DE4408767A1 - Vorrichtung zum Feststellen einer Alkoholkonzentration in Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, mit der die Konzentration von in einer Flüssigkeit enthaltenem Al­ kohol festgestellt wird, beispielsweise in dem einem Verga­ ser zugeführten Kraftstoff oder dergleichen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Fest­ stellen der Konzentration von Alkohol in einem Kraftstoff­ alkoholgemisch für einen Fahrzeugverbrennungsmotor.

In den vergangenen Jahren ist in den Vereinigten Staaten und verschiedenen Ländern in Europa versucht worden, als Fahrzeugantrieb Kraftstoffgemische zu benutzen, in denen Benzin mit Alkohol, beispielsweise Methanol gemischt ist, um auf diese Weise nicht nur den Ölverbrauch, sondern auch die Luftverschmutzung zu verringern. Wenn aber ein Kraft­ stoffalkoholgemisch unmittelbar in einem Motor verwendet wird, der auf das Luft-Kraftstoffverhältnis von Benzin ein­ gestellt ist, ergeben sich Schwierigkeiten im Motorbetrieb aufgrund des mageren Verhältnisses, welches darauf zurück­ zuführen ist, daß das theoretische Luft-Kraftstoffverhält­ nis für Alkohol niedriger liegt als für Benzin. Aus diesem Grund muß der Alkoholgehalt oder die Konzentration des im Kraftstoffalkoholgemisch enthaltenen Alkohols festgestellt werden, damit das Luft-Kraftstoffverhältnis und der Zünd­ zeitpunkt entsprechend dem nachgewiesenen Wert der Alkohol­ konzentration eingestellt werden kann.

Bekannte Verfahren sehen vor, den Alkoholgehalt anhand der Dielektrizitätskonstante oder des Brechungsindex des Alko­ holkraftstoffgemisches festzustellen. Eine Methode zum Nachweis der Dielektrizitätskonstante ist in dem japani­ schen Patent der Offenlegungsnummer 4-262249 offenbart und soll nachfolgend anhand von Fig. 8 bis 11 näher erläutert werden.

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild einer bekannten Vorrichtung zum Feststellen der Alkoholkonzentration eines Alko­ holkraftstoffgemisches, welches beispielsweise Methanol enthält, gemäß dem in der japanischen Veröffentlichung 4- 262 249 offenbarten Verfahren.

Wie Fig. 8 zeigt, weist die bekannte Vorrichtung zum Fest­ stellen der Alkoholkonzentration einen Meßfühler A sowie eine Detektorschaltung B auf. Der Meßfühler A weist einen LC-Parallelschwingkreis auf, der eine Resonanzfrequenz f entsprechend der Dielektrizitätskonstante Y eines Kraft­ stoffalkoholgemisches zur Verfügung stellt. Fig. 9 zeigt eine vereinfachte Ersatzschaltung dieses LC-Parallel­ schwingkreises, der noch näher erläutert wird. Der Meßfüh­ ler A hat ein trommelförmiges Isolierrohr 1 aus einem iso­ lierenden Werkstoff, wie Keramik oder ölbeständigem Kunst­ stoff. Das trommelförmige Isolierrohr 1 hat einen Rand 1a, der sich vom offenen Ende nach außen erstreckt. Außerdem hat der Meßfühler A eine elektrisch leitfähige Elektrode 3 von zylindrischer Gestalt, die sich koaxial im trommelförmi­ gen Isolierrohr 1 und im wesentlichen parallel zu demselben erstreckt. Ferner gehört zu dem Meßfühler A eine einlagig gewickelte Spule 4, die das Isolierrohr 1 so umgibt, daß sie der im Innern des Isolierrohrs 1 angeordneten Elektrode 3 gegenüberliegt. Die beiden Enden der Spule 4 sind elek­ trisch mit Leitungen 4a bzw. 4b verbunden, wie Fig. 8 zeigt. Ferner zeigt Fig. 8, daß die Leitung 4a mit einem Ende eines Widerstandes Rs 10 in der Detektorschaltung B verbunden ist, die noch näher erläutert wird. Die Leitung 4b ist in der Detektorschaltung B geerdet. Zwischen der Außenfläche der Elektrode 3 und der Innenfläche der Spule 4 ist durch die Wandung des Isolierrohres 1 ein Kraftstoffweg begrenzt, durch den Kraftstoff fließen kann. Die leitfähige Elektrode 3 hat außerdem einen Flansch 5, der über eine Kraftstoffdichtung 8 am Rand 1a des Isolierrohres 1 befe­ stigt ist. Der Flansch 5 kann auch als integraler Bestand­ teil der leitfähigen Elektrode 3 geschaffen sein. Die vor­ stehend beschriebenen Bauelemente bilden insgesamt eine Kraftstoffkammer. Durch den Flansch 5 erstrecken sich zwei Anschlußstutzen 6, über die Kraftstoff in den Kraftstoffweg 2 eingeleitet werden kann.

Zu der Detektorschaltung B zum Feststellen der Resonanzfre­ quenz f des Meßfühlers A gehört folgendes: ein Widerstand Rs10, der mit der Leitung 4a der einlagig gewickelten Spule 4 elektrisch so verbunden ist, daß eine Reihen­ schaltung aus dem Widerstand Rs10 und der Spule 4 ent­ steht; ein 0°-Phasenvergleicher 11, der die Phase zwischen Spannungssignalen an den Enden des Widerstandes Rs 10 ver­ gleicht; ein Tiefpaßfilter 12 in elektrischer Verbindung mit dem 0°-Phasenvergleicher 11 zum Glätten des Ausgangs des 0°-Phasenvergleichers, um eine Gleichspannung bereitzu­ stellen, die der Phasendifferenz zwischen den genannten Spannungssignalen entspricht; ein Vergleichsintegrator 13, der einen Vergleich zwischen den vom Tiefpaßfilter 12 zur Verfügung gestellten Gleichspannungen und einer vorherbe­ stimmten Bezugsspannung Vref entsprechend der Phase 0° an­ stellt und ein Ausgangssignal liefert, welches die Integra­ tion der durch den Vergleich erhaltenen Differenzen wieder­ gibt; ein spannungsgesteuerter Oszillator 14, der mit dem Vergleichsintegrator 13 elektrisch verbunden ist und eine Schwingungsspannung zur Verfügung stellt, deren Schwingzahl dem Ausgang des Vergleichsintegrators 13 entspricht; ein Frequenzteiler 16, der mit dem Oszillator 14 elektrisch verbunden ist und ein Signal "fout" nach außen abgibt, wel­ ches aus einer Division der Ausgangsfrequenz des vom Oszil­ lator 14 zur Verfügung gestellten Signals entsteht; und ein Verstärker 15, der mit dem spannungsgesteuerten Oszillator 14 verbunden ist und das Ausgangssignal des Oszillators 14 verstärkt, damit an die Reihenschaltung aus Widerstand Rs10 und Spule 4 ein verstärktes Ausgangssignal abgegeben werden kann.

Die bekannte Alkoholkonzentrationnachweiseinrichtung arbei­ tet wie folgt. Wie schon erwähnt, weist der in Fig. 8 ge­ zeigte Meßfühler A einen LC-Parallelschwingkreis auf, der sich im wesentlichen durch die Ersatzschaltung gemäß Fig. 9 darstellen läßt, in der L die Induktivität der Spule 4 be­ zeichnet, Cf die Kapazität zwischen der Spule 4 und der leitfähigen Elektrode 3, wobei die Kapazität Cf je nach der Dielektrizitätskonstante ε des durch den Kraftstoffweg 2 fließenden Kraftstoffs schwankt, Cs die Kapazität eines Di­ elektrikums oder Isoliermaterials im trommelförmigen Iso­ lierrohr 1, welches die Spule 4 vor dem Kraftstoff schützt, und Cp die Gesamtstreukapazität der Leitung 4a der Spule 4 und der Eingangskapazität des 0°-Phasenvergleichers 11 und dergleichen, wobei die Kapazität Cp von der Dielektrizi­ tätskonstante E des Kraftstoffs unabhängig ist.

Wenn sich die schwankende Frequenz des vom Verstärker 15 an die Leitung 4a des Meßfühlers A angelegten Ausgangssignals ändert, zeigt der Meßfühler A einen LC-Parallelresonanzzu­ stand. Die Parallelresonanzfrequenz f läßt sich unter Be­ nutzung der Bezeichnungen aus der Ersatzschaltung im we­ sentlichen wie folgt beschreiben:

worin k, a und b Konstanten sind, die beispielsweise durch die Gestalt des Meßfühlers, wie den Durchmesser und die Dicke des trommelförmigen Isolierrohres 1, die Dielektrizi­ tätskonstante des Werkstoffs, aus dem das Isolierrohr 1 ge­ macht ist, den Abstand zwischen der leitfähigen Elektrode 3 und der Spule 4 sowie die Selbstinduktivität der Spule 4 bestimmt sind.

Wie die Gleichung (1) zeigt, hängt die Parallelresonanzfre­ quenz f von der Dielektrizitätskonstante E des Kraftstoffs ab. Das bedeutet, daß die Parallelresonanzfrequenz mit steigender Dielektrizitätskonstante E des Kraftstoffs ab­ nimmt. Für Kraftstoffalkoholgemische mit unterschiedlichem Gehalt an Benzin und Alkohol schwankt die Ausgangsfrequenz des Meßfühlers A, das heißt die Parallelresonanzfrequenz f entsprechend dem Alkoholgehalt (%), wie in Fig. 10 gezeigt. Fig. 10 betrifft ein Kraftstoffalkoholgemisch, welches Me­ thanol enthält. Die Detektorschaltung B stellt das Signal "fout" zur Verfügung, welches der Parallelresonanzfrequenz f entspricht, und dann kann die Dielektrizitätskonstante E des Kraftstoffalkoholgemisches und damit der Alkoholgehalt (%) nachgewiesen werden.

Die in Fig. 8 dargestellte Detektorschaltung B ist so ge­ staltet, daß die Parallelresonanzfrequenz f feststellbar ist. Die Detektorschaltung B arbeitet wie folgt. Wenn ein Kraftstoffalkoholgemisch im Kraftstoffweg 2 fließt, gibt der Verstärker 15 ein hochfrequentes Spannungssignal an die aus Widerstand Rs10 und Spule 4 bestehende Reihenschaltung ab. Die an den Enden des Widerstands Rs10 erscheinenden Signale, nämlich das hochfrequente Spannungssignal an der Reihenschaltung und das hochfrequente Spannungssignal an der Spule 4, werden an den 0°-Phasenvergleicher 11 ange­ legt, der diese Signale vergleicht. Wenn beispielsweise der Verstärker 15 der genannten Reihenschaltung aus Widerstand Rs10 und Spule 4 ein hochfrequentes Signal zur Verfügung stellt, dessen Phase die gleiche ist wie die Ausgangsfre­ quenz f des Meßfühlers A, dann nimmt die Strom-Spannungs- Phase des Meßfühlers A den Wert 0° an. Folglich wird die Phasendifferenz zwischen den hochfrequenten Spannungssigna­ len an den Enden des Widerstands Rs10 auch 0°. Wenn ein hochfrequentes Spannungssignal von niedrigerer Frequenz als der Ausgangsfrequenz f des Meßfühlers A an die genannte Reihenschaltung angelegt wird, eilt die Strom-Spannungs- Phase des Meßfühlers A 0° voraus, und infolgedessen wird die Phasendifferenz zwischen den hochfrequenten Spannungs­ signalen an den Enden des Widerstands Rs10 größer als 0° im Verhältnis zur Phase des an die Reihenschaltung angeleg­ ten hochfrequenten Spannungssignals.

Der Ausgang des 0°-Phasenvergleichers 11 wird vom Tiefpaß­ filter 12 in eine Gleichspannung entsprechend der Phasen­ differenz umgewandelt. Diese Gleichspannung wird ebenso wie eine vorherbestimmte Bezugsspannung Vref in den Vergleichs­ integrator 13 eingegeben, der die Differenzen zwischen die­ sen Eingangssignalen integriert. Der Ausgang des Ver­ gleichsintegrators 13 wird dann in den spannungsgesteuerten Oszillator 14 eingegeben. Über den Oszillator 14 und den Verstärker 15 gelangt das hochfrequente Spannungssignal dann an die vorstehend beschriebene Reihenschaltung. Es ist also ersichtlich, daß in der Detektorschaltung B eine pha­ senstarre Schleife gebildet ist. In dieser phasenstarren Schleife wird der Oszillator 14 so gesteuert, daß die Pha­ sendifferenz zwischen den Signalen an den Enden des Wider­ stands Rs10 zu 0° wird, mit anderen Worten, so daß die Phasendifferenz zwischen dem an die Reihenschaltung ange­ legten Spannungssignal und dem an die Spule 4 angelegten Spannungssignal 0° beträgt. Infolgedessen schwingt der spannungsgesteuerte Oszillator 14 immer mit einer Frequenz, die der Parallelresonanzfrequenz f des Meßfühlers A ent­ spricht. Die im hochfrequenten Bereich liegende Schwin­ gungsfrequenz des Oszillators 14 wird vom Frequenzteiler 16 so dividiert, daß sich ein Ausgang "fout" ergibt, dessen Frequenz so niedrig ist, daß sie gemessen werden kann. Auf diese Weise läßt sich die Dielektrizitätskonstante anhand des Frequenzausgangssignals "fout" gemäß der Gleichung (1) bestimmen und damit der Alkoholgehalt (%) nachweisen.

Mit der herkömmlichen Vorrichtung zum Nachweis der Alkohol­ konzentration wird die Dielektrizitätskonstante des Alko­ holkraftstoffgemisches anhand der Ausgangsfrequenz "fout" des Frequenzteilers 16 in der Detektorschaltung B aufgrund der Annahme bestimmt, daß die Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffalkoholgemisches und die Dielektrizitätskonstante des Isolierrohres 1 nicht schwanken. Die tatsächliche Di­ elektrizitätskonstante des Kraftstoffalkoholgemisches und die tatsächliche Dielektrizitätskonstante des trommelförmi­ gen Isolierrohres 1 schwanken aber mit einer Änderung der Temperatur. Folglich ändert sich die Ausgangsfrequenz "fout" selbst bei konstantem Alkoholgehalt ganz beträcht­ lich. Ein exakter Nachweis des Alkoholgehaltes ist also un­ möglich, wenn die Dielektrizitätskonstante allein anhand der Ausgangsfrequenz "fout" bestimmt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Fest­ stellen der Alkoholkonzentration in Kraftstoff oder der­ gleichen zu schaffen, die immer und unabhängig von Tempera­ turänderungen des Kraftstoffalkoholgemisches eine dem ge­ nauen Alkoholgehalt entsprechende Ausgangsfrequenz zur Ver­ fügung stellt.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, mit der die Alkohol­ konzentration in einem Kraftstoffalkoholgemisch festge­ stellt wird, in welchem Benzin oder Leichtöl mit einem willkürlichen Alkoholzusatz vermischt ist, geht im einzel­ nen aus Anspruch 1 hervor.

In dieser Vorrichtung zum Feststellen der Alkoholkonzentra­ tion wird die Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffs an­ hand der Ausgangsfrequenz einer Resonanzfrequenz-Erfas­ sungseinrichtung und die Temperatur des Kraftstoffs mit Hilfe einer Kraftstofftemperatur-Erfassungseinrichtung festgestellt. Anhand dieser Ergebnisse bestimmt eine Divi­ sorentscheidungseinrichtung über die Teilungszahl für den Frequenzteiler, so daß die Änderung der Ausgangsfrequenz aufgrund der Änderung der Kraftstofftemperatur aufgehoben werden kann. Der Frequenzteiler teilt die Frequenz durch die von der Divisorentscheidungseinrichtung abgegebene Zahl. Folglich kann der Frequenzteiler immer eine Ausgangs­ frequenz zur Verfügung stellen, die unbeachtlich irgendwel­ cher Temperaturänderungen des Kraftstoffs immer genau dem Alkoholgehalt entspricht.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Nachweis der Alkoholkonzentration in einem Kraftstoffalko­ holgemisch gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Kennfeld zur Erläuterung der Verhältnisse zwi­ schen dem Frequenzteilungsfaktor eines Frequenz­ teilers, einer Ausgangsfrequenz Fv und der Kraft­ stofftemperatur T;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Divisorentscheidungsein­ richtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Impulsübersicht eines Rückstellsignals eines Zählers und eines Zwischenspeicher-Auslösesignals;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Frequenzteilers gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine Impulsübersicht zur Erläuterung des Verhält­ nisses zwischen Ausgangssignalen des in Fig. 5 ge­ zeigten Frequenzteilers;

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwi­ schen der Kraftstofftemperatur T und der Ausgangs­ frequenz "fout" gemäß der Erfindung;

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer bekannten Vorrichtung zum Nachweis der Alkoholkonzentration in Kraft­ stoff;

Fig. 9 eine Ersatzschaltung eines in Fig. 8 vorgesehenen Meßfühlers A;

Fig. 10 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwi­ schen der Alkoholkonzentration im Kraftstoff und der Ausgangsfrequenz; und

Fig. 11 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwi­ schen der Kraftstofftemperatur T und der Ausgangs­ frequenz "fout" bei der bekannten Vorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfin­ dung soll für die Bestimmung der Alkoholkonzentration in einem Kraftstoffalkoholgemisch, welches Methanol enthält, näher beschrieben werden. Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer solchen Vorrichtung und weist einen Meßfühler A1 auf, der eine Dielektrizitätskonstanten-Erfassungseinrichtung aufweist, die eine Resonanzfrequenz entsprechend der Di­ elektrizitätskonstante eines Kraftstoffalkoholgemisches be­ reitstellt. Zu dem Meßfühler A1 gehört ein trommelförmiges Isolierrohr 1 aus einem isolierenden Werkstoff, beispiels­ weise aus Keramik oder einem ölbeständigen Kunststoff, in welches der Kraftstoff eingeleitet wird. Außerdem gehört zum Meßfühler A1 eine elektrisch leitfähige Elektrode 3 von zylindrischer Gestalt, die mit dem Isolierrohr 1 koaxial und so angeordnet ist, daß sie sich im wesentlichen paral­ lel zum Isolierrohr 1 erstreckt. Die Elektrode 3 besteht vorzugsweise aus einem gegenüber Öl, beispielsweise einem mit Alkohol vermischten Kraftstoff beständigen Material, wie Titan, rostfreiem Stahl, eloxiertem Aluminium.

Zu dem Meßfühler A1 gehört auch eine einlagig ge­ wickelte Spule 4, die der im Innern des Isolierrohres 1 an­ geordneten Elektrode 3 gegenüber um das Isolierrohr 1 ge­ wickelt ist. Die beiden Enden der Spule 4 sind mit Leitun­ gen 4a bzw. 4b verbunden. Zwischen der Außenfläche der Elektrode 3 und der Innenfläche der Spule 4 ist durch die Wandung des Isolierrohres 1 ein Kraftstoffweg 2 abgegrenzt, durch den ein Kraftstoff fließen kann, dessen Alkoholkon­ zentration festgestellt werden soll. Die Spule 4 ist durch das Isolierrohr 1 gegenüber dem im Kraftstoffweg 2 fließen­ den Kraftstoff geschützt.

Die leitfähige Elektrode 3 hat an ihrem offenen Ende einen Flansch 5, der über eine Kraftstoffdichtung 8 mit dem Iso­ lierrohr so verbunden ist, daß diese Bauelemente gemeinsam eine Kraftstoffkammer begrenzen. Der Flansch 5 kann inte­ graler Bestandteil der Elektrode 3 sein, wie in Fig. 1 ge­ zeigt. Durch den Flansch 5 erstrecken sich zwei Anschluß­ stutzen 6, durch die Kraftstoff in den Kraftstoffweg 2 ein­ geleitet werden kann. Die Vorrichtung zum Nachweis der Al­ koholkonzentration weist auch eine Kraftstofftemperatur-Er­ fassungseinrichtung 7 auf, mit der die Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstoffweg 2 erfaßt wird. Wie Fig. 3 zeigt, gehört zu der Kraftstofftemperatur-Erfassungsein­ richtung 7 ein temperaturempfindliches Element 7a, bei­ spielsweise ein Thermistor, dessen Widerstand sich entspre­ chend der Kraftstofftemperatur ändert, sowie ein Signaler­ zeuger 7b, der ein Impulssignal einer Frequenz abgibt, die dem Widerstand des temperaturempfindlichen Elements 7a ent­ spricht.

Die zu diesem Ausführungsbeispiel gehörende Detektorschal­ tung B1 weist einen Widerstand 10 auf, der mit der Leitung 4a der Spule 4 elektrisch so verbunden ist, daß aus dem Wi­ derstand 10 und der Spule 4 eine Reihenschaltung entsteht. Die beiden Enden des Widerstandes 10 sind mit einem 0°-Pha­ senvergleicher 11 elektrisch verbunden, so daß ein Span­ nungssignal, welches an der Reihenschaltung aus Widerstand 10 und Spule 4 auftritt, sowie ein an der Spule 4 anliegen­ des Spannungssignal dem 0°-Phasenvergleicher 11 zugeführt werden. Ferner gehört zu der Detektorschaltung B1 ein Tief­ paßfilter 12, an den der Ausgang des 0°-Phasenvergleichers 11 angelegt wird, ein Vergleichsintegrator 13, an den der Ausgang des Tiefpaßfilters 12 ebenso wie eine vorherbe­ stimmte Bezugsspannung Vref entsprechend der Phase 0° ange­ legt wird, ein spannungsgesteuerter Oszillator 14, an den der Ausgang des Vergleichsintegrators 13 angelegt wird, und ein Verstärker 15, der das Ausgangssignal des Oszillators 14 verstärkt und das verstärkte Hochfrequenzsignal an die Reihenschaltung aus Widerstand 10 und Spule 4 liefert. Die Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung ist also aus dem 0°- Phasenvergleicher 11, dem Tiefpaßfilter 12, dem Vergleichs­ integrator, dem spannungsgesteuerten Oszillator 14 und dem Verstärker 15 so aufgebaut, daß sie ein Frequenzausgangssi­ gnal einer Frequenz abgibt, die der Resonanzfrequenz ent­ spricht, welche von dem als Dielektrizitätskonstanten-Er­ fassungseinrichtung wirkenden Meßfühler A1 geliefert wird. Zu der Detektorschaltung B1 gehört erfindungsgemäß auch eine Divisorentscheidungseinrichtung 17, welche die Fre­ quenzteilungszahl anhand der Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 14 und des Ausgangssi­ gnals der Kraftstofftemperatur-Erfassungseinrichtung 7 festlegt, so daß eine Änderung der Ausgangsfrequenz eines Spannungsteilers 161 aufgrund einer Temperaturänderung auf­ gehoben wird. Zu der Detektorschaltung B1 gehört also auch der schon genannte Frequenzteiler 161, der mit der Divi­ sorentscheidungseinrichtung 17 elektrisch verbunden ist, damit die Ausgangsfrequenz des Oszillators 14 durch die von der Divisorentscheidungseinrichtung 17 festgelegte, va­ riable Teilungszahl dividiert werden kann.

Bei dem oben unter Hinweis auf Fig. 8 beschriebenen, bekann­ ten Verfahren teilt der Frequenzteiler 16 die Ausgangsfre­ quenz des Oszillators 14 durch einen festen Divisor. Des­ halb tritt aufgrund einer Temperaturänderung des Kraft­ stoffs eine große Änderung in der Ausgangsfrequenz "fout" ein, was es unmöglich macht, einen exakten Nachweis zu er­ zielen. Gemäß der Erfindung wird hingegen eine variable Frequenzteilungszahl in Abhängigkeit von der Kraftstofftem­ peratur bestimmt, wodurch die Ausgangsfrequenz unabhängig von Kraftstofftemperaturänderungen ist. Der Frequenzteiler 161 führt seine Frequenzteilung auf der Basis des Divisors durch. Infolgedessen tritt selbst bei einer Änderung der Kraftstofftemperatur keine Änderung der Ausgangsfrequenz ein, wie Fig. 7 zeigt. Es wird also ein sehr exakter Nach­ weis erzielt.

Es soll nun beschrieben werden, wie eine Frequenzteilungs­ zahl bestimmt wird. Es sei angenommen, daß die Ausgangsfre­ quenz "fout" des Frequenzteilers 16 gemäß dem anhand von Fig. 8 erläuterten Stand der Technik durch eine Funktions­ gleichung f (R, T) dargestellt werden kann, in der R der Al­ koholgehalt und T die Kraftstofftemperatur darstellt. Fer­ ner sei angenommen, daß die Bezugsausgangsfrequenz für den Alkoholgehalt R durch F(R) darzustellen ist. Das bedeutet, daß die graphische Darstellung von f (R, T) der Fig. 11 ent­ spricht, und die graphische Darstellung von F (R) der Fig. 7 entspricht. Die Ausgangsfrequenz Fv des spannungsgesteuer­ ten Oszillators 14 kann durch folgende Gleichung wiederge­ geben werden:

Fv = 2048 × f (R, T) (2)

Wenn die Frequenzteilungszahl B(Fv, T) des Frequenzteilers 161 gemäß der Erfindung so bestimmt wird, daß die nachfol­ gende Gleichung (3) erfüllt ist, wird die Ausgangsfrequenz des Frequenzteilers 161 zu F(R) und hängt nicht mehr von der Temperatur ab:

B (Fv, T) = F(R)/Fv (3)

Fig. 2 ist ein Konturenkennfeld zur graphischen Darstellung von B (Fv, T). Die Divisorentscheidungseinrichtung 17 be­ stimmt die Frequenzteilungszahl B anhand der Ausgangsfre­ quenz Fv, die der spannungsgesteuerte Oszillator 14 zur Verfügung stellt, sowie anhand des Ausgangs T, den die Kraftstofftemperatur-Erfassungseinrichtung 7 liefert, wobei das Kennfeld gemäß Fig. 2 benutzt wird. Der Frequenzteiler 161 teilt dann die Ausgangsfrequenz des Oszillators 14 durch die bestimmte Teilungszahl B, um eine angemessene Frequenz zur Verfügung zu stellen. Infolgedessen kann im­ mer, unabhängig von der Temperatur des Kraftstoffs eine konstante Ausgangsleistung geliefert werden, wie Fig. 7 zeigt.

Ein Ausführungsbeispiel einer Divisorentscheidungseinrich­ tung 17 soll unter Hinweis auf Fig. 3 näher erläutert wer­ den. Die Divisorentscheidungseinrichtung 17 weist einen Be­ zugsoszillator 17a auf, der in vorherbestimmten periodi­ schen Zeitintervallen Δt ein Zählerrückstellsignal und ein Zwischenspeicherauslösesignal zur Verfügung stellt, wie Fig. 4 zeigt. Ein Zähler 17b1 zählt Impulssignale Fv, die die vom Oszillator 14 bereitgestellte Ausgangsfrequenz wie­ dergeben (Fig. 1), und gibt ein entsprechendes Frequenz­ zählsignal ab. Ein Zähler 17b2 zählt Impulssignale T, wel­ che die von der Kraftstofftemperatur-Erfassungseinrichtung 7 zur Verfügung gestellte Kraftstofftemperatur darstellen, und gibt ein entsprechendes Temperaturzählsignal ab. Ferner gehört zu der Einrichtung eine Zwischenspeicherschaltung 17c, die das Frequenzzählsignal und das Temperaturzählsi­ gnal der beiden Zähler 17b1 und 17b2 speichert, sowie ein Speicher 17d, der vom Ausgang der Zwischenspeicherschaltung 17c adressiert werden kann. Im Speicher 17d werden Daten gespeichert, die zu den Frequenzteilungszahlen B (Fv, T) als Funktion der Ausgangsfrequenz Fv gehören, welche der Oszil­ lator 14 zur Verfügung stellt, und der Kraftstofftemperatur T, welche die Kraftstofftemperatur-Erfassungseinrichtung 7 zur Verfügung stellt. Die im Speicher 17d gespeicherten Da­ ten stehen dem Frequenzteiler 161 zur Verfügung (Fig. 1).

Wenn die beiden Zähler 17b1 und 17b2, wie Fig. 3 zeigt, durch das Zählerrückstellsignal vom Bezugsoszillator 17a auf 0 gelöscht worden sind, zählen diese beiden Zähler wäh­ rend einer Zeitspanne Δt aufwärts, um dann das Frequenz­ zählsignal bzw. das Temperaturzählsignal abzugeben. In Ab­ hängigkeit vom Zwischenspeicherauslösesignal des Bezugs­ oszillators 17a werden dann die von den Zählern 17b1 und 17b2 während der Zeitspanne Δt gezählten Ausgangsimpulse vom Zwischenspeicher 17c zwischengespeichert, um sie dann an den Speicher 17d abzugeben. Die Zähler 17b1 und 17b2 werden vom nächsten Zählerrückstellsignal, das der Be­ zugsoszillator 17a abgibt, erneut auf 0 gestellt und begin­ nen wieder mit dem Aufwärtszählen. Allerdings werden die Ausgänge der Zwischenspeicherschaltung 17c nicht gelöscht, bis der nachfolgende Zählvorgang beendet wird, so daß die zuvor gezählten Ergebnisse während der Zeitspanne Δt aufge­ hoben werden. Mit anderen Worten heißt das, daß die Aus­ gänge der Zwischenspeicherschaltung 17c während jeder Zeit­ spanne Δt aktualisiert werden.

Die Ausgänge der Zähler 17b1 und 17b2 geben Zählresultate wieder, die durch das Zählen der Ausgangsfrequenz Fv des Oszillators 14 und der Ausgangstemperatur T der Kraftstoff­ temperatur-Erfassungseinrichtung 7 jeweils während der vor­ herbestimmten Zeitspanne Δt erhalten wurden. Wenn zum Spei­ cher 17d durch Spezifizieren einer niedrigeren Adresse, die der Ausgang des Zählers 17b1 zur Verfügung stellt, und einer oberen Adresse, die der Ausgang des Zählers 17b2 zur Verfü­ gung stellt, Zugriff genommen wird, kann auf das Kennfeld gemäß Fig. 2 zurückgegriffen werden, um eine erforderliche Frequenzteilungszahl B als Ausgang vom Speicher 17d zu er­ halten.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers 161, mit dem die Frequenzteilungszahl B durch die vorste­ hend beschriebene Ausgabe der Divisorentscheidungseinrich­ tung 17 geändert werden kann. In Fig. 5 bezeichnet das Be­ zugszeichen 14a einen Ausgang Fv des spannungsgesteuerten Oszillators 14, welcher der Resonanzfrequenz des Meßfühlers A1 entspricht. Wie Fig. 5 zeigt, gehört zum Frequenzteiler 161 ein Binärzähler 16a, der den Ausgang 14a des Oszilla­ tors 14 zählt, um einen Bitausgang P zur Verfügung zu stel­ len, sowie ein Digitalvergleicher 16b, an den der Bitaus­ gang P des Binärzählers 16a und der Bitausgang B der Divi­ sorentscheidungseinrichtung 17 angelegt wird. Der Digital­ vergleicher 16b hat drei Anschlüsse, nämlich den P-An­ schluß, den B-Anschluß und einen hier nicht gezeigten "P=B"-Anschluß. An den P- und B-Anschluß wird der Bitaus­ gang P des Binärzählers 16a bzw. der Bitausgang B der Divi­ sorentscheidungseinrichtung 17 angelegt, damit diese mit­ einander verglichen werden können. Wenn P=B, wird von dem hier nicht gezeigten "P=B"-Anschluß ein Gleichheitssignal S ausgegeben. In Fig. 5 ist auch ein Flip-Flop 16c gezeigt, dessen Ausgang jedesmal beim Empfang eines Gleichheitssi­ gnals S invertiert.

Der Frequenzteiler arbeitet wie folgt: Der Binärzähler 16a zählt in Abhängigkeit von der steigenden oder fallenden Kante des Ausgangssignals 14a des Oszillators 14. Der Zähl­ wert wird als Bitausgang P in digitaler Form am P-Anschluß des Digitalvergleichers 16b zur Verfügung gestellt. Ande­ rerseits wird der Bitausgang B der Divisorentscheidungsein­ richtung 17 an den B-Anschluß des Digitalvergleichers 16b angelegt. Der Digitalvergleicher 16b vergleicht P mit B. Wenn P=B, steigt das Gleichheitssignal S am "P=B"-Anschluß. Dies Gleichheitssignal S wird dem Löschanschluß des Binär­ zählers 16a zugeführt, um diesen Zähler zurückzustellen. Dann entsteht der Zustand P < B, und dementsprechend geht das Gleichheitssignal S herunter.

Das Gleichheitssignal S, welches wiedergibt, daß P=B, wird vom Digitalvergleicher 16b auch an das Flip-Flop 16c ange­ legt, dessen Ausgangssignal "fout" folglich umgekehrt wird. Mit anderen Worten, das Gleichheitssignal S, welches P=B wiedergibt, liefert immer dann ein Impulssignal, wenn der Binärzähler 16a das Aufwärtszählen der Ausgangssignale 14a des Oszillators 14 von 0 bis zu dem von der Divisorent­ scheidungseinrichtung 17 bestimmten Wert B beendet.

Da das Ausgangssignal "fout" des Flip-Flops 16c jedesmal invertiert wird, wenn das Gleichheitssignal S vom Digital­ vergleicher 16b zur Verfügung gestellt wird, entspricht die Zykluszeit des Ausgangssignals "fout" 2 × B so lang wie Ausgangssignale 14a des Oszillators 14. Das bedeutet, daß das Ausgangssignal "fout" des Flip-Flops 16c vom Ausgang B der Divisorentscheidungseinrichtung 17 so bestimmt ist, daß das Ausgangssignal "fout" des Flip-Flops 16c eine Frequenz bietet, die durch Dividieren des Ausgangs 14a des Oszilla­ tors 14 auf 1/(2 × B) erhalten wird.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die einlagig gewickelte Spule 4 des Meßfühlers A1 mit der leit­ fähigen Elektrode 3 koaxial angeordnet. Allerdings ist die Erfindung nicht auf eine derartige koaxiale Konstruktion beschränkt. Es kann auch jede andere Anordnung für diesen Zweck benutzt werden, vorausgesetzt, daß sie eine Kraft­ stoff zugehörige Kapazität zur Verfügung stellen kann, wo­ bei der Kraftstoff zwischen der leitfähigen Elektrode 3 und der Umfangsfläche der Spule 4 angeordnet ist.

Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung, obwohl sie hier anhand von Methanol als Alkohol im Gemisch be­ schrieben wurde, zur Feststellung des Alkoholgehalts in ei­ ner ganzen Vielfalt von Flüssigkeiten benutzt werden kann.

Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, die eine Kraftstofftemperatur-Erfassungseinrichtung 7 aufweist, um die Temperatur eines Kraftstoffalkoholgemisches festzu­ stellen, in welchem Benzin oder Leichtöl mit einer willkür­ lichen Menge Alkohol vermischt ist. Ferner ist eine Divi­ sorentscheidungseinrichtung 17 vorgesehen, um die Frequenz­ teilungszahl anhand der von einer Resonanzfrequenz-Erfas­ sungseinrichtung wahrgenommenen Resonanzfrequenz Fv und der von der Temperaturerfassungseinrichtung 7 festgestellten Temperatur des Kraftstoffalkoholgemisches zu bestimmen. Die Resonanzfrequenz Fv wird also durch die von der Divisorent­ scheidungseinrichtung 17 festgelegte Frequenzteilungszahl dividiert, so daß unabhängig von einer Änderung der Tempe­ ratur des Kraftstoffs der Alkoholgehalt immer exakt nachge­ wiesen werden kann.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Feststellen der Alkoholkonzentration in einem Kraftstoffalkoholgemisch, welches einen willkürli­ chen Alkoholzusatz zu Benzin oder Leichtöl enthält, gekenn­ zeichnet durch

• - eine Dielektrizitäts-Erfassungseinrichtung (A1), die eine Resonanzfrequenz entsprechend der Dielektrizitätskon­ stante des Kraftstoffalkoholgemisches zur Verfügung stellt, dessen Alkoholkonzentration nachgewiesen werden soll,
• - eine Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung (B1), wel­ che die genannte Resonanzfrequenz wahrnimmt und ein erstes Frequenzausgangssignal der gleichen Frequenz wie die Reso­ nanzfrequenz abgibt,
• - einen Frequenzteiler (161), der das erste Frequenzaus­ gangssignal der Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung durch eine veränderliche Frequenzteilungszahl dividiert,
• - eine Kraftstofftemperatur-Erfassungseinrichtung (7), die die Temperatur des Kraftstoffalkoholgemisches fest­ stellt und ein diese Temperatur wiedergebendes zweites Fre­ quenzausgangssignal liefert, und
• - eine Divisorentscheidungseinrichtung (17), welche die Frequenzteilungszahl anhand des ersten Frequenzausgangssi­ gnals der Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung und des zweiten Frequenzausgangssignals der Kraftstofftemperatur- Erfassungseinrichtung festlegt,
• - wodurch die Alkoholkonzentration anhand der Ausgangs­ frequenz des Frequenzteilers (161) bestimmt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Divisorentscheidungseinrichtung (17) einen Be­ zugsoszillator (17a), der ein Zählerrückstellsignal und ein Zwischenspeicherauslösesignal jeweils zu vorherbestimmter Zeit abgibt; einen ersten Zähler (17b1), der das von der Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung gelieferte erste Frequenzausgangssignal während einer Zeitspanne zählt, die durch das vom Bezugsoszillator (17a) gelieferte Zählerrück­ stellsignal bestimmt ist, um ein Frequenzzählsignal abzuge­ ben; einen zweiten Zähler (17b2), der das von der Kraft­ stofftemperatur-Erfassungseinrichtung (7) gelieferte zweite Frequenzausgangssignal während einer Zeitspanne zählt, die durch das vom Bezugsoszillator gelieferte Zählerrückstell­ signal vorherbestimmt ist, um ein Temperaturzählsignal ab­ zugeben; eine Zwischenspeicherschaltung (17c), die auf das vom Bezugsoszillator gelieferte Zwischenspeicherauslösesi­ gnal anspricht und das Frequenzzählsignal des ersten bzw. zweiten Zählers während einer Zeitspanne zwischenspeichert, die durch die vorherbestimmte Zeitspanne festgelegt ist; und einen Speicher (17d) aufweist, der Daten speichert, welche den Frequenzteilungszahlen zugeordnet sind, wobei diese Daten an Orten gespeichert sind, die Adressen haben, welche jedem der Frequenzzählsignale und jedem der Tempera­ turzählsignale entsprechen, wobei zu den der Frequenztei­ lungszahl zugeordneten Daten Zugriff genommen wird von den Adressen, die dem Frequenzzählsignal und dem Tempera­ turzählsignal der Zwischenspeicherschaltung entsprechen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler (161) einen Binärzähler (16a), der das erste Frequenzausgangssignal der Resonanzfrequenz-Er­ fassungseinrichtung zählt und ein Signal ausgibt; einen Di­ gitalvergleicher (16b), der die Daten, welche der von der Divisorentscheidungseinrichtung gelieferten Frequenztei­ lungszahl zugeordnet sind, und das vom Binärzähler gelie­ ferte Signal empfängt und das Signal mit den Daten ver­ gleicht, die der Frequenzteilungszahl zugeordnet sind, um ein Gleichheitssignal abzugeben, wenn das Signal den der Frequenzteilungszahl zugeordneten Daten gleicht; wobei der Binärzähler jedesmal dann rückstellbar ist, wenn das Gleichheitssignal vom Digitalvergleicher eingegeben wird, und einen Flip-Flop (16c) aufweist, der seinen Ausgang je­ desmal dann umkehrt, wenn das Gleichheitssignal vom Digi­ talvergleicher eingegeben wird, wodurch die Alkoholkonzen­ tration des Alkoholkraftstoffgemisches anhand des Ausgangs des Flip-Flops bestimmt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler (161) einen Binärzähler (16a), der das erste Frequenzausgangssignal der Resonanzfrequenz-Er­ fassungseinrichtung zählt und ein Signal ausgibt; einen Di­ gitalvergleicher (16b), der die Daten, welche der von der Divisorentscheidungseinrichtung gelieferten Frequenztei­ lungszahl zugeordnet sind, und das vom Binärzähler gelie­ ferte Signal empfängt und das Signal mit den Daten ver­ gleicht, die der Frequenzteilungszahl zugeordnet sind, um ein Gleichheitssignal abzugeben, wenn das Signal den der Frequenzteilungszahl zugeordneten Daten gleicht; wobei der Binärzähler jedesmal dann rückstellbar ist, wenn das Gleichheitssignal vom Digitalvergleicher eingegeben wird; und einen Flip-Flop (16c) aufweist, der seinen Ausgang je­ desmal dann umkehrt, wenn das Gleichheitssignal vom Digi­ talvergleicher eingegeben wird, wodurch die Alkoholkonzen­ tration des Alkoholkraftstoffgemisches anhand des Ausgangs des Flip-Flops bestimmt ist.