeit werden die Eigenschaften des bereits im Motorsteuergerät vorhandenen Mikrocontrollers ausgenutzt. Dabei wird die Wechselspannung Vs1 als rechteckformige Spannung zur Verfügung gestellt, zum Beispiel durch bekannte Programmierung eines Zählers und Ausgabe des Signals über ein digitales Ausgabeboards des Mikrocontrollers erfolgt, damit ergibt sich eine zeitabhängige Differenzspannung pro Puls der Rechteckspannung Vs1 , die wieder nach Analog- /Digitalwandlung in einem Algorithmus weiterverarbeitet werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 das erfindungsgemäß vorgeschlagene differenzielle Sensorkonzept in schematischer Darstellung,
Figur 2 den Aufbau von Sensorelementen für eine Messung der Permittivität des Kraftstoffgemisches,
Figur 3.1 eine Schaltungsanordnung zur Signalauswertung,
Figur 3.2 eine schematische Darstellung eines Motorsteuergerätes mit Mikro- controller,
Figur 4 den Spannungsverlauf für zwei Zeitkonstanten über die Kondensatoren aufgetragen über die Zeit.
Ausführungsvarianten
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensorkonzeptes zu entnehmen. Figur 1 zeigt einen Sensor 10, der ein erstes Sensorelement 14 sowie ein zweites Sensorelement 16 umfasst, die räumlich voneinander getrennt sind und mit der Kraftstoffleitung 12, in der Kraftstoff strömt, verbunden sind. Wie bereits eingangs erwähnt, handelt es sich bei dem in der Kraftstoff leitung 12 strömenden Kraftstoff um ein Kraft- stoffgemisch, welches Ethanol, Wasser und eventuell weitere Beimischungsanteile aufweisen kann, deren Größe durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensor ermittelt wird.
Die Kraftstoffleitung 12 erstreckt sich vom in Figur 1 nicht dargestellten Tank bis zu den Einspritzventilen der Verbrennungskraftmaschine. Die beiden der Kraftstoffleitung 12 zugeordneten Sensorelemente, d.h. das erste Sensorelement 14 sowie das zweite Sensorelement 16, sind räumlich voneinander getrennt und werden zeitlich sequentiell von Kraftstoff durchströmt. Die beiden Sensorelemente 14, 16 erzeugen jeweils ein zeitabhängiges Ausgangssignal, das erste Sensorelement 14 ein erstes Ausgangssignal 18, das zweite Sensorelement 16 ein zweites zeitabhängiges Ausgangssignal 20. Beide zeitabhängigen Ausgangssignale 18, 20 weisen eine eindeutige Abhängigkeit vom Ethanol-Gehalt des Kraftstoffgemisches auf.
Das erste zeitabhängige Ausgangssignal 18 sowie das zweite zeitabhängige Ausgangssignal 20 werden innerhalb einer Signalverarbeitung, die zum Beispiel innerhalb eines Motorsteuergeräts erfolgen kann, weiter verarbeitet. In einer Differenzbildungsstufe 22 wird die Differenz des ersten zeitabhängigen Ausgangssignals 18 und des zweiten zeitabhängigen Ausgangssignals 20 der räumlich voneinander getrennt angeordneten Sensorelemente 14, 16 bestimmt. Das erhaltene Signal wird innerhalb einer der Differenzbildungsstufe 22 nachgeschalteten Plausibilisierungsstufe 24 ausgewertet.
Innerhalb der Plausibilisierungsstufe 24 erfolgt die Plausibilisierung des erhaltenen Ausgangssignals der Differenzbildungsstufe 22 dahingehend, dass eine Strömungsge- schwindigkeit 26, mit der der Kraftstoff in der Kraftstoff leitung 12 strömt, bestimmt wird.
Anhand des Wertes für die erhaltene Strömungsgeschwindigkeit 26 des Kraftstoffes wird überprüft, ob charakteristische Merkmale des Differenzsignals, welches in der Differenzbildungsstufe 22 ermittelt wird, plausibel für die jeweils ermittelte Strömungsgeschwindigkeit 26 für den Kraftstoff in der Kraftstoffleitung 12 sind oder nicht. Aus der Prinzipskizze gemäß Figur 1 geht hervor, dass der Plausibilisierungsstufe 24 einerseits das Ausgangssignal, d.h. das Differenzsignal der Differenzbildungsstufe 22 und andererseits die ermittelte Strömungsgeschwindigkeit 26 zugeführt wird. Die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit 26 wiederum erfolgt zum Beispiel innerhalb des Motorsteuergerätes durch eine Modellierung des Kraftstoff Systems als ein Speichermodell, angedeutet durch Bezugszeichen 28. Eingangsgrößen des Speichermodells, welches einen bekannten Abfluss unterstellt, sind die Motordrehzahl 30 der Verbren- nungskraftmaschine sowie eine Einspritzmenge pro Einspritzung 32 der Verbrennungskraftmaschine. Im Rahmen des Speichermodells 28 wird aus dem Produkt aus der Eingangsgröße Motordrehzahl 30 und der Einspritzmenge pro Einspritzung 32 die Strömungsgeschwindigkeit 26 des Kraftstoffs in der Kraftstoff leitung 12 bestimmt. Das ausgangsseitig an der Plausibilisierungsstufe 24 ausgegebene Ausgangssignal 34 ent- hält mindestens die Information über die Änderungsrichtung des Ethanol-Gehalts innerhalb des Kraftstoffgemischs und optional den Betrag der Änderung.
Die Steuerung eines Motors einer Verbrennungskraftmaschine im Flex-Fuel-Betrieb benötigt lediglich die Information über die Änderung des Ethanol-Gehalts vor der Verbrennung des Kraftstoffs und lediglich optional die Kenntnis des absolut vorliegenden Ethanol-Gehalts des Kraftstoffgemisches. Ist die Änderung des Ethanol-Gehalts sowie die Richtung der Änderung durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensor ermittelt, ist eine nachfolgende Gemischabweichung sofort und eindeutig dem geänderten Ethanol-Gehalt zuzuordnen. Abhängig von der Änderung der Gemischabwei- chung kann ein optimaler Zündwinkel innerhalb der Motorsteuerung durch Klopfregelung bestimmt werden, die dann in beide Steileingriffsrichtungen, d.h. Früh- und Spätverstellung, in Bezug auf den Zündwinkel eingreifen kann.
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist eine Ausführungsmöglichkeit der Sensorelemente des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensors zu entnehmen.
Mit der in Figur 2 dargestellten Ausführung des Sensors 10 folgt die Messung einer Permittivität des Kraftstoffs. Neben der Messung der Permittivität, bei der es sich insbesondere um eine komplexe Permittivität handelt, kann eine Permittivitätszahl, insbe- sondere eine komplexe Permittivitätszahl, eine Absorption, insbesondere eine komplexe Absorption, eine Transmission, insbesondere eine komplexe Transmission, umfasst sein. Unter den vorstehend erwähnten komplexen Größen ist dabei jeweils eine Größe zu verstehen, welche eine Amplitude und eine Phase beinhaltet. Die Permittivität, welche häufig auch mit dem Buchstaben ε bezeichnet wird, beschreibt die Durchlässigkeit von Materialien für elektrische Felder. Sie ist eine Materialeigenschaft von Dielektrika und zumindest nur schwach elektrisch leitfähigen Materialien, welche sich bei der Beaufschlagung ihrer Materialien mit elektrischen Feldern äußert. Sie stellt die Proportio- nalitätskonstante zwischen der elektrischen Flussdichte D und dem elektrischen Feld E dar: D = ε χ E. Die Permittivitätszahl, häufig auch als εΓ bezeichnet oder auch als relative Permittivitat, ist das Verhältnis der Permittivität ε zur elektrischen Feldkonstante ε0 (Permittivität des Vakuums): εΓ = ε / ε0.
Die Permittivitätszahl εΓ kennzeichnet somit die feldschwächenden Effekte der elektrischen Polarisation innerhalb elektrisch isolierender Materialien. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gleichwertig mit der Permittivitätszahl εΓ ist die elektrische Suszeptibilität κ = ε - 1 . Zwischen der Suszeptibilität und der Permittivitätszahl wird im Sinne der vorliegenden Erfindung nachfolgend begrifflich nicht unterschieden.
Mit dem Aufbau der Sensorelemente 14, 16 gemäß Figur 2 können sowohl die Permittivität als auch die Suszeptibilität des Kraftstoffs gemessen werden. Innerhalb der Kraftstoff leitung 12, die von Kraftstoff durchströmt wird, befinden sich zwei voneinander isolierte metallische Elektroden 38 und 40. Eine erste metallische Elektrode ist mit Bezugszeichen 38, eine weitere zweite metallische Elektrode wurde durch Bezugszeichen 40 identifiziert. Die beiden metallischen Elektroden 38 beziehungsweise 40 sind in Form zylindrischer Rohrstücke ausgebildet.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass die beiden metallischen Elektroden 38 beziehungsweise 40 von einer weiteren, gegenüber der ersten metallischen Elektrode 38 und der zweiten metallischen Elektrode 40 isolierten dritten metallischen Elektrode 42, die die Form eines Rohres 44 aufweist, umschlossen sind. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass ein Durchmesser 46 der als Rohr 44 ausgebildeten dritten metallischen Elektrode 42 größer ist als der jeweilige Durchmesser der zylindrischen Rohrstücke der ersten metallischen Elektrode 38 und der zweiten metallischen Elektrode 40.
Durch diese Anordnung bildet die erste metallische Elektrode 38 mit der dritten metalli- sehen Elektrode 42 in Form eines Rohres 44 einen ersten Kondensator 48, 58, wohingegen die zweite metallische Elektrode 40 in Form eines zylindrischen Rohrstücks in der diese umschließenden dritten metallischen Elektrode 42 in Form des Rohres 44 mit vergrößertem Durchmesser 46 einen weiteren zweiten Kondensator 60 bildet. Das Dielektrikum des ersten Kondensators 48 beziehungsweise 58 und des zweiten Konden- sators 60 bildet jeweils der in der Kraftstoffleitung 12 strömende Kraftstoff. Eine elektrische Verbindung der Kondensatoren 48, 58 und 60 zur Auswerteelektronik erfolgt über die Anschlüsse 50, 52, 54 wie in Figur 2 schematisch angedeutet. n
Der Darstellung gemäß Figur 3.1 ist eine Schaltungsanordnung zu entnehmen, mit welcher die von den Kondensatoren gemäß der Figur 2 gewonnenen zeitabhängigen Ausgangssignale, die abhängig vom Ethanol-Gehalt des Kraftstoffgemisches sind, ausgewertet werden können. Figur 3.1 zeigt eine Schaltungsanordnung 56, die den ersten Kondensator 48 beziehungsweise 58 sowie den zweiten Kondensator 60 um- fasst. Der erste Kondensator 48, 58 sowie der zweite Kondensator 60 sind, wie vorstehend im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben, aufgebaut. Die Schaltungsanordnung 56 gemäß der Darstellung in Figur 3.1 umfasst einen ersten Widerstand 62 (R-i) sowie einen weiteren zweiten Widerstand 64 (R2). Über die beiden Widerstände 62 beziehungsweise 64 wird der erste Kondensator 48, 58 beziehungsweise der zweite Kondensator 60 mit einer Wechselspannung Vs1 , einer Wechselspannungsquelle 66 gespeist. Die Differenz der Spannungen über dem ersten Kondensator 48, 58 und dem zweiten Kondensator 60 wird mittels eines Operationsverstärkers 68 bestimmt und steht als Spannungsdifferenz U_diff (vgl. Bezugszeichen 70) zur Verfügung. Die in Figur 3.1 dargestellte Schaltungsanordnung 56 entspricht einer Brückenschaltung. Die Spannungsdifferenz 70 wird mit einem in Figur 3.2 dargestellten A D-Wandler 73 als digitale Größe für die Weiterverarbeitung in einem Mikrocontroller 72 bereitgestellt, die in einem Motorsteuergerät 74 aufgenommen sind. Der Mikrocontroller 72, der die Ein- gangssignale der Motorsteuerung so z.B. die Motordrehzahl verarbeitet und die berechneten Ausgangssignale z.B. die Dauer der Kraftstoffeinspritzung ermittelt, gibt die Ausgangssignale an hier nicht dargestellte Aktoren der Motorsteuerung aus. Bevorzugt umfasst der Mikrocontroller 72 den Figur 3.2 dargestellten A D-Wandler 73. In Bezug auf die Schaltungsanordnung 56 gemäß der Darstellung in Figur 3.1 ist zu bemerken, dass die Wechselspannungsquelle 66 eine Wechselspannung sowohl in Form einer sinusförmigen Spannung als auch unter Verwendung einer rechteckförmi- gen Anregung bereitzustellen in der Lage ist. Eine sinusförmige Wechselspannung Vs1 kann, wie Figur 3.1 zu entnehmen ist, unter Verwendung eines hier nicht dargestellten Operationsverstärkers erzeugt werden. Der Operationsverstärker 68 führt die Differenzbildung aus. Wird eine Analog/Digital-Wandlung der Spannungsdifferenz U_diff (vgl. Bezugszeichen 70) zu ausgewählten Zeitpunkten, zum Beispiel bei den Nulldurchgängen, der Wechselspannung Vs1 (66) durchgeführt, so kann mit geringem Aufwand die Amplitude und die Phasenverschiebung der Differenzspannung U_diff, 70 in Bezug zur Wechselspannung Vs1 , 66 in einem Algorithmus bestimmt werden. Die
Werte ändern sich charakteristisch, wenn sich die Kapazität des zweiten Kondensators 60 im Verhältnis zur Kapazität des ersten Kondensators 48, 58 in ihrem Wert temporär aufgrund des Durchströmens mit einer sich ändernden Kraftstoffzusammensetzung ändert. Diese Änderung der Kraftstoffzusammensetzung wird unmittelbar erfasst für die Kondensatoren, die gemäß der Darstellung in Figur 2 aufgebaut sind, der diese durchströmende Kraftstoff das Dielektrikum des ersten Kondensators 48, 50 und des zweiten Kondensators 60 darstellt.
In einer weiteren Ausführungsvariante einer Signalauswertung können die Eigenschaften eines bereits im Motorsteuergerät 74 vorhandenen Mikrocontrollers 72 genutzt werden, vgl. Figur 3.2. Dabei liegt die Wechselspannung 66 als rechteckförmige Span- nung vor, die zum Beispiel durch eine Programmierung eines Zählers und Ausgabe eines Signals über einen digitalen Ausgabeport des Mikrocontrollers 72 erfolgt. Es ergibt sich eine zeitabhängige Differenzspannung pro Puls einer Rechteckspannung Vs1 , d.h. der im Rechteck vorliegenden Wechselspannung Vs1 , 66. Diese wiederum ist nach einer Analog-/Digital-Wandlung in einem Algorithmus weiter zu verarbeiten.
Nachfolgend wird am Beispiel einer rechteckförmigen Anregung in einer weiteren Ausgestaltung die Steuerung des Zählers für die Synchronisation zweier Zeitmessungen mit dem Mikrocontroller 72 verwendet. Das Resultat dieser Zeitmessungen ist in Figur 4 dargestellt. Figur 4 zeigt den Verlauf zweier Spannungen für zwei Zeitkonstanten, wobei sich die beiden Spannungsverläufe um einen Faktor 3 unterscheiden.
Figur 4 zeigt den Verlauf einer ersten Spannung 76 (U1 ) für eine erste Zeitkonstante R1 x C1 sowie den Verlauf einer zweiten Spannung 78 (U2) für eine zweite Zeitkonstante R2 x C2 (vgl. Bezugszeichen 82). Die erste Spannung 76 unterscheidet sich von der zweiten Spannung 78 um den Faktor 3 in der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit. Nach dem Anlegen eines positiven Spannungssprungs bei t = 0 stellen sich die Verläufe der ersten Spannung 76 für die erste Zeitkonstante 80 beziehungsweise der Verlauf der zweiten Spannung 78 für die zweite Zeitkonstante 82 gemäß der Spannungsverläufe in Figur 4 ein. Die erste Spannung 76 und die zweite Spannung 78 wer- den hier einem digitalen Eingang des Mikrocontrollers 72 zugeführt, die jeweils mit einer Timer-Struktur verbunden sind. Mit Bezugszeichen 88 ist eine Schaltschwelle bezeichnet, bei deren Erreichen die einzelnen Werte für die erste Spannung 76 sowie die zweite Spannung 78 bei gemessenen Zeiten t-ι eine erste gemessene Zeit 84 sowie t2, d.h. eine zweite gemessene Zeit, 86 erzeugen. Da die Differenz zwischen den gemes- senen Zeiten t-ι und t2 ein Maß für das Verhältnis der beiden Werte der Kapazitäten des ersten Kondensators 48, 58 sowie des zweiten Kondensators 60. Durch eine Frequenz der Speisespannung, d.h. der Wechselspannung 66, die vergleichsweise hoch ist ge- genüber der zeitlichen Änderung der Kapazitäten des ersten Kondensators 48, 58 und des zweiten Kondensators 60 bei Änderung der Kraftstoffzusammensetzung wird eine Vielzahl von Messungen nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren möglich. Damit lassen sich einzelne elektrische Störungen der Sensorsignale durch eine Mittelwertbildung wirksam unterdrücken. Grundsätzlich werden in der ersten Kapazität 48, 58 sowie der zweiten Kapazität des zweiten Kondensators 60 durch Kraftstoffströme konstanter Permittivität ε erste Spannungen 76 und zweite Spannungen 78 oder erste gemessene Zeiten t-ι und zweite gemessene Zeiten t2 erzeugt, die sich geringfügig voneinander unterscheiden. Die Ursachen dafür sind geringe Asymmetrien durch Aufbau und Verkabelung sowie eine nicht exakt gleiche Schaltschwelle 88 der Pegelerkennung der digitalen Eingänge für das beschriebene Verfahren zur Zeitmessung. Da jedoch nicht kurzzeitig eine sich ändernde Kraftstoffzusammensetzung im Bereich des Sensors 10 vorliegt, wird die Signalauswertung gemäß der Darstellung in Figur 3.1 um eine Offset-Kompensation erweitert. Dazu wird die Spannungsdifferenz 70 U_diff beziehungsweise die Differenz zwischen der ersten gemessenen Zeit t-i (84) und der zweiten gemessenen Zeit t2 (86) in einem Tiefpassfilter mit einer Zeitkonstanten von zum Beispiel mehreren Minuten gefiltert und dieses Ausgangssignal vom Signal für die Spannungsdifferenz U_diff beziehungsweise der Zeitdifferenz zwischen der ersten gemessenen Zeit t-i (84) und der zweiten gemessenen Zeit t2 (86) subtrahiert. Eine derartige Offset-Kompensation kann durch eine analoge Schaltung erfolgen, vorteilhafter erscheint jedoch eine algorithmische Umsetzung im Mikrocontroller 72, der in das Motorsteuergerät 74 integriert ist vgl. Figur 3.2.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung einer Zusammensetzung eines Kraftstoffgemisches, insbesondere zur Bestimmung eines Ethanol-Gehaltes und/oder eines Wasseranteils in dem Kraftstoffgemisch, mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Räumlich voneinander getrennt angeordnete Sensorelemente (14, 16) werden seitlich sequentiell von Kraftstoff durchströmt,
b) die Sensorelemente (14, 16) erzeugen zeitabhängige Ausgangssignale (18, 20), die eindeutig abhängig vom Ethanol-Gehalt des Kraftstoffgemisches sind, c) es wird eine Differenz der zeitabhängigen Ausgangssignale (18, 20) ermittelt und einer Plausibilisierung (24) unterzogen,
d) ein plausibilisiertes Ausgangssignal (30) wird ermittelt, welches zumindest eine Information über eine Änderungsrichtung im Ethanol-Gehalt des Kraftstoffgemisches enthält.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c) die Plausibilisierung (24) die Bestimmung einer Strömungsgeschwindigkeit (26) des Kraftstoffs beinhaltet.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c) überprüft wird, ob charakteristische Merkmale im zeitlichen Verlauf der Differenz der zeitabhängigen Ausgangssignale (18, 20) plausibel für die Strömungsgeschwindigkeit (26) sind.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit (26) des Kraftstoffs mittels eines Speichermodells (28) aus dem Produkt aus Motordrehzahl (30) und Einspritzmenge pro Einspritzung (32) erfolgt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt d) das plausibilisierte Ausgangssignal (34) zusätzlich eine Information über den Betrag der Änderung des Ethanolgehalts des Kraftstoffgemischs enthält. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt b) die zeitabhängigen Ausgangssignale (18, 20) durch eine Messung der Permittivität ε oder der Suszeptibilität κ bestimmt werden.
Vorrichtung zur Bestimmung einer Zusammensetzung eines Kraftstoffgemisches, insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: a) Zwei räumlich voneinander getrennt in einer Kraftstoff leitung (12) angeordnete Sensorelemente (14, 16), ausgebildet als voneinander isolierte metallische E- lektroden (38, 40), umgeben von einer weiteren als Rohr (44) ausgebildeten metallischen Elektrode 42,
b) wobei eine erste metallische Elektrode (38) mit der als Rohr (44) ausgebildeten weiteren metallischen Elektrode (42) einen ersten Kondensator (48, 58) bildet,
c) wobei die zweite metallische Elektrode (40) mit der als Rohr (44) ausgebildeten dritten metallischen Elektrode (42) einen zweiten Kondensator (60) bildet d) und ein Dielektrikum der Kondensatoren (48, 58; 60), durch den in der Kraftstoffleitung (12) strömenden Kraftstoff gebildet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite metallische Elektrode (38, 40) durch zylindrische Rohrstücke gebildet sind, jeweils von der rohrförmig ausgebildeten dritten metallischen Elektrode (42) umschlossen sind, deren Durchmesser (46) den der zylindrischen Rohrstücke übersteigt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (48, 58; 60) mit einer Wechselspannungsquelle (66) verbunden sind, die eine Wechselspannung in Sinus- oder in Rechteckform Vs1 erzeugt.
0. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltungsanordnung (56) einen Operationsverstärker (68) umfasst, der eine Differenz U_diff der über den Kondensatoren (48, 58; 60) abfallenden Spannungen U1 , U2 misst und eine Differenzspannung (70) U_diff ermittelt.
PCT/EP2010/068248 2009-12-17 2010-11-25 Vorrichtung zur messung einer zusammensetzung eines kraftstoffgemischs WO2011082884A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/516,608 US9097696B2 (en) 2009-12-17 2010-11-25 Device for measuring a composition of a fuel mixture
BRPI1014248A BRPI1014248B1 (pt) 2009-12-17 2010-11-25 dispositivo para medição de uma composição de uma mistura de combustível
CN201080057041.4A CN102656453B (zh) 2009-12-17 2010-11-25 用于测量燃料混合物组分的方法和装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009054844.0 2009-12-17
DE102009054844A DE102009054844A1 (de) 2009-12-17 2009-12-17 Vorrichtung zur Messung einer Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011082884A1 true WO2011082884A1 (de) 2011-07-14

Family

ID=43608381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/068248 WO2011082884A1 (de) 2009-12-17 2010-11-25 Vorrichtung zur messung einer zusammensetzung eines kraftstoffgemischs

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9097696B2 (de)
CN (1) CN102656453B (de)
BR (1) BRPI1014248B1 (de)
DE (1) DE102009054844A1 (de)
WO (1) WO2011082884A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016137343A1 (en) 2015-02-23 2016-09-01 Alsemix Sp. Z O.O. Method for determination of ethanol content in fuel for internal combustion engines

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130047963A1 (en) * 2011-08-26 2013-02-28 Continental Automotive Systems Us, Inc. Warranty violation detection system for disallowed fuels
US9658204B2 (en) * 2014-05-08 2017-05-23 Continental Automotive Systems, Inc. Stoichiometric air to fuel ratio sensor system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3412704A1 (de) 1983-04-06 1984-10-11 Nippondenso Co., Ltd., Kariya, Aichi Vorrichtung zum messen des alkoholgehaltes in kraftstoffgemischen
EP0377782A2 (de) * 1988-12-08 1990-07-18 FEV Motorentechnik GmbH & Co. KG Verfahren zur Feststellung des Alkoholgehaltes und/oder des Heizwertes von Kraftstoffen
US5488311A (en) * 1990-05-30 1996-01-30 Japan Electronic Control Systems Co., Ltd. Apparatus and method for measuring alcohol concentration of liquid blended with alcohol applicable to an automotive vehicle mounted internal combustion engine
EP0819938A2 (de) * 1996-07-17 1998-01-21 ACHENBACH BUSCHHÜTTEN GmbH Verfahren und Messsysteme zur Messung physikalischer Grössen von gering leitenden und nichtleitenden Fluiden
DE102007039861A1 (de) 2007-08-23 2009-02-26 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffsatteltank und Verfahren zum Betrieb eines Kraftstofffördersystems in einem Kraftstoffsatteltank

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4945863A (en) * 1988-03-30 1990-08-07 Fev Motorentechnik Gmbh & Co. Kg Process for operating a fuel-burning engine
JP2519116B2 (ja) 1990-05-30 1996-07-31 株式会社ユニシアジェックス 静電容量式アルコ―ル濃度測定装置
WO2004114450A1 (ja) 2003-06-24 2004-12-29 Nec Corporation アルコール濃度測定方法、アルコール濃度測定装置、および当該装置を含む燃料電池システム
JP4821560B2 (ja) 2006-10-27 2011-11-24 株式会社デンソー 液体性状センサ
DE102007026449A1 (de) 2007-06-06 2008-12-11 Robert Bosch Gmbh Fluidsensorvorrichtung
BRPI0701674B1 (pt) 2007-07-13 2022-09-27 Robert Bosch Limitada Sistema e método de identificação de combustível
JP4465725B2 (ja) 2008-04-04 2010-05-19 株式会社デンソー 液体用濃度測定装置
CN101435836B (zh) 2008-12-17 2011-01-26 重庆大学 采用文氏桥振荡电路测量液体电导率的频率检测器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3412704A1 (de) 1983-04-06 1984-10-11 Nippondenso Co., Ltd., Kariya, Aichi Vorrichtung zum messen des alkoholgehaltes in kraftstoffgemischen
EP0377782A2 (de) * 1988-12-08 1990-07-18 FEV Motorentechnik GmbH & Co. KG Verfahren zur Feststellung des Alkoholgehaltes und/oder des Heizwertes von Kraftstoffen
US5488311A (en) * 1990-05-30 1996-01-30 Japan Electronic Control Systems Co., Ltd. Apparatus and method for measuring alcohol concentration of liquid blended with alcohol applicable to an automotive vehicle mounted internal combustion engine
EP0819938A2 (de) * 1996-07-17 1998-01-21 ACHENBACH BUSCHHÜTTEN GmbH Verfahren und Messsysteme zur Messung physikalischer Grössen von gering leitenden und nichtleitenden Fluiden
DE102007039861A1 (de) 2007-08-23 2009-02-26 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffsatteltank und Verfahren zum Betrieb eines Kraftstofffördersystems in einem Kraftstoffsatteltank

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016137343A1 (en) 2015-02-23 2016-09-01 Alsemix Sp. Z O.O. Method for determination of ethanol content in fuel for internal combustion engines

Also Published As

Publication number Publication date
US20130133406A1 (en) 2013-05-30
BRPI1014248B1 (pt) 2019-08-13
CN102656453A (zh) 2012-09-05
CN102656453B (zh) 2016-08-03
US9097696B2 (en) 2015-08-04
BRPI1014248A2 (pt) 2016-04-12
DE102009054844A1 (de) 2011-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0411204B1 (de) Verfahren zur Feststellung des Alkoholgehaltes und/oder des Heizwertes von Kraftstoffen
EP2962074A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines vorgegebenen füllstands eines mediums in einem behälter
DE102011003158A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur kapazitiven Füllstandsmessung
DE4230313C2 (de) Vorrichtung zur Erfassung einer dielektrischen Konstanten
EP3329246B1 (de) Phasenregeleinheit für vibronischen sensor
DE3841264C2 (de) Verfahren zur Feststellung des Alkoholgehaltes und/oder des Heizwertes von Kraftstoffen
WO2010063566A2 (de) Verfahren zur bestimmung einer zusammensetzung eines kraftstoffgemischs
WO2012062798A1 (de) Verfahren zur kalibrierung einer leitfähigkeitsmesszelle
WO2011082884A1 (de) Vorrichtung zur messung einer zusammensetzung eines kraftstoffgemischs
DE4237554A1 (de)
DE102009031159B3 (de) Verfahren zum Bestimmen einer Kraftstoffqualität, Kraftstoffsensor und Verwendung einer Kraftstoffpumpe
DE19828595C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen der Verbrennungsvorgänge im Brennraum einer Brennkraftmaschine
WO2019115369A1 (de) Sensoreinrichtung zum erfassen von elektrisch leitfähigen medien, verfahren zum betreiben der sensoreinrichtung
DE102017111393A1 (de) Verfahren zur Prozessüberwachung
DE102016210983A1 (de) Kapazitiver Grenzstandschalter
DE102016210982B4 (de) Kapazitiver Grenzstandschalter
EP3567349B1 (de) Impedanzgrenzschalter mit anpassung der anregung
DE102018207171B4 (de) Impedanzgrenzschalter, basierend auf einer elektrischen Resonanzbildung, mit optimierter Datenanalyse zur Verbesserung der Störfestigkeit
EP0724140B1 (de) Verfahren und Anordnung zur Auswertung der Signale eines kapazitiven Füllstandsensors
WO1999001774A1 (de) Diagnoseeinrichtung zur erkennung von fehlschlüssen bei einem induktiven sensor
DE102010052626A1 (de) Verfahren zur kapazitiven Füllstands- und Konzentrationsmessung von Flüssigkeiten
DE10142169A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Sensoreinheit
DE102022104312A1 (de) Kompensierte Leitfähigkeitsbestimmung
DE102020134379A1 (de) Leitfähigkeits-Messung
WO2023194144A1 (de) Dielektrizitätswert-messgerät

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080057041.4

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10788280

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13516608

Country of ref document: US

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: PI1014248

Country of ref document: BR

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10788280

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: PI1014248

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20111228