DE10060007A1 - Kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung für Kraftstoffbehälter von Fahrzeugen - Google Patents
Kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung für Kraftstoffbehälter von FahrzeugenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung (1) für Kraftstoffbehälter (2) von Fahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, mit einem Schwalltopf (12) und einer Füllstandsmesseinrichtung. Die Erfindung sieht vor, dass die Entnahme- und Messeinheit als Baueinheit im Bereich einer Bodenöffnung (6, 6', 6'') des Kraftstoffbehälters (2) befestigt und wenigstens ein Füllstandssensor (16) der Füllstandsmesseinrichtung vom Schwalltopf (12) umgeben ist.
Description
Die Erfindung geht aus von einer kombinierten Entnahme- und Messeinrichtung für Kraft
stoffbehälter von Fahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, mit einem Schwalltopf
und einer Füllstandsmesseinrichtung, gemäß der Gattung von Patentanspruch 1.
Eine solche kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung für Kraftstoffbehälter von Fahr
zeugen ist aus der DE 195 28 182 A1 bekannt, welche als Montageeinheit in eine an der
Oberseite des Kraftstoffbehälters angeordnete Öffnung mittels eines Tankflansches ein
gesetzt ist, wobei die Füllstandsmesseinrichtung einen am Schwalltopf angelenkten und
außerhalb von diesem angeordneten Hebelarm umfasst, an welchem ein Schwimmer
befestigt ist. Um eine lagerichtige Montage des Schwalltopfes in dem Kraftstoffbehälter
und damit eine hinreichende Messgenauigkeit der an ihm befestigten Füllstandsmessein
richtung zu gewährleisten, ist der Schwalltopf relativ zum Tankflansch beweglich aufge
nommen. Beim Einbau der kombinierten Entnahme- und Messeinrichtung kann der
Schwalltopf zusammen mit der Füllstandsmesseinrichtung dann in Solllage gebracht wer
den.
Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist jedoch zum einen, dass mit der beweglichen
Verbindung zwischen Tankflansch und Schwalltopf ein relativ hoher Aufwand betrieben
wird, um eine lagerichtige Anordnung der Füllstandsmesseinrichtung im Kraftstoffbehälter
zu erzielen. Zum anderen baut die bekannte Entnahme- und Messeinrichtung relativ groß,
insbesondere ist es wegen der exponierten Lage des Schwimmers der Füllstandsmess
einrichtung schwierig, sie durch die obere Öffnung in den Kraftstoffbehälter einzuführen.
Schließlich besteht die Gefahr, dass der frei liegende Schwimmer durch intensive
Schwallbewegungen des Kraftstoffs, wie sie beispielsweise bei einem abruptem Brems
vorgang des Fahrzeugs entstehen, beschädigt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte
Entnahme- und Messeinrichtung für Kraftstoffbehälter von Fahrzeugen gemäß der ein
gangs erwähnten Art zu schaffen, welche einfach zu montieren ist und bei welcher gleichzeitig
eine hohe Messgenauigkeit und eine zuverlässige Funktion der Füllstandsmessein
richtung im eingebauten Zustand gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von An
spruch 1 gelöst.
Wegen der Befestigung der kombinierten Entnahme- und Messeinrichtung am Boden des
Kraftstoffbehälters befindet sich die in ihr integrierte Füllstandsmesseinrichtung bereits in
bodennaher Solllage, so dass sich das Vorsehen von zusätzlichen Einstellmöglichkeiten
erübrigt. Zudem kann der Kraftstoffbehälter durch Entfernen der bodenseitigen Entnah
me- und Messeinrichtung schnell und ohne Pumpe entleert werden. Da der Füllstands
sensor der Füllstandsmesseinrichtung innerhalb des Schwalltopfes angeordnet ist, kann
die erfindungsgemäße Entnahme- und Messeinrichtung als Montageeinheit leicht in die
Bodenöffnung des Kraftstoffbehälters eingesetzt werden, ohne dass von ihr weg ragende
Teile den Einbauvorgang erschweren. Darüber hinaus wird durch die geschützte Lage
des Füllstandssensors innerhalb des Schwalltopfes verhindert, dass der Füllstandssensor
durch Schwallbewegungen des Kraftstoffes beschädigt wird. Schließlich ergibt sich durch
die Integration des Füllstandssensors im Schwalltopf eine klein bauende Entnahme- und
Messeinrichtung, so dass der verbleibende Innenraum des Kraftstoffbehälters zur Auf
nahme von Kraftstoff nutzbar ist, wodurch sich das für den Kraftstoffbehälter benötigte
Bauvolumen in vorteilhafter Weise reduziert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbil
dungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme umfasst der Füllstandssensor
wenigstens einen von einer Schwalltopfmantelwand umgebenen und am Boden des
Schwalltopfes angeordneten Drucksensor, insbesondere einen Druckmessaufnehmer mit
einer verformbaren Membran zur Messung des füllhöhenabhängigen Bodendrucks und
zur Erzeugung eines von der Größe des Bodendrucks abhängigen Signals. Da sich der
Drucksensor innerhalb und am Boden des Schwalltopfes befindet, ist er gegen das
Messergebnis verfälschende Schwallbewegungen des Kraftstoffs optimal geschützt.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass bei geringem Füllstand im Kraftstoffbehälter, bei
spielsweise im Reservebetrieb, eine genaue Füllstandsmessung durch übliche Füll
standssensoren nur eingeschränkt möglich ist. Gemäß einer weiteren besonders zu be
vorzugenden Maßnahme sind deshalb zur genauen Messung niedriger Füllstände zusätz
lich wenigstens zwei in Bezug auf die Füllhöhe des Kraftstoffbehälters mit Höhenabstand
und bodennah angeordnete Thermistoren vorgesehen sind, wobei abhängig von der vom
jeweiligen Thermistor gemessenen Temperatur durch eine Auswerteeinheit ein Füll
standssignal dafür erzeugbar ist, ob keiner, einer oder beide Thermistoren von Kraftstoff
umgeben sind. Diese Art von Füllstandsmessung ist besonders dann von Vorteil, wenn
der vorhandene Kraftstoff auf eine Restmenge oder einen Reservevorrat reduziert und
durch die im Kraftstoffbehälter bodennah angeordneten Thermistoren eine genaue Re
servefüllstandsangabe möglich ist, so dass der Fahrer die mit dem Reservekraftstoff zu
rücklegbare Wegstrecke besser abschätzen kann. Die Thermistoren sind vorzugsweise
an der Außenfläche der Schwalltopfmantelwand angeordnet, so dass sie eine Montage-
oder Baueinheit mit der kombinierten Entnahme- und Messeinrichtung bilden.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Zeichnungen dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines Kraftstoffbehälters mit einer bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entnahme- und Messeinrichtung in
drei unterschiedlichen Einbaupositionen,
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht durch einen Druckmessaufnehmer der kombi
nierten Entnahme- und Messeinrichtung,
Fig. 3 eine isometrische Außenansicht des Kraftstoffbehälters von Fig. 1,
Fig. 4 eine vergrößerte Außenansicht eines die kombinierte Entnahme- und Messsein
richtung tragenden Adapters,
Fig. 5 eine vergrößerte Innenansicht des Adapters von Fig. 4.
Die in Fig. 1 in drei Einbaulagen I, II und III gezeigte kombinierte Entnahme- und Mein
richtung 1 ist in bevorzugter Ausführungsform in einen Kraftstoffbehälter 2 eines Nutz
fahrzeugs eingebaut und ragt in dessen Innenraum. Zur Aufnahme der kombinierten
Entnahme- und Messeinrichtung 1 dient eine im Bereich des Bodens 4 des Kraftstoffbe
hälters 2 angeordnete Öffnung 6, 6', 6" wobei sich die Bodenöffnung 6 der Einbaulage I
im wesentlichen an einer Stoßkante zwischen dem Boden 4 des Kraftstoffbehälters 2
und einer linken Seitenwand 8 befindet, die Bodenöffnung 6' der Einbaulage II im we
sentlichen in der Mitte des Bodens 4 und die Bodenöffnung 6" der Einbaulage III in ei
nem rechten Randbereich des Bodens 4 angeordnet ist. Die Bodenöffnungen 6, 6' 6"
der drei Einbaulagen I, II, III befinden sich im Bereich von Blechhälsen 10, 10', 10", wo
bei die Blechhälse 10, 10" der Einbaulagen I und III ins Innere des Kraftstoffbehälters 2
und der Blechhals 10' der Einbaulage II nach außen gezogen ist. Die erfindungsgemäße
Entnahme- und Messeinrichtung 1 beinhaltet einen Schwalltopf 12, der dazu dient, auch
in nahezu entleertem Zustand des Kraftstoffbehälters 2 einen blasenfreien Zulauf von
Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine des Nutzfahrzeugs sicherzustellen. Durch den
gefüllten Schwalltopf 12 ist gewährleistet, dass bei Längs- oder Querbeschleunigung
des Nutzfahrzeugs die Entnahmestelle des Kraftstoffes stets mit Kraftstoff überflutet ist
und somit keine Luftblasen mit angesaugt werden können. Im weiteren umfasst die
kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung 1 eine Füllstandsmesseinrichtung, welche
in bevorzugter Ausführungsform einen an tiefster Stelle des Kraftstoffbehälters 2 ange
ordneten Drucksensor oder Druckmessaufnehmer 16 mit einer verformbaren Mem
bran 18 zur Messung des füllhöhenabhängigen Bodendrucks beinhaltet, welcher in ver
größerter Ansicht in Fig. 2 gezeigt ist. Die Membranverformung wird dann nach dem ka
pazitiven, induktiven, DMS-, piezoresistiven oder einem anderen Prinzip in eine elektri
sche Größe abgebildet. Diese elektrische Größe stellt dann ein Maß für den füllhöhen
abhängigen Bodendruck dar. Der Druckmessaufnehmer 16 weist zur Versorgung mit
Strom und zur Signalleitung elektrische Anschlüsse 20 auf, sowie einen Referenzluftan
schluss 22 zur Vorgabe eines Referenzdruckes.
Der Druckmessaufnehmer 16 ist im Innern eines Bechers 24 gehalten, welcher boden
seitig an einem Adapter 26 befestigt ist, der in die Bodenöffnung 6, 6', 6" des Kraftstoff
behälters 2 und koplanar mit dieser eingesetzt ist (Fig. 1). Hierbei ist eine Mittelachse 28
des Bechers 24 des Druckmessaufnehmers 16 im wesentlichen senkrecht zur Ebene
der Bodenöffnung 6, 6', 6" des Kraftstoffbehälters 2. Die Mittelachse 30 des Schwall
tropfes 12 ist ebenfalls vorzugsweise senkrecht zur Ebene der Bodenöffnung 6, 6', 6".
Demgegenüber ist die Mittelachse 28 des Bechers 24 des Druckmessaufnehmers 16
bezüglich der Bodenöffnung 6, 6', 6" des Kraftstoffbehälters 2 exzentrisch angeordnet,
wobei aber der Druckaufnehmer 16 stets von einer Mantelwand 32 des Schwalltopfes 12
umgeben ist, dessen Längserstreckung groß gegenüber der des den Druckmessauf
nehmer 16 tragenden Bechers 24 ist. Somit hat die Membran 18 des Druckmessauf
nehmers 16 zum einen Abstand zu einem oberen Rand 34 des Schwalltopfes 12, zum
anderen ist sie bodennah oder auf Bodenniveau in Bezug auf den Kraftstoffbehälter 2
angeordnet. Anstatt durch einen Druckmessaufnehmer 16 kann die Füllstandsmessung
alternativ auch mit Schall- und/oder Ultraschallverfahren durchgeführt werden, wobei als
physikalische Effekte entweder die Laufzeit eines Schallimpulses oder die Schallabsorp
tion verwendet werden. Das Laufzeitverfahren arbeitet nach dem Prinzip des Echolots.
Ein elektrischer Impuls wird durch einen beispielsweise am Boden des Schwalltopf an
gebrachten piezoelektrischen Schwinger in einen Ultraschallimpuls umgewandelt. Dieser
wird in den Kraftstoff ausgesendet und von der Grenzschicht Kraftstoff - Luft teilweise
reflektiert. Dieses Echo trifft auf einen gleichartigen, piezoelektrischen Schwinger und
wird wieder in einen elektrischen Impuls zurückverwandelt. Aus der Laufzeit des
Schallimpulses und der Schallgeschwindigkeit ergibt sich die Füllhöhe des Kraftstoffbe
hälters 2.
Im weiteren umfasst die kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung 1 wenigstens zwei
in Bezug auf die Füllhöhe des Kraftstoffbehälters 2 mit Höhenabstand und bodennah
angeordnete Temperatursensoren, welche vorzugsweise als Thermistoren 36, 38 aus
gebildet sind. Die Thermistoren 36, 38 sind vorzugsweise an einer Außenfläche der
Mantelwand 32 des Schwalltopfes 12 befestigt. Die Thermistoren 36, 38 können aber
auch an der radial inneren Umfangsfläche der Mantelwand 32 des Schwalltopfes 12 an
geordnet sein. Die beiden Thermistoren 36, 38 dienen zur genauen Messung niedriger
Füllstände innerhalb des Kraftstoffbehälters 2, wobei abhängig von der vom jeweiligen
Thermistor 36, 38 gemessenen Temperatur durch eine in Fig. 1 nicht dargestellte Aus
werteeinheit ein Füllstandssignal dafür erzeugbar ist, ob keiner, nur der untere Ther
mistor 38 oder beide Thermistoren 36, 38 von Kraftstoff umgeben sind. Der Widerstand
solcher Thermistoren 36, 38 oder Heißleiter wird mit steigender Temperatur kleiner, d. h.
je größer die Temperatur in der Umgebung des Thermistors 36, 38 ist, desto besser ist
seine Leitfähigkeit. Infolgedessen kann ein solcher Thermistor 36, 38 ein elektrisches
Signal erzeugen, welches proportional zu seiner Umgebungstemperatur ist. Wenn bei
spielsweise der untere Thermistor 38 noch und der obere Thermistor 36 gerade nicht
mehr von Kraftstoff umgeben ist, kann sich der obere, in Gas oder Luft befindliche
Thermistor 36 etwas stärker erwärmen als der untere, vom Kraftstoff umgebene Ther
mistor 38, so dass aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Signale, welche die bei
den Thermistoren 36, 38 an die Auswerteeinheit liefern, eine Information dafür ausge
geben werden kann, ob sich der Füllstandpegel oberhalb der beiden Thermistoren 36,
38, zwischen den beiden Thermistoren 36, 38 oder im Extremfall unterhalb des unteren
Thermistors 38 befindet.
Beispielhaft für die Einbaulage II ist in Fig. 3 der Kraftstoffbehälter 2 des Nutzfahrzeugs
in einer Außenansicht dargestellt, wobei bodenseitig der aus der Bodenöffnung 6' ra
gende Teil des Adapters 26 zu sehen ist, welcher die kombinierte Entnahme- und Mess
einrichtung 1 trägt. Ein vergrößerter Ausschnitt dieser Außenansicht ist in Fig. 4 darge
stellt, wo Durchgangsbohrungen 40 für nicht dargestellte Vorlauf und Rücklaufleitungen
von und zu einer Einspritzpumpe der Brennkraftmaschine zu sehen sind. Im weiteren ist
der Adapter 26 mit einer etwa mittigen Durchgangsbohrung 42 für eine Überlaufleitung
versehen, welche mit einem weiteren Kraftstoffbehälter in Verbindung steht (Doppel
tanksystem). Schließlich ist auch eine Durchgangsbohrung 44 für elektrische Leitungen
vorgesehen, die den Druckmessaufnehmer 16 und die Thermistoren 36, 38 mit Strom
versorgen sowie zur Signalleitung dienen. Die Durchgangsbohrungen 40, 42, 44 mün
den an der Außenseite des Adapters 26 im wesentlichen parallel oder schräg zur Ebene
der Bodenöffnung 6' ins Freie, hingegen ist ihr Mündungsbereich im Inneren des Kraft
stoffbehälters 2 im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Bodenöffnung 6', wie anhand
von Fig. 5 zu sehen ist. Infolgedessen erfahren die Durchgangsbohrungen 40, 42, 44 in
nerhalb des Adapters 26 eine im wesentlichen rechtwinkelige Umlenkung. Aus Über
sichtlichkeitsgründen ist in Fig. 5 nur der den Druckmessaufnehmer 16 umgebende Becher
24 zu sehen, nicht jedoch der Schwalltopf 12. Der Mündungsbereich der Vorlauf-
und Rücklaufleitungen für den Kraftstoff befindet sich demzufolge am Boden des Kraft
stoffbehälters. Die Befüllung des Kraftstoffbehälters 2 erfolgt demgegenüber durch ei
nen in der oberen Wand 46 des Kraftstoffbehälters befindlichen Einfüllstutzen 48, wel
cher der bodenseitig angeordneten Entnahme- und Messeinrichtung 1 im wesentlichen
gegenüberliegt, wie am besten anhand von Fig. 3 zu sehen ist. Zusätzlich können Ven
tile in der Wand des Kraftstoffbehälters 2 vorgesehen sein, welche im Falle des Vorhan
denseins von Überdruck im Kraftstoffbehälter 2 nach außen öffnen. Alternativ oder zu
sätzlich können hierzu auch Druckmesssensoren innerhalb des Kraftstoffbehälters 2
vorgesehen sein.
Claims (8)
1. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung (1) für Kraftstoffbehälter (2) von Fahrzeu
gen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, mit einem Schwalltopf (12) und einer Füll
standsmesseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Baueinheit im Bereich ei
ner Bodenöffnung (6, 6', 6") des Kraftstoffbehälters (2) befestigt und wenigstens ein
Füllstandssenor (16) der Füllstandsmesseinrichtung vom Schwalltopf (12) umgeben ist.
2. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Füllstandssensor wenigstens einen von einer Schwalltopfmantelwand (32) um
gebenen Drucksensor umfaßt, insbesondere einen Druckmessaufnehmer (16) mit einer
verformbaren Membran (18) zur Messung des füllhöhenabhängigen Bodendrucks und
zur Erzeugung eines von der Größe des Bodendrucks abhängigen Signals.
3. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass zur genauen Messung niedriger Füllstände zusätzlich wenigstens zwei in Bezug
auf die Füllhöhe des Kraftstoffbehälters (2) mit Höhenabstand und bodennah angeord
nete Thermistoren (36, 38) vorgesehen sind, wobei abhängig von der vom jeweiligen
Thermistor (36, 38) gemessenen Temperatur durch eine Auswerteeinheit ein Füll
standssignal dafür erzeugbar ist, ob keiner, einer oder beide Thermistoren (36, 38) von
Kraftstoff umgeben sind.
4. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Thermistoren (36, 38) vorzugsweise an einer Außenfläche der Schwalltopf
mantelwand (32) befestigt sind.
5. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, dass sie einem am Kraftstoffbehälter (2) oberseitig ange
ordneten Einfüllstutzen (48) im wesentlichen gegenüberliegend angeordnet ist.
6. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch einen in die Bodenöffnung (6, 6', 6") des
Kraftstoffbehälters (2) eingesetzten, zur Aufnahme der Füllstandsmesseinrichtung, des
Schwalltopfes (12) und der Thermistoren (36, 38) ausgebildeten Adapter (26) im Kraft
stoffbehälter (2) gehalten ist.
7. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass in Durchgangsbohrungen (40) des Adapters gehaltene Kraftstoffleitungen mit einer
Einspritzpumpe in Verbindung stehende Vorlaufleitungen und Rücklaufleitung sowie ei
ne Versorgungsleitung einer Heizung beinhalten.
8. Kombinierte Entnahme- und Meßeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Adapter (26) im weiteren eine Durchgangsbohrung (42) für eine
Überlaufleitung aufweist, welche mit einem weiteren Kraftstoffbehälter in Verbindung
steht.
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