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WO2009010102A1 - Sensor zur messung des kohlenwasserstoffgehalts in einem gasstrom in einer spülleitung - Google Patents

Sensor zur messung des kohlenwasserstoffgehalts in einem gasstrom in einer spülleitung Download PDF

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WO2009010102A1
WO2009010102A1 PCT/EP2007/059175 EP2007059175W WO2009010102A1 WO 2009010102 A1 WO2009010102 A1 WO 2009010102A1 EP 2007059175 W EP2007059175 W EP 2007059175W WO 2009010102 A1 WO2009010102 A1 WO 2009010102A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
hydrocarbon content
measuring
temperature
hydrocarbon
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2007/059175
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Bierl
Philippe Grass
Stephan Heinrich
Manfred Weigl
Andreas Wildgen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive 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 Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Priority to JP2010516375A priority Critical patent/JP5542670B2/ja
Priority to US12/668,810 priority patent/US8935950B2/en
Publication of WO2009010102A1 publication Critical patent/WO2009010102A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • F02M25/0836—Arrangement of valves controlling the admission of fuel vapour to an engine, e.g. valve being disposed between fuel tank or absorption canister and intake manifold
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/003—Adding fuel vapours, e.g. drawn from engine fuel reservoir
    • F02D41/0045—Estimating, calculating or determining the purging rate, amount, flow or concentration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0611—Fuel type, fuel composition or fuel quality
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/011—Velocity or travel time
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
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    • G01N2291/0215—Mixtures of three or more gases, e.g. air
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/18—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested

Definitions

  • the invention relates to a sensor for measuring the hydrocarbon content in a gas stream in a Spul effet.
  • hydrocarbon storage are small tanks which are arranged above or on the fuel tank and z. B. contain an activated carbon storage element.
  • the evaporated hydrocarbons are taken up by the activated charcoal, stored and released again when needed.
  • the hydrocarbon storage is emptied via a Spultechnisch. For this purpose, injected into the hydrocarbon reservoir outside air which absorbs the hydrocarbons and hinbowt on the Spultechnisch from hydrocarbon ⁇ fuel reservoir to the engine.
  • the hydrocarbons can now the intake air of the engine be fed and thus contribute to the combustion.
  • the injection system should inject correspondingly less fuel.
  • the valve is opened in the Spul effet after a stored in the engine control model, the fuel-air mixture is enriched in the engine accordingly and using the ⁇ -probe in the exhaust system, a corresponding adjustment of the injected fuel is sought.
  • This control by means of the ⁇ -probe is relatively inert, so that when opening the valve in the Spul effet after the stored in the engine control model is regularly burned a much too rich air-fuel mixture in the engine. This leads on the one hand to increased consumption of the internal combustion engine and on the other hand to very poor exhaust gas values.
  • Hyb ⁇ dGermanen with a very low exhaust emission and often stationary internal combustion engine is the Prob ⁇ lem of the controlled winding of the hydrocarbon storage on.
  • the sensor least includes a temperature sensor at least one heating element and min ⁇ , wherein the heating element heats the gas stream and the temperature sensor (29, 30) detects the temperature of the gas stream, which is evaluated as a measure of the hydrocarbon content in the gas stream, the hydrocarbon content may be detected very accurately in the gas flow in the Spullei ⁇ tion.
  • hydrocarbon storage is designed as activated charcoal storage. Activated carbon stores the hydrocarbons very effectively, it is inexpensive and environmentally compatible.
  • a first temperature sensor gas flow upstream and a second temperature sensor gas flow is arranged downstream of the heating element. This makes the detection of gas properties particularly accurate.
  • the temperature difference is determined between the second temperature sensor and the first temperature sensor.
  • the temperature difference forms the warming capacity of the gas mixture.
  • the temperature sum can be determined between the first temperature sensor and the second temperature sensor.
  • the temperature sum reflects the thermal conductivity of the gas mixture.
  • the mass flow of the hydrocarbons in the spooling line is determined from the temperature difference and the temperature sum. Using the appropriate maps, this is an easy and fast arithmetic operation that can be performed by the electronic engine controller or processor on the sensor.
  • the volume flow of the hydrocarbons in the spooling line is determined from the temperature difference and the temperature sum.
  • the volume flow of the hydrocarbons bons is an important Great for calculating together ⁇ men attitude of the fuel-air mixture.
  • the determination of the mass flow and the particle flow hydrocarbons in the Spul ein is of great importance for the calculation of the composition of the fuel-air mixture.
  • the senor is arranged in or on the Spul ein, in or on the hydrocarbon storage and / or in or on the intake.
  • the use of several sensors at different positions mentioned above can make sense, in order to obtain a particularly accurate measurement.
  • At least one ultrasound source and at least one ultrasonic receiver whereby the running time of an ultrasonic pulse transmitted from the ultrasonic source by the gas flow to the ultrasonic receiver is evaluated as a measure of the Koh ⁇ lenwasserstoffgehalt in the gas stream may Also, the hydrocarbon content in the gas stream in the Spul nie admir be detected very accurately.
  • the ultrasound source is simultane- ously designed as an ultrasound receiver.
  • ultrasonic pulses can be sent very easily with and against the gas flow.
  • the difference of the transit times is Zvi ⁇ rule the first ultrasonic transmitter to the ultrasonic receiver and the second second ultrasonic transmitter to the ERS th ultrasonic receiver determined. This transit time difference correlates with the velocity of the gas stream.
  • the sum of the transit times between the first ultrasound transmitter to the second ultrasound receiver and the second ultrasound transmitter to the first ultrasound receiver is determined.
  • the cumulative transit time correlates with the speed of sound of the gas mixture transported in the gas stream.
  • FIG. 1 an internal combustion engine with its fuel supply
  • FIG. 2 shows an ideal discharge behavior of the hydrocarbon reservoir
  • FIG. 3 a real emptying behavior of the hydrocarbon reservoir
  • FIG. 4 shows an emptying behavior of the only partially filled hydrocarbon reservoir
  • FIG. 5 shows the sensor for detecting the hydrocarbon content
  • FIG. 6 the actual sensor element
  • FIG. 7 shows a further illustration of the sensor element
  • FIG. 8 shows the sensor for detecting the hydrocarbon content in its installation situation in the spool line
  • FIG. 9 the characteristic diagram for evaluating the measurement results of the sensor
  • FIG. 10 shows an alternative embodiment of the sensor for detecting the content of hydrocarbons
  • FIG. 11 shows a characteristic diagram for the sensor according to FIG. 10.
  • Fig. 1 shows an internal combustion engine 1, which is connected by a fuel line 5 to the fuel tank 2.
  • the fuel crop unit 20 can be seen, which leads the fuel 3 via the fuel line 5 and the fuel filter 7 to the internal combustion engine 1, where the fuel 3 is injected with injection valves 18 in the intake manifold 36 and in the internal combustion engine 1 for combustion.
  • the exhaust gases of the combustion process are required by the exhaust line 9 away from the engine.
  • the ⁇ -probe 8 can be seen, which monitors the exhaust gases and optimal combustion of the fuel-air mixture he ⁇ possible to.
  • the ⁇ -probe 8 via an electrical signal line 21 to the electronic engine control unit (EMS) 11 connected.
  • EMS electronic engine control unit
  • the air inlet 10 can be seen, which leads to the intake tract 36, in which a throttle valve 37 is arranged.
  • a sensor 4 for detecting the fuel composition is arranged in the fuel tank 2.
  • This can be z. B. be a flex-fuel sensor.
  • a high ambient temperature can evaporate slightly liquid hydrocarbons from the fuel 3.
  • a gas mixture 15 with hydrocarbons is formed above the fuel 3 in the fuel tank 2. Since the fuel tank 2 is hermetically sealed to the outside at the end of its Emfullstutzens 22 with the tank cap, the pressure in the fuel tank 2, which leads to the evaporated hydrocarbons are pressed into the hydrocarbon reservoir 12. This hydrocarbon reservoir can only absorb a certain amount of hydrocarbon until it saturates.
  • the hydrocarbon storage 12 If the hydrocarbon storage 12 is saturated with hydrocarbons, then the hydrocarbon storage 12 must be spooled.
  • the purge valve 14 is opened and air is pumped into the hydrocarbon reservoir 12 via the purge air inlet, which receives the hydrocarbons and transports them via the spool line 17 to the internal combustion engine 1.
  • the spooling valve 19 must be opened.
  • the electronic engine control 11 is responsible for the opening of the Spullei- management valve 19, the electronic engine control 11 is responsible.
  • FIGS. 2 to 4 The emptying of the hydrocarbon reservoir 12 is shown in FIGS. 2 to 4, in which it can be seen that the emptying does not always have to be carried out ideally according to a model stored in the electronic engine control system 11.
  • the hydrocarbon memory can in particular Figs. 3 and 4 show that the emptying approximately behave the Ide ⁇ almodell, which is shown in Fig. 2 differ extremely. Therefore, it is extremely difficult to use only one electronic see engine control 11 stored model the Spul effets- valve 19 to control precisely, so that it can not come to superfatting the fuel-air mixture in the engine.
  • sensors 16 for detecting the hydrocarbon content B in the spooling line 17 are formed in or on the hydrocarbon reservoir 12, in or on the spool line 17 or in or on the intake tract 36. By means of these sensors 16, the hydrocarbon content B can be detected in the gas flow 31 of the Spul effet 17 with high accuracy.
  • FIG. 2 shows an ideal discharge behavior of the hydrocarbon reservoir 12.
  • the spool valve 14 and the scavenging valve 19 are opened by the engine control 11 at the time t 1.
  • the Spullufteinlass 13 penetrates now Spulluft in the fully saturated hydrocarbon storage and takes on the hydrocarbons, which are supplied to the internal combustion engine 1.
  • the emptying of the hydrocarbon reservoir 12 exponentially declines with time.
  • the content of B Kohlenwas ⁇ hydro- in the gas stream 31 continues approaches over time the value 0.
  • B. impacts on the motor vehicle while driving over potholes or other bumps to a significantly different emptying behavior of the hydrocarbon reservoir 12th
  • FIG. 1 A further scenario of emptying the hydrocarbon reservoir 12 is shown in FIG. It is by no means always assumed that the hydrocarbon reservoir 12 is completely saturated with hydrocarbons at the time the spool valve 14 and the spool line valve 19 are opened. Thus, the exponential decay of the content B of the hydrocarbons in the gas stream is completely different because one is in a completely different area of the exponential function.
  • the spool valve 14 and the spool valve 19 are opened with the hydrocarbon reservoir 12 partially laden, and it will be appreciated that the e-function converges much more shallowly to 0 than in the example of Figure 2.
  • Figures 3 and 4 illustrate in that, for an optimum fuel-air mixture in the internal combustion engine 1, it is essential to accurately measure the content B of the hydrocarbons in the gas flow 31 of the discharge line 17.
  • the sensor 16 for detecting the hydrocarbon content B in the gas stream 31 in a spool line 17 from a hydrocarbon reservoir 12 to an internal combustion engine 1.
  • the sensor 16 is embodied here as a micromechanical component which is integrated on a silicon chip 32.
  • the evaluation circuit 25, which may be formed as a microprocessor and an EPROM 26.
  • the sensor 16 for detecting the hydrocarbon content B contains an analog-to-digital converter (ADC) 27, the analog signals of the sensor element 24 in converts digital signals that can be processed by the evaluation circuit 25.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the micromechanical sensor 16 for detecting the hydrocarbon content here has an extension of about 3 mm by 7 mm.
  • the actual sensor element 24 is shown in FIG. 6.
  • FIG. 6 shows the sensor element 24 with a first temperature sensor 29 and a second temperature sensor 30.
  • the heating element 28 is arranged between the first temperature sensor 29 and the second temperature slider 30. These elements are integrated on the silicon chip 32.
  • the gas stream 31 flowing past the sensor element 24 is heated by the heating element 28 in a defined manner.
  • the first temperature sensor 29 is located upstream of the heating element 28 and it detects the temperature of the gas stream 31 in front of the heating element 28 and the second temperature sensor 30 is disposed downstream of the heating element 28 and it detects the temperature of the heated gas stream 31. Adding these tempera ren, thus one comes to the sum temperature STP. If one forms the difference of the temperatures, one arrives at the difference temperature DTP.
  • the sum temperature STP stands for the property of the thermal conductivity in the medium flowing past
  • the differential temperature DTP stands for the property of the heat ⁇ capacity streaming gas mixture. From these two values (STP and DTP) can determine the mass flow rate of the passing current medium and using a map as shown in Fig. 9, the content B of hydrocarbon ⁇ materials in the gas stream 31 in the Spul effet 17. The procedure for Determination of the content B of hydrocarbons in the gas flow 31 will be explained in more detail later in connection with FIG. 9.
  • the first temperature sensor 29 consists here of two temperature sensors, which can measure a temperature difference AT 1 and the second temperature sensor 30 is made here two temperature sensors that can measure a second temperature difference ⁇ T 2 .
  • the total temperature difference now results as a difference ⁇ T 2 - AT 1 .
  • This sensor element 24 also detects the temperatures upstream and downstream of the heating element. ment 28. For a given gas turns of a be ⁇ voted mass flow a fixed specific ratio of AT 1 + 2 to .DELTA.T .DELTA.T 2 - AT 1 a.
  • the electronic engine controller 11 or the microprocessor 25 in the sensor 16 calculate both the mass flow and the gas composition.
  • the evaluation circuit accesses a series of maps stored in the electronic engine control unit 11 and searches out the relevant information for the detected fuel.
  • the temperature difference ⁇ T 2 - AT 1 here reacts to the heat capacity of the gas mixture and the sum AT 1 + AT 2 reacts more to its thermal conductivity.
  • the characteristics of air and enriched air Kohlenwas ⁇ serstoff differs markedly so that even small concentrations of hydrocarbon in the air cause a significantly different characteristic.
  • the opening cross-section of the spool line valve 18 can thus be controlled very precisely so that optimum mixture formation is achieved in the internal combustion engine 1.
  • Fig. 8 shows the sensor 16 for detecting the hydrocarbon content B in its installation situation in the Spul für 17.
  • the gas stream 31 is indicated by the arrow.
  • the sensor 16 contains the heating element 28 and the temperature sensor 29, 30 arranged upstream and downstream from the heating element 28.
  • the entire sensor 16 is arranged on a silicon chip 32 and the silicon chip 32 is integrated into the tube wall of the spool line 17.
  • About the heating element 28 isotherms 38 can be seen, which should represent the temperature gradient across the temperature sensors 29 and 30. From the sum of the sensed temperatures STP and the difference in the sensed temperatures DTP, it is possible to deduce the content B of hydrocarbons in the gas stream 31.
  • FIG. 8 is not drawn to scale, but to clarify the dimensions, the cross section of a conventional spool line 17 is approximately 5 mm and the expansion of the silicon chip 32 with about 2, 8 mm.
  • the sensor measures 16 beispielswei ⁇ se a differential temperature DTP of 0.75 * 10 4 and a sum temperature of STP of 1.83 * 10 4, then an intersection point of the two values in the characteristic diagram obtained when the content B of 40% of hydrocarbon in the gas stream 31 in the Spul effet 17. In this way can be determined very accurately with the sensor 16, the content of hydrocarbon in the Spul effet 17.
  • FIG. 10 shows an alternative embodiment of the sensor 16 for detecting de hydrocarbon content B. Shown again is the Spul für 17 with the current therein gas mixture 15th with hydrocarbons.
  • a first ultrasonic source 33 is formed, which can also serve as an ultrasonic receiver 33 and a second ultrasonic source 34 trained, which can also serve as an ultrasonic receiver 34.
  • a sound reflector 35 is not absolutely necessary for the realization of the invention, the ultrasonic sources and receivers (33, 34) can also be arranged opposite one another. From the first ultrasonic source 33, an ultrasonic pulse is emitted, which is sent via the ultrasonic reflector 35 to the second ultrasonic receiver 34.
  • the thereby required running time taul is registered by the evaluation circuit 25.
  • the second ultrasonic receiver is now used as the second sound source 34 and also emits an ultrasonic pulse which is against the gas flow 31 via the sound ⁇ reflector 35 to the first sound receiver 33 runs and requires a duration tau2.
  • a cumulative transit time StauP taul + tau2
  • the total run time Staup correlated here with the speed of sound of the gas mixture 15 and the difference term DtauP correlated with the media speed itself.
  • X StauP
  • DtauP tau2-taul
  • StauP taul + tau2 shown. If one now measures both transit times with the sensor 16 according to FIG. 10, one can in turn infer the content B of hydrocarbons in the gas flow 31 in the characteristic diagram according to FIG. 11.

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Abstract

Sensor (16) zur Messung das Kohlenwasserstoffgehaltes in einem Gasstrom (31) in einer Spülleitung (17). Um einem Sensor anzugeben, der den Kohlenwasserstoffgehalt im Gasstrom in der Spülleitung von einem Kohlenwasserstoffspeicher (12) zu einem Verbrennungsmotor (1) präzise messen kann, weist der Sensor mindestens ein Heizelement und mindestens einen Temperaturfühler auf, wobei das Heizelement den Gasstrom aufheizt und der Temperaturfühler die Temperatur des Gasstroms ermittelt, welche als Mass für den Kohlenwasserstoffgehalt im Gasstrom ausgewertet wird.

Description

Beschreibung
Sensor zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts in einem Gasstrom in einer Spulleitung
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts in einem Gasstrom in einer Spulleitung.
Ein zentrales Thema der Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge ist die Reduzierung der vom Kraftfahrzeug ausgehenden Abgase. Hierbei hat man sich in den letzten Jahren in erster Linie auf die Säuberung der Verbrennungsabgase konzentriert. Darüber hinaus gibt es aber im Kraftfahrzeug eine Reihe weiterer Quellen für unerwünschte Abgase. Zu diesen Quellen zahlt der Kraftstofftank des Kraftfahrzeuges. Kraftstoffe wie z. B. Su- perbenzm, die im Kraftstofftank gelagert sind, weisen eine Reihe von leicht fluchtigen Kohlenwasserstoffen auf. Hierzu zahlt z. B. Methan, Butan, und Propan. Diese leichtflüssigen Kohlenwasserstoffe können sich z. B. im Sommer bei hohen Au- ßentemperaturen oder durch das Schuttein des Kraftstoffes wahrend der Fahrt aus dem Kraftstoff losen und als gasformiger Bestandteil den Kraftstofftank verlassen. Um dem entgegenzuwirken, werden moderne Kraftstofftanks gasdicht nach außen abgeschlossen. Die fluchtigen Kohlenwasserstoffe müssen dann in einem KohlenwasserstoffSpeicher zwischengespeichert werden. Derartige KohlenwasserstoffSpeicher sind kleine Tanks, die über oder an dem Kraftstofftank angeordnet sind und z. B. ein Aktivkohlespeicherelement enthalten. Die abgedampften Kohlenwasserstoffe werden von der Aktivkohle aufge- nommen, gespeichert und bei Bedarf wieder abgegeben. Nachdem der Aktivkohlespeicher eine gewisse Menge der Kohlenwasser¬ stoffe aufgenommen hat, wird der KohlenwasserstoffSpeicher über eine Spulleitung entleert. Hierzu wird in den KohlenwasserstoffSpeicher außen Luft eingeblasen, die die Kohlenwas- serstoffe aufnimmt und über die Spulleitung vom Kohlenwasser¬ stoffSpeicher zum Verbrennungsmotor hinfuhrt. Die Kohlenwasserstoffe können nun der Ansaugluft des Verbrennungsmotors zugeführt werden und damit zur Verbrennung beitragen. Da durch die Kohlenwasserstoffe in der Ansaugluft dem Verbrennungsmotor schon eine gewisse Energiemenge zugeführt wird, sollte das Einspritzsystem entsprechend weniger Kraftstoff einspritzen. Nach dem Stand der Technik wird das Ventil in der Spulleitung nach einem in der Motorsteuerung abgelegten Modell geöffnet, wobei das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Verbrennungsmotor entsprechend angefettet wird und mithilfe der Λ-Sonde im Abgasstrang eine entsprechende Ausregelung des eingespritzten Kraftstoffes angestrebt wird. Diese Regelung mithilfe der Λ-Sonde erfolgt relativ trage, so dass bei der Öffnung des Ventils in der Spulleitung nach dem in der Motorsteuerung abgelegten Modell regelmäßig ein wesentlich zu fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch im Motor verbrannt wird. Dies fuhrt zum einen zu einem erhöhten Verbrauch des Verbrennungsmotors und zum anderen zu sehr schlechten Abgaswerten. Besonders bei Hybπdfahrzeugen mit einer sehr geringen Abgasemis- sion und oft stehendem Verbrennungsmotor ist tritt das Prob¬ lem der kontrolliert Spulung des KohlenwasserstoffSpeichers auf.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor anzugeben, der den Kohlenwasserstoffgehalt im Gasstrom in der Spulleitung von einem KohlenwasserstoffSpeicher zu ei- nem Verbrennungsmotor präzise messen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die Sensoren nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 14 erfüllt.
Dadurch, dass der Sensor mindestens ein Heizelement und min¬ destens einen Temperaturfühler aufweist, wobei das Heizelement den Gasstrom aufheizt und der Temperaturfühler (29, 30) die Temperatur des Gasstroms ermittelt, welche als Maß für den Kohlenwasserstoffgehalt im Gasstrom ausgewertet wird, kann der Kohlenwasserstoffgehalt im Gasstrom in der Spullei¬ tung sehr genau erfasst werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Funktionen f (X) =STP (DTP) für unterschiedliche Gase und Gasgemische (Kohlenwasserstoffge¬ halt im Gasgemisch) deutlich voneinander unterscheiden, was mit Kennfelder sehr gut darstellen lasst. Anhand dieser Kennfelder und mit den Messwerten des Sensors ist die Ermittlung des Kohlenwasserstoffgehalts im Gasstrom in der Spulleitung problemlos möglich.
Bei einer Weiterbildung ist der KohlenwasserstoffSpeicher als mit Aktivkohle befullter Speicher ausgebildet. Aktivkohle speichert die Kohlenwasserstoffe sehr effektiv, sie ist preiswert und umweltvertraglich .
Bei einer Ausgestaltung ist ein erster Temperaturfühler Gasstrom aufwärts und ein zweiter Temperaturfühler Gasstrom ab- warts vom Heizelement angeordnet. Damit ist die Erfassung der Gaseigenschaften besonders genau.
Bei einer nächsten Weiterbildung wird zwischen dem zweiten Temperaturfühler und dem ersten Temperaturfühler die Tempera- turdifferenz ermittelt. Die Temperaturdifferenz bildet die Warmeleitkapazitat des Gasgemisches ab.
Zudem kann zwischen dem ersten Temperaturfühler und dem zweiten Temperaturfühler die Temperatursumme ermittelt. Die Tem- peratursumme bildet die Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches ab.
Bei einer nächsten Ausgestaltung wird aus der Temperaturdifferenz und der Temperatursumme der Massenstrom der Kohlenwas- serstoffe in der Spulleitung ermittelt. Unter Verwendung der entsprechenden Kennfelder ist dies eine leichte und schnelle Rechenoperation, die von der elektronischen Motorsteuerung oder dem Prozessor auf dem Sensor ausgeführt werden kann.
Bei einer Weiterbildung wird aus der Temperaturdifferenz und der Temperatursumme der Volumenstrom der Kohlenwasserstoffe in der Spulleitung ermittelt. Der Volumenstrom der Kohlenwas- serstoffe ist eine wichtige Große zur Errechnung der Zusam¬ mensetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches . Auch die Ermittlung des Massenstroms und des Teilchenstroms Kohlenwasserstoffe in der Spulleitung ist von großer Bedeutung für die Errechnung der Zusammensetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches .
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Sensor in oder an der Spulleitung, in oder an dem KohlenwasserstoffSpeicher und/oder in oder an dem Ansaugtrakt angeordnet ist. Die Ver- wendung von mehreren Sensoren an verschiedenen zuvor genannten Positionen kann durchaus sinnvoll sein, um eine besonders genaue Messung zu erhalten.
Wenn der Sensor, wie bei einer gleichwertigen Ausfuhrung der Erfindung, mindestens eine Ultraschallquelle und mindestens einen Ultraschallempfanger aufweist, wobei die Laufzeit eines von der Ultraschallquelle durch den Gasstrom zum Ultraschall- empfanger gesendeten Ultraschallimpulses als Maß für den Koh¬ lenwasserstoffgehalt im Gasstrom ausgewertet wird, kann eben- falls der Kohlenwasserstoffgehalt im Gasstrom in der Spulleitung sehr genau erfasst werden. Der Erfindung liegt auch hier die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Funktionen f (X) =StauP (DtauP) für unterschiedliche Gase und Gasgemische (Kohlenwasserstoffgehalt im Gasgemisch) deutlich voneinander unterscheiden, was mit Kennfelder sehr gut darstellen lasst. Anhand dieser Kennfelder und mit den Messwerten des Sensors ist die Ermittlung des Kohlenwasserstoffgehalts im Gasstrom in der Spulleitung problemlos möglich.
Bei einer Weiterbildung ist die Ultraschallquelle gleichzei¬ tig als Ultraschallempfanger ausgebildet. Damit können Ultraschallimpulse sehr einfach mit und gegen den Gasstrom ausgesendet werden.
Bei einer Ausgestaltung wird Differenz der Laufzeiten zwi¬ schen dem ersten Ultraschallsender zu dem zweiten Ultraschallempfanger und dem zweiten Ultraschallsender zu dem ers- ten Ultraschallempfanger ermittelt. Diese Laufzeitdifferenz korreliert mit der Geschwindigkeit des Gasstromes.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn Summe der Laufzeiten zwischen dem ersten Ultraschallsender zu dem zweiten Ultraschallempfanger und dem zweiten Ultraschallsender zu dem ersten Ultraschallempfanger ermittelt wird. Die Summenlaufzeit korreliert mit Schallgeschwindigkeit des im Gasstrom transportierten Gasgemisches.
Bei einer Weiterbildung wird aus der Differenz und der Summe der Laufzeiten unter Ausnutzung eines Kennfeldes der Kohlenwasserstoffgehalt in dem Gasstrom in der Spulleitung ermit¬ telt. Unter Verwendung der entsprechenden Kennfelder ist dies eine leichte und schnelle Rechenoperation, die von der elektronischen Motorsteuerung oder dem Prozessor auf dem Sensor ausgeführt werden kann.
Bei einer nächsten Weiterbildung wird aus der Differenz und der Summe der Laufzeiten der Volumenstrom der Kohlenwasserstoffe in der Spulleitung ermittelt. Der Volumenstrom der Kohlenwasserstoffe ist eine wichtige Große zur Errechnung der Zusammensetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches . Auch die Ermittlung des Massenstroms und des Teilchenstroms Kohlenwas- serstoffe in der Spulleitung ist von großer Bedeutung für die Errechnung der Zusammensetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches .
Ausfuhrungsformen der Erfindung werden in den Figuren beispielhaft dargestellt. Es zeigt:
Figur 1: einen Verbrennungsmotor mit seiner Kraftstoffversorgung,
Figur 2: ein ideales Entladungsverhalten des Kohlenwasser- stoffSpeichers , Figur 3: ein reales Entleerungsverhalten des KohlenwasserstoffSpeichers,
Figur 4: ein Entleerungsverhalten des nur teilweise ge- füllten KohlenwasserstoffSpeichers,
Figur 5: den Sensor zur Erkennung des Kohlenwasserstoffge- haltes,
Figur 6: das eigentliche Sensorelement,
Figur 7: eine weitere Darstellung des Sensorelementes,
Figur 8: den Sensor zur Erkennung des Kohlenwasserstoffge- haltes in seiner Einbausituation in der Spulleitung,
Figur 9: das Kennfeld zur Auswertung der Messergebnisse des Sensors,
Figur 10: eine alternative Ausfuhrung des Sensors zur Erkennung de Kohlenwasserstoffgehaltes,
Figur 11: ein Kennfeld für den Sensor nach Figur 10.
Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1, der durch eine Kraftstoffleitung 5 mit dem Kraftstofftank 2 verbunden ist. Im Kraftstofftank 2 ist die KraftstofffOrdereinheit 20 zu erkennen, die den Kraftstoff 3 über die Kraftstoffleitung 5 und den Kraftstofffilter 7 hin zum Verbrennungsmotor 1 fuhrt, wo der Kraftstoff 3 mit Einspritzventilen 18 in den Ansaugtrakt 36 eingespritzt wird und im Verbrennungsmotor 1 zur Verbrennung kommt. Die Abgase des Verbrennungsprozesses werden durch den Abgasstrang 9 vom Motor weg gefordert. Im Abgasstrang 9 ist die Λ-Sonde 8 zu erkennen, die die Abgase überwacht und eine optimale Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches er¬ möglichen soll. Dazu ist die Λ-Sonde 8 über eine elektrische Signalleitung 21 mit dem elektronischen Motorsteuergerat (EMS) 11 verbunden. Weiterhin ist in Fig. 1 der Lufteinlass 10 zu erkennen, der zum Ansaugtrakt 36 fuhrt, in dem eine Drosselklappe 37 angeordnet ist.
Im Kraftstofftank 2 ist Kraftstoff 3 zu erkennen. Zur Unterscheidung der verschiedenen Kraftstoffqualitaten ist im Kraftstofftank 2 ein Sensor 4 zur Erkennung der KraftstoffZusammensetzung angeordnet. Dies kann z. B. ein Flex-Fuel- Sensor sein. Durch eine hohe Umgebungstemperatur beispiels- weise können aus dem Kraftstoff 3 leicht flussige Kohlenwasserstoffe abdampfen. Hierdurch entsteht über dem Kraftstoff 3 im Kraftstofftank 2 ein Gasgemisch 15 mit Kohlenwasserstoffen. Da der Kraftstofftank 2 am Ende seines Emfullstutzens 22 mit dem Tankdeckel hermetisch nach außen abgeschlossen ist, entsteht im Kraftstofftank 2 ein Überdruck, der dazu fuhrt, dass die abgedampften Kohlenwasserstoffe in den KohlenwasserstoffSpeicher 12 gepresst werden. Dieser KohlenwasserstoffSpeicher kann nur eine gewisse Kohlenwasserstoffmenge aufnehmen, bis er in die Sättigung gerat. Ist der Kohlenwas- serstoffSpeicher 12 mit Kohlenwasserstoffen gesattigt, so muss der KohlenwasserstoffSpeicher 12 gespult werden. Hierzu wird das Spulventil 14 geöffnet und über den Spullufteinlass wird Luft in den KohlenwasserstoffSpeicher 12 gepumpt, die die Kohlenwasserstoffe aufnimmt und über die Spulleitung 17 zum Verbrennungsmotor 1 transportiert. Dazu muss das Spullei- tungsventil 19 geöffnet werden. Für die Öffnung des Spullei- tungsventils 19 ist die elektronische Motorsteuerung 11 zustandig.
Die Entleerung des KohlenwasserstoffSpeichers 12 wird in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, in denen zu erkennen ist, dass die Entleerung keineswegs immer ideal nach einem in der e- lektronischen Motorsteuerung 11 abgelegten Modell erfolgen muss. Insbesondere die Fig. 3 und 4 zeigen, dass das Entlee- rungsverhalten des KohlenwasserstoffSpeichers extrem vom Ide¬ almodell, das in Fig. 2 dargestellt ist, abweichen kann. Daher ist es äußerst schwierig, nur mit einem in der elektroni- sehen Motorsteuerung 11 abgelegten Modell das Spulleitungs- ventil 19 genau zu steuern, so dass es im Verbrennungsmotor nicht zur Überfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kommen kann .
Um eine optimale Entleerung des KohlenwasserstoffSpeichers 12 zu erreichen, sind im oder am KohlenwasserstoffSpeicher 12, in oder an der Spulleitung 17 oder in oder an dem Ansaugtrakt 36 Sensoren 16 zur Erkennung des Kohlenwasserstoffgehaltes B in der Spulleitung 17 ausgebildet. Mithilfe dieser Sensoren 16 kann der Kohlenwasserstoffgehalt B die im Gasstrom 31 der Spulleitung 17 mit hoher Genauigkeit erkannt werden. Aufgrund dieser Messwerte kann die elektronische Motorsteuerung 11 ein optimales Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraumen des Verbrennungsmotors 1 einstellen, indem über die Einspritzventile 18 bei hoher Beladung des Gasstromes 31 mit Kohlenwasserstoffen einfach eine geringere Menge Kraftstoff 3 im Luft- Gas-Gemisch zugesetzt wird. Damit wird es für die Λ-Sonde 8 sehr einfach, ein optimales Λ=l einzuregeln, womit eine Schadstoffarme Verbrennung der Kohlenwasserstoffe im Verbrennungsmotor 1 gewährleistet ist.
Anzumerken ist, dass mithilfe des Flex-Fuel-Sensors 4 immer die vorhandene Qualität des Kraftstoffes 3 erkannt werden kann, womit in der elektronischen Motorsteuerung 11 das entsprechende Kennfeld geladen werden kann, aus dem mit den Da¬ ten des Sensors 16 auf den Kohlenwasserstoffgehalt in der Spulleitung 17 geschlossen werden kann. Hierfür sollten in der elektronischen Motorsteuerung 11 für verschiedene Kraft- stoffqualitaten verschiedene Kennfelder hinterlegt sein.
Fig. 2 zeigt ein ideales Entladungsverhalten des KohlenwasserstoffSpeichers 12. Ausgehend davon, dass der KohlenwasserstoffSpeicher 12 bis zum bis zum Zeitpunkt ti vollständig mit Kohlenwasserstoffen gesattigt ist, wird zum Zeitpunkt ti von der Motorsteuerung 11 das Spulluftventil 14 und das Spullei- tungsventil 19 geöffnet. Durch den Spullufteinlass 13 dringt nun Spulluft in den vollständig gesattigten KohlenwasserstoffSpeicher ein und nimmt die Kohlenwasserstoffe auf, die dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt werden. Im Idealfall erfolgt die Entleerung des KohlenwasserstoffSpeichers 12 expo- nentiell abfallend mit der Zeit. Der Gehalt B von Kohlenwas¬ serstoffen im Gasstrom 31 nähert sich mit der Zeit immer weiter dem Wert 0 an. Nach dem Offnen des Spulleitungsventils 19 strömt zunächst eine sehr große Menge an Kohlenwasserstoffen dem Verbrennungsmotor 1 zu, wobei diese Menge exponentiell abnehmend gegen B=O konvergiert. Unter realen Bedingungen kommt es durch äußere Einflüsse, z. B. Stoße auf das Kraftfahrzeug wahrend einer Fahrt über Schlaglocher oder andere Unebenheiten, zu einem wesentlich anderen Entleerungsverhalten des KohlenwasserstoffSpeichers 12.
Dieses reale Entleerungsverhalten ist in Fig. 3 dargestellt. Wiederum ausgehend von einem vollständig gesattigten KohlenwasserstoffSpeicher 12 beginnt die Entleerung des Kohlenwas¬ serstoffSpeichers 12 zum Zeitpunkt ti mit der Öffnung des Spulluftventils 14 und des Spulleitungsventils 19. Zunächst beginnt der bekannte exponentielle Abfall des Gehaltes B der Kohlenwasserstoffe im Gasstrom 31 der Spulleitung 17. Zum Zeitpunkt t2 erfahrt der KohlenwasserstoffSpeicher 12 einen Stoß z. B. durch das Überfahren eines Schlagloches. Schlagar- tig erhöht sich der Gehalt B der Kohlenwasserstoffe im Gasstrom 31. Nach diesem Ereignis fallt der Gehalt B der Kohlenwasserstoffe im Gasstrom 31 wieder exponentiell ab, wobei es zum Zeitpunkt t3 zu einem erneuten Schockereignis auf den KohlenwasserstoffSpeicher 12 kommt, das erneut zu einer er- höhten Abgabe von Kohlenwasserstoffen an den Gasstrom 31 fuhrt. Dieses sogenannte „Abhusten" des Kohlenwasserstoff- Speichers 12 fuhrt zu einem stark von der Idealkennlinie (Fig. 2) abweichenden Gehalt B der Kohlenwasserstoffe im Gasstrom 31. Ohne eine entsprechende Regelung mit einem Sensor 16 zur Erkennung des Kohlenwasserstoffgehaltes B im Gasstrom 31 käme es durch das Abhusten zu einer zeitweiligen Uberfet- tung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und damit zu mit Schad¬ stoffen hoch belasteten Verbrennungsabgasen.
Em weiteres Szenario der Entleerung des Kohlenwasserstoff- Speichers 12 ist in Fig. 4 dargestellt. Es ist keineswegs im¬ mer davon auszugehen, dass der KohlenwasserstoffSpeicher 12 zum Zeitpunkt der Öffnung des Spulluftventils 14 und des Spulleitungsventils 19 vollständig mit Kohlenwasserstoffen gesattigt ist. Damit fallt der exponentielle Abfall des Ge- haltes B der Kohlenwasserstoffe im Gasstrom vollständig anders aus, da man sich in einem vollständig anderen Bereich der Exponentialfunktion befindet. Zum Zeitpunkt t4 wird das Spulluftventil 14 und das Spulleitungsventil 19 bei teilweise beladenem KohlenwasserstoffSpeicher 12 geöffnet und es ist gut zu erkennen, dass die e-Funktion viel flacher gegen 0 konvergiert als im Beispiel in Fig. 2. Die Figuren 3 und 4 machen deutlich, dass es für eine optimale Kraftstoff-Luft- Mischung im Verbrennungsmotor 1 unerlasslich ist, den Gehalt B der Kohlenwasserstoffe im Gasstrom 31 der Spulleitung 17 genau zu vermessen.
Fig. 5 zeigt den Sensor 16 zur Erkennung des Kohlenwasserstoffgehaltes B im Gasstrom 31 in einer Spulleitung 17 von einem KohlenwasserstoffSpeicher 12 zu einem Verbrennungsmotor 1. Der Sensor 16 ist hier als mikromechanisches Bauteil ausgebildet, das auf einem Siliziumchip 32 integriert ist. Zu erkennen ist die Auswerteschaltung 25, die als Mikroprozessor ausgebildet sein kann und ein EPROM 26. Darüber hinaus enthalt der Sensor 16 zur Erkennung des Kohlenwasserstoffgehal- tes B einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 27, der die analogen Signale des Sensorelements 24 in digitale Signale umwandelt, die von der Auswerteschaltung 25 verarbeitet werden können. Der mikromechanische Sensor 16 zur Erkennung des Kohlenwasserstoffgehaltes hat hier eine Ausdehnung von etwa 3 mm mal 7 mm. Das eigentliche Sensorelement 24 ist in Fig. 6 dargestellt. Fig. 6 zeigt das Sensorelement 24 mit einem ersten Temperaturfühler 29 und einem zweiten Temperaturfühler 30. Zwischen dem ersten Temperaturfühler 29 und dem zweiten Temperaturfuh- ler 30 ist das Heizelement 28 angeordnet. Diese Elemente sind auf dem Siliziumchip 32 integriert. Der am Sensorelement 24 vorbeistromende Gasstrom 31 wird vom Heizelement 28 in einer definierten Art und Weise aufgeheizt. Der erste Temperaturfühler 29 ist stromaufwärts vom Heizelement 28 angeordnet und er erfasst die Temperatur des Gasstroms 31 vor dem Heizelement 28 und der zweite Temperaturfühler 30 ist stromabwärts vom Heizelement 28 angeordnet und er erfasst die Temperatur des aufgeheizten Gasstromes 31. Addiert man diese Temperatu¬ ren, so kommt man zur Summentemperatur STP. Bildet man die Differenz der Temperaturen, so kommt man zur Differenztemperatur DTP. Die Summentemperatur STP steht für die Eigenschaft der Wärmeleitfähigkeit in dem vorbeistromenden Medium, die Differenztemperatur DTP steht für die Eigenschaft der Wärme¬ kapazität stromenden Gasgemisches. Aus diesen beiden Werten (STP und DTP) kann man den Massenstrom des vorbeistromenden Mediums ermitteln und unter Verwendung eines Kennfeldes, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, den Gehalt B an Kohlenwasser¬ stoffen im Gasstrom 31 in der Spulleitung 17. Das Vorgehen zur Ermittlung des Gehaltes B an Kohlenwasserstoffen im Gas- ström 31 wird spater im Zusammenhang mit Fig. 9 naher erläutert.
Zunächst zeigt Fig. 7 eine weitere Darstellung des Sensorelementes 24 mit einem ersten Temperaturfühler 29 und einem zweiten Temperaturfühler 30 sowie einem Heizelement 28. Der erste Temperaturfühler 29 besteht hier aus zwei Temperaturfühlern, die eine Temperaturdifferenz AT1 messen können und auch der zweite Temperaturfühler 30 besteht hier aus zwei Temperaturfühlern, die eine zweite Temperaturdifferenz ΔT2 messen können. Die Gesamttemperaturdifferenz ergibt sich nun als Differenz ΔT2 - AT1. Auch dieses Sensorelement 24 erfasst die Temperaturen stromaufwärts und stromabwärts des Heizele- ments 28. Für ein bestimmtes Gas stellt sich bei einem be¬ stimmten Massenstrom ein fest bestimmtes Verhältnis von AT1 + ΔT2 zu ΔT2 - AT1 ein. Wenn die im Gasgemisch enthaltenen Gase bekannt sind, was durch den Flex-Fuel-Sensor 4 sichergestellt ist, kann z. B. die elektronische Motorsteuerung 11 oder der Mikroprozessor 25 im Sensor 16 sowohl den Massenstrom als auch die Gaszusammensetzung errechnen. Dazu greift die Auswerteschaltung auf eine Reihe in der elektronischen Motorsteuerung 11 abgelegter Kennfelder zu und sucht das für den erkannte Krafftstoff relevante heraus. Die Temperaturdifferenz ΔT2 - AT1 reagiert hierbei auf die Wärmekapazität des Gasgemisches und die Summe AT1 + AT2 reagiert mehr auf dessen Wärmeleitfähigkeit. Die Kennlinie von Luft und mit Kohlenwas¬ serstoff angereicherte Luft unterscheidet sich merklich, so dass schon geringe Konzentrationen an Kohlenwasserstoff in der Luft eine deutlich andere Kennlinie hervorrufen. Damit lasst sich mit der Hilfe des Sensors 16 der Offnungsquer- schnitt des Spulleitungsventils 18 sehr genau steuern, so dass es im Verbrennungsmotor 1 zu einer optimalen Gemischbil- düng kommt.
Fig. 8 zeigt den Sensor 16 zur Erkennung des Kohlenwasserstoffgehaltes B in seiner Einbausituation in der Spulleitung 17. Der Gasstrom 31 ist mit dem Pfeil angedeutet. Der Sensor 16 enthalt das Heizelement 28 und die zum Heizelement 28 stromauf- und stromabwärts angeordneten Temperaturfühler 29, 30. Der gesamte Sensor 16 ist auf einem Siliziumchip 32 angeordnet und der Siliziumchip 32 ist in die Rohrwand der Spulleitung 17 integriert. Über dem Heizelement 28 sind Isotherme 38 zu erkennen, die den Temperaturgradienten über den Temperaturfühlern 29 und 30 darstellen sollen. Aus der Summe der gefühlten Temperaturen STP und der Differenz der gefühlten Temperaturen DTP kann auf den Gehalt B von Kohlenwasserstoffen im Gasstrom 31 geschlossen werden. Fig. 8 ist nicht maß- stablich gezeichnet, aber zur Verdeutlichung der Dimensionen ist der Querschnitt einer üblichen Spulleitung 17 mit etwa 5 mm angegeben und die Ausdehnung des Siliziumchips 32 mit etwa 2 , 8 mm.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Funktionen f (X) =STP (DTP) für unterschiedliche Gase und Gasge¬ mische (Kohlenwasserstoffgehalt B im Gasgemisch) deutlich voneinander unterscheiden, was im Kennfeld in Fig. 9 gut zu erkennen ist.
Fig. 9 zeigt nun das Kennfeld zur Auswertung der Messergebnisse des Sensors 16 zur Erkennung des Kohlenwasserstoffge- haltes B im Gasgemisch. Auf der X-Achse ist die Differenztemperatur DTP aus der Temperatur T2 vom zweiten Temperaturfühler 30 und der Temperatur Tl vom ersten Temperaturfühler 29 aufgetragen (DTP = T2 - T1 oder nach Fig. 7 DTP = AT2 - AT1) . Auf der Y-Achse des Diagramms in Fig. 9 ist die Summentemperatur STP des ersten Temperaturfühlers 29 und des zweiten Temperaturfühlers 30 aufgetragen (STP = T2 + T1 oder nach Fig. 7 STP = ΔT2 + AT1) . Das gesamte Kennfeld in Fig. 9 wurde für einen bestimmten Kraftstoff ermittelt z. B. Superbenzm und ist in der Motorsteuerung 11 abgelegt. Erkennt nun der Sensor 16 eine bestimmte Differenztemperatur DTP und eine bestimmte Summentemperatur STP so fuhrt der Schnittpunkt dieser beiden Werte im Kennfeld zu einer bestimmten Linie (f (x) =STP (DTP) ), die mit einem Gehalt B an Kohlenwasserstoffen im Gasstrom korreliert. Misst der Sensor 16 beispielswei¬ se eine Differenztemperatur DTP von 0,75 * 104 und eine Summentemperatur von STP von 1,83 * 104, so ergibt sich ein Schnittpunkt der beiden Werte im Kennfeld bei einem Gehalt B von 40% Kohlenwasserstoff im Gasstrom 31 in der Spulleitung 17. Auf diese Weise lasst sich mit dem Sensor 16 der Gehalt an Kohlenwasserstoff in der Spulleitung 17 sehr genau bestimmen .
Fig. 10 zeigt eine alternative Ausfuhrung des Sensors 16 zur Erkennung de Kohlenwasserstoffgehaltes B. Gezeigt ist wiederum die Spulleitung 17 mit dem darin stromenden Gasgemisch 15 mit Kohlenwasserstoffen. Bei diesem Sensor 16 zur Erkennung des Kohlenwasserstoffgehaltes B ist eine erste Ultraschallquelle 33 ausgebildet, die ebenfalls als Ultraschallempfanger 33 dienen kann und eine zweite Ultraschallquelle 34 ausgebil- det, die auch als Ultraschallempfanger 34 dienen kann. Zudem erkennt man einen Schallreflektor 35. Der Schallreflektor 35 ist aber für die Realisierung der Erfindung nicht zwingend notwendig, die Ultraschallquellen und -empfanger (33, 34) können auch gegenüberliegend angeordnet sein. Von der ersten Ultraschallquelle 33 wird ein Ultraschallimpuls ausgesendet, der über den Ultraschallreflektor 35 zum zweiten Ultraschall- empfanger 34 gesendet wird. Die dabei benotigte Laufzeit taul wird von der Auswerteschaltung 25 registriert. Nachdem der Ultraschallpuls von der ersten Ultraschallquelle 33 über den Schallreflektor 35 zum zweiten Schallempfanger 34 gelaufen ist, wird der zweite Ultraschallempfanger nun als zweite Schallquelle 34 genutzt und sendet ebenfalls einen Ultraschallimpuls aus, der gegen den Gasstrom 31 über den Schall¬ reflektor 35 zum ersten Schallempfanger 33 lauft und dazu ei- ne Laufzeit tau2 benotigt. Auch hier lasst sich aus den Laufzeiten zwischen den Ultraschallquellen und -empfangern eine Summenlaufzeit StauP = taul + tau2 und eine Differenzlaufzeit DtauP = tau2 - taul bilden. Die Summenlaufzeit StauP korreliert hier mit der Schallgeschwindigkeit des Gasgemisches 15 und die Differenzlaufzeit DtauP korreliert mit der Mediengeschwindigkeit selbst. Die Ermittlung des Gehaltes B an Koh¬ lenwasserstoffen im Gasstrom 31 in der Spulleitung erfolgt nun analog zu der Situation mit den in den Figuren 5 bis 8 beschriebenen Sensoren.
Der Erfindung liegt auch hier die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Funktionen f (X) =StauP (DtauP) für unterschiedliche Gase und Gasgemische (Kohlenwasserstoffgehalt B im Gasgemisch) deutlich voneinander unterscheiden, was im Kennfeld in Fig. 11 gut zu erkennen ist. Auf der X-Achse in Fig. 11 ist nur die Differenzlaufzeit DtauP = tau2 - taul dargestellt und auf der Y-Achse ist die Summenlaufzeit StauP = taul + tau2 dargestellt. Misst man nun beide Laufzeiten mit dem Sensor 16 nach Fig. 10, so kann man im Kennfeld nach Fig. 11 wiederum auf den Gehalt B an Kohlenwasserstoffen im Gasstrom 31 schließen. Als Beispiel sei hier eine Differenzlaufzeit DtauP = 1 in relativen Einheiten angegeben und eine Summenlaufzeit DTP = 1,9 in relativen Einheiten. Fuhrt man diese beiden Werte im Kennfeld zusammen, so gelangt man zu einer Kurve, die einen Gehalt B an Kohlenwasserstoffen im Gasstrom von 80% repräsentiert. Auch mit dem in Fig. 10 dargestellten Sensor 16 ist der Gehalt B an Kohlenwasserstoffen im Gasstrom 31 der Spulleitung 17 sehr genau zu bestimmen. Das Kennfeld nach Fig. 11 ist wiederum für einen bestimmten Kraftstoff erstellt und in der elektronischen Motorsteuerung 11 abgelegt. Der Flex-Fuel-Sensor 4 erkennt nun die Zusammensetzung des Kraft- Stoffes 3 im Tank 2, womit die elektronische Motorsteuerung
11 immer das für den verwendeten Kraftstoff passende Kennfeld zur Verfugung stellen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) rn ernem Gasstrom (31) in einer Spulleitung (17) von einem KohlenwasserstoffSpeicher (12) zu einem
Verbrennungsmotor (1), wobei der Sensor (16) mindestens ein Heizelement (28) und mindestens einen Temperaturfühler (29, 30) aufweist, wobei das Heizelement (28) den Gasstrom (31) aufheizt und der Temperaturfühler (29, 30) die Temperatur des Gasstroms (31) ermittelt, welche als Maß für den Kohlenwasserstoffgehalt (B) im Gasstrom (31) ausgewertet wird.
2. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der KohlenwasserstoffSpeicher (12) als mit Aktivkohle befullter Speicher ausgebildet ist.
3. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein erster Temperaturfühler (29) Gasstrom (31) aufwärts und ein zweiter Temperaturfühler (30) Gasstrom (31) abwärts vom Heizelement (28) ange- ordnet ist.
4. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem zweiten Temperatur- fuhler (30) und dem ersten Temperaturfühler (29) die Temperaturdifferenz (DTP) ermittelt wird.
5. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach Anspruch 3 oder 4, d a du r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem ersten Tem¬ peraturfühler (29) und dem zweiten Temperaturfühler (30) die Temperatursumme (STP) ermittelt wird.
6. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach den Ansprüchen 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus der Temperaturdiffe- renz (DTP) und der Temperatursumme (STP) unter Ausnut¬ zung eines Kennfeldes der Kohlenwasserstoffgehalt (B) in dem Gasstrom (31) m der Spulleitung (17) ermittelt wird.
7. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach den Ansprüchen 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus der Temperaturdifferenz (DTP) und der Temperatursumme (STP) der Massen¬ strom der Kohlenwasserstoffe m der Spulleitung (17) ermittelt wird.
8. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach den Ansprüchen 4 und 5, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass aus der Temperaturdiffe- renz (DTP) und der Temperatursumme (STP) der Volumenstrom der Kohlenwasserstoffe m der Spulleitung (17) ermittelt wird.
9. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach den Ansprüchen 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus der Temperaturdiffe¬ renz (DTP) und der Temperatursumme (STP) der Teilchen- strom der Kohlenwasserstoffe m der Spulleitung (17) ermittelt wird.
10. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach mindestens einem der Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (16) m oder an der Spulleitung (17) angeordnet ist.
11. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach mindestens einem der Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (16) in oder an dem KohlenwasserstoffSpeicher (12) angeordnet ist.
12. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts
(B) nach mindestens einem der Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (16) m oder an dem Ansaugtrakt (36) angeordnet ist.
13. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts
(B) nach mindestens einem der Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (16) m oder an dem Spulleitungsventil (19) angeordnet ist.
14. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) in einem Gasstrom (31) m einer Spulleitung (17) von einem KohlenwasserstoffSpeicher (12) zu einem Verbrennungsmotor (1), wobei der Sensor (16) mindestens eine Ultraschallquelle (33, 34) und mindestens einen Ultraschallempfanger (33, 34) aufweist, wobei die Laufzeit (taul, tau2) eines von der Ultraschallquelle (33, 34) durch den Gasstrom (31) zum Ultraschallempfanger (33, 34) gesendeten Ultraschallimpulses als Maß für den Kohlenwasserstoffgehalt (B) im Gasstrom (31) ausgewer- tet wird.
15. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach Anspruch 14, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ultraschallquelle (33, 34) gleichzeitig als Ultraschallempfanger (33, 34) ausge¬ bildet ist.
16. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach Anspruch 15, d a du r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass Differenz (DtauP) der Laufzei¬ ten (taul, tau2) zwischen dem ersten Ultraschallsender (33) zu dem zweiten Ultraschallempfanger (34) und dem zweiten Ultraschallsender (34) zu dem ersten Ultra- schallempfanger (33) ermittelt wird.
17. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach Anspruch 15 oder 16, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Summe (StauP) der Laufzeiten (taul, tau2) zwischen dem ersten Ultraschallsender (33) zu dem zweiten Ultraschallempfanger (34) und dem zweiten Ultraschallsender (34) zu dem ersten Ultra- schallempfanger (33) ermittelt wird.
18. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach den Ansprüchen 16 und 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus der Differenz (DtauP)und der Summe (StauP) der Laufzeiten (taul, tau2) unter Ausnutzung eines Kennfeldes der Kohlenwasserstoffgehalt (B) in dem Gasstrom (31) m der Spullei- tung (17) ermittelt wird.
19. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach den Ansprüchen 16 und 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus der Differenz (DtauP)und der Summe (StauP) der Laufzeiten (taul, tau2) der Massenstrom der Kohlenwasserstoffe in der Spulleitung (17) ermittelt wird.
20. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach den Ansprüchen 16 und 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus der Differenz (DtauP)und der Summe (StauP) der Laufzeiten (taul, tau2) der Volumenstrom der Kohlenwasserstoffe in der Spulleitung (17) ermittelt wird.
21. Sensor (16) zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts (B) nach den Ansprüchen 16 und 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus der Differenz (DtauP)und der Summe (StauP) der Laufzeiten (taul, tau2) der Teilchenstrom der Kohlenwasserstoffe in der Spulleitung (17) ermittelt wird.
22. Verfahren zur Messung des Kohlenwasserstoffgehaltes (B) in einem Gasstrom (31) m der Spulleitung (17) von einem KohlenwasserstoffSpeicher (12) zu einem Verbrennungsmotor (1) mit einem Sensor (16) nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus einem Umgebungsdruck, einer Umgebungstemperatur, einem Saugrohrdruck und einer Stellung eines Ventils (19) auf den Gasmassenstrom (31) in der Spulleitung (17) geschlossen wird und dieser Wert mit dem Wert des Sensors (16) für den Gasmas¬ senstrom (31) in der Spulleitung (17) verglichen wird, was als Maß für den Kohlenwasserstoffgehalt (B) im Gasstrom (31) ausgewertet wird.
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