DE10063201A1 - Brennstoffbehälter mit einem einsetzbaren Sensorsystem zur Füllstandsbestimmung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffbehälter mit einem Sensorsystem zur Füllstandsbestimmung, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Brennstoffbehälter zu schaffen, der insbesondere eine von seiner geometrischen Form unabhängige Ausbildung gestattet und die Füllstandsbestimmung mittels Sensorsystem spürbar verbessert. DOLLAR A Gelöst wird das dadurch, indem der Brennstoffbehälter 14 ein Sensorsystem 15 aufweist, welches einen schaltungstechnisch mit einer Elektronik 13 verbundenen und an einem Sensorträger 5 fixierten Sensor 2 und eine berührungslos zum Sensor 2 angeordnete, unter einem hydrostatischen Druck auslenkbare Membram 1 als Druckbeaufschlagungsfläche aufweist, und dass eine durch die ausgelenkte Membran 1 generierte Abstandsänderung durch den Sensor 2 in ein elektrisches Ausgangssignal wandelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffbehälter mit einem einsetzbaren Sensorsystem zur Füllstandsbestimmung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiger Brennstoffbehälter ist bevorzugt in Antriebseinheiten von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, einsetzbar.

Ein Brennstoffbehälter dieser Art ist zur Druckmessung ohne zusätzliche Gefahr von Undichtigkeiten oder Brennstoffemissionen aus DE 44 23 095 C2 bekannt. Ein innerhalb des Brennstoffbehälters aufnehmbarer Einsatz trägt mittels Halter einen Füllstandssensor und/oder eine Brennstoff- Fördervorrichtung und ist mit einem Drucksensor versehen. Dabei ist der Drucksensor in einer Sensorkammer des Halters angeordnet und der Halter ist in eine Öffnung des Brennstoffbehälters diese verschließend einsetzbar. Zur Ausbildung des Drucksensors selbst sind keine weiteren Angaben zu entnehmen.

Eine Weiterbildung ist aus DE 197 29 699 C1 bekannt. Ein derartiger Brennstoffbehälter weist einen Tankeinsatz mit einem insbesondere den Innendruck erfassenden Sensorsystem auf. Das Sensorsystem ist als Drucksensor ausgebildet und umfasst ferner Anschlussmittel, Dichtmittel und Befestigungsmittel. Dieses Sensorsystem ist mit den Anschlussmitteln sowie den Dichtmitteln zu einer vormontiert in eine Sensoraufnahme einsetzbare und darin fixierbare Baugruppe zusammengefasst.

Der Drucksensor weist an seiner Unterseite eine Fläche für die Druckbeaufschlagung auf, die über Strömungskanäle mit dem Inneren des Brennstoffbehälters in Funktionsverbindung ist.

Weiterhin ist aus DE 44 38 322 C2 ein Tankfüllstandsgeber mit einem Schwimmerhebel bekannt, der abhängig vom Füllstand ein Schleifer- Potentiometer einstellt, und an einem Schlingertopf einer im Tank befindlichen Brennstofffördereinheit angeordnet ist. Der Schwimmerhebel ist mit einem Schleiferhebel verbunden, der mit einer Abkröpfung durch eine Öffnung des Schleiferhebels ragt, in eine Lagerbohrung eines Halters hineinragt und mit einem unterhalb der Abkröpfung bestehenden Hebelabschnitt in einer Verklippsung gegen axiales Auswandern aus der Lagerbohrung gesichert ist.

Die Druckmessung nach DE 44 23 095 C2 und DE 197 29 699 C1 ist auf einen geschlossenen Brennstoffbehälter beschränkt. Zum Aufbau der Sensoren sind keine weiteren Angaben zu entnehmen.

Bei der Füllstandsbestimmung mit Schwimmervorrichtung gemäß DE 44 38 322 C2 ist es von Nachteil, dass hierbei prinzipbedingt eine Kreisbahn abgetastet wird. Bei großen Brennstoffbehältern ist ein großer Freiraum für die Auslenkung des Schwimmers mit Schwimmerhebel erforderlich. Weiterhin ist eine relativ große Öffnung im Brennstoffbehälter erforderlich zwecks Montage der kompletten Schwimmervorrichtung. Mit potentiometrischen Sensoren ausgebildete mechanische Schwimmervorrichtungen sind relativ aufwendig und derartige Schwimmervorrichtungen erzeugen zusätzliche Fehler im Ausgangssignal, insbesondere bei nichtlinearen Brennstoffbehältern, wie beispielsweise Brennstoffbehälter mit zylindrischer oder asymmetrischer Form. Diese Fehler resultieren beispielsweise daher, dass die Kennlinie derartiger Sensoren nicht linear zum Verlauf des jeweiligen Füllstandes im Brennstoffbehälter ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Brennstoffbehälter mit einem Sensorsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, der die genannten Nachteile vermeidet, der insbesondere eine von seiner geometrischen Form unabhängige Ausbildung gestattet und die Füllstandsbestimmung mittels Sensorsystem spürbar verbessert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ausbildungsmerkmale von Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Ein erster Vorteil des erfindungsgemäßen Brennstoffbehälters mit Sensorsystem ist darin begründet, dass der Brennstoffbehälter in seiner geometrischen Form beliebig ausführbar ist und dass die Bestimmung des Füllstands selbst bei komplizierten Behälterformen präzise realisierbar ist.

Von Vorteil ist weiterhin, dass der Brennstoffbehälter bei beliebiger geometrischer Form als offener als auch als geschlossener Behälter ausgebildet werden kann. Dabei hat die Behältergeometrie keinen Einfluss auf den Aufbau des Sensorsystems oder auf die Exaktheit der Füllstandsbestimmung.

Ebenso vorteilhaft ist, dass dieser Brennstoffbehälter ein Sensorsystem aufweist, welches in der Lage ist eine Abstandsänderung, beispielsweise als Magnetfeldänderung, in ein elektrisches Ausgangssignal zu wandeln. Mittels Sensorsystem ist eine programmierbare Ausgangskennlinie generierbar, so dass eine derartige Ausbildung für beliebige Geometrien von Brennstoffbehältern einsetzbar ist. Durch die beliebige Geometrie des Brennstoffbehälters oder durch das Meßsystem bedingte Nichtlinearitäten sind durch die Programmierbarkeit der Ausgangskennlinie linearisierbar. Damit sind unter dem Aspekt der Geometrie, beispielsweise durch nichtlineare Brennstoffbehälter mit runder oder asymmetrischer Form, generierte Fehler im Ausgangssignal vermeidbar, so dass die Exaktheit der Füllstandsbestimmung deutlich verbessert ist.

Weiterhin ist von Vorteil, dass ein Brennstoffbehälter mit einem derartigen Sensorsystem kostengünstig herstellbar ist und durch Wegfall störungsanfälliger mechanischer Systeme die Zuverlässigkeit sowie die Lebensdauer erhöht ist. In vorteilhafter Weise ist an einem derartigen Brennstoffbehälter mittels Sensorsystem zusätzlich eine Leckageüber­ wachung realisierbar.

Das Sensorsystem ist wahlweise mit einem induktiven Sensor oder einem kapazitiven Sensor oder bevorzugt mit einem Hall-Sensor ausführbar.

Bei Einsatz eines Hallsensors ist beispielsweise der am Hall-Sensor anliegenden elektrische Strom von einem magnetischen Feld überlagerbar, es entsteht eine Ablenkung der elektrischen Ladungsträger im Magnetfeld und es bildet sich ein elektrisches Feld aus, welches senkrecht zur Stromrichtung und senkrecht zur Feldrichtung gerichtet ist. Alternativ sind induktive bzw. kapazitive Sensoren beispielsweise einsetzbar, die auf eine elektrische Feldänderung reagieren.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 einen Brennstoffbehälter mit einem Sensorsystem (Schnitt),

Fig. 2 eine erste Weiterbildung von Fig. 1,

Fig. 3 eine zweite Weiterbildung von Fig. 1,

Fig. 4 eine dritte Weiterbildung von Fig. 1,

Fig. 5 eine vierte Weiterbildung von Fig. 1, und

Fig. 6 eine fünfte Weiterbildung von Fig. 1.

Ein Brennstoffbehälter 14 weist beispielsweise an einer oberen Behälterwand eine Öffnung auf, in die mittels eines diese Öffnung fluiddicht verschließenden Montageflansches 8 ein in den Brennstoffbehälter 14 ragendes Sensorsystem 15 eingesetzt ist. An dem Montageflansch 8 ist bevorzugt ein Verbindungsgehäuse 7 angeordnet, welches das Sensorsystem 15 trägt. Der Montageflansch 8 und/oder das Verbindungsgehäuse 7 tragen bevorzugt eine Brennstofffördereinrichtung mit Zulauf- und Rücklaufleitung zu einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt). In bevorzugter Ausführung ist das Sensorsystem 15 an dem Verbindungsgehäuse 7 angeordnet.

Ein derartiges Sensorsystem 15 weist ein Sensorgehäuse 4 auf, welches bevorzugt an dem Verbindungsgehäuse 7 fixiert ist.

Gemäß Fig. 1 ist ein mittels elektrischer Energie versorgter Sensor 2, bevorzugt mittels einem Sensorträger 5, an dem Sensorgehäuse 4 angeordnet. Der Sensor 2 ist schaltungstechnisch, beispielsweise mittels einer im Sensorgehäuse 4 und Verbindungsgehäuse 7 aufgenommenen Anschlussleitung 6 und einem Steckanschluss 9, mit einer Elektronik 13 verbunden. In einem definierten Abstand (berührungslos) zum Sensor 2 ist eine Membran 1 am Sensorgehäuse 4 angeordnet, welche einen Sensorbetätiger 3 trägt, wobei der Sensor 2 und der Sensorbetätiger 3 bevorzugt parallel zu einander in einem definierten Abstand berührungslos angeordnet sind. Der Sensorbetätiger 3 ist dem jeweils eingesetztem Sensor 2 angepasst. Bei Einsatz eines Hall-Sensors als Sensor 2 ist der Sensorbetätiger 3 ein Magnet.

Die Membran 1 bewirkt eine Medientrennung und ist dabei bevorzugt in Richtung des Bodens des Brennstoffbehälters 14 gerichtet. Die Membran 1 ist als Druckbeaufschlagungsfläche unter einem hydrostatischen Druck des flüssigen Mediums im Brennstoffbehälter 14 in Richtung Sensor 2 (und in die Ausgangslage zurück) biegbar bzw. auslenkbar. Bei einer Auslenkung der Membran 1 ist die generierte Abstandsänderung, beispielsweise mittels einer Magnetfeldänderung, durch den Sensor 2 in ein elektrisches Ausgangssignal wandelbar.

Um eine mögliche Kollision von Membran 1 bzw. Sensorträger 3 mit dem am Sensorgehäuse 4 fixierten Sensor 2 zu vermeiden, weist das Sensorgehäuse 4 bevorzugt eine daran fixierte, als Anschlag wirkende Membranabstützung 10 auf. Damit ist unabhängig von der Größe der Auslenkung der Membran 1 (mit oder ohne Sensorträger 3) stets eine berührungslose Zuordnung von Membran 1 bzw. Sensorträger 3 zum fixierten Sensor 2 gewährleistet.

Das Sensorgehäuse 4 weist ferner eine korrespondiere Röhre 12, beispielsweise als Öffnung oder Bohrung ausgeführt, auf, welche die Schnittstelle des Sensorsystems 15 für den internen Druckausgleich im Brennstoffbehälter 14 realisiert. Weiterhin weist das Verbindungsgehäuse 7, insbesondere bei einem geschlossenen Brennstoffbehälter 14, eine Entlüftung 11 auf. Die Entlüftung 11 ist beispielsweise mittels einer Labyrinthdichtung oder einem mikroporösen fluiddichten, jedoch gasdurchlässigen Material realisierbar.

Nachstehend sind im Wesentlichen auf den Ausführungen zu Fig. 1 basierende Anordnungen des Sensorsystems 15 beschrieben, welche je nach Geometrie des Brennstoffbehälters 14 einsetzbar sind. Dabei ist das Sensorsystem 15 wie nachstehend beschrieben variabel ausführbar.

In Fig. 2 ist eine erste Weiterbildung gezeigt, bei der das Sensorsystem 15 seitlich am Verbindungsgehäuse 7 angeordnet ist. Das Sensorgehäuse 4 ist hierbei in Richtung des Bodens des Brennstoffbehälters 14 gerichtet und die Membran 1 vom Boden abgewandt angeordnet. Diese Anordnung eignet sich bevorzugt für flache Brennstoffbehälter 14 mit geringer Bauhöhe.

Gemäß Fig. 3 ist in fluchtender Fortsetzung des Verbindungsgehäuses 7 das Sensorgehäuse 4 stirnseitig angeordnet. Diese Anordnung eignet sich bevorzugt für schmale Brennstoffbehälter 14 mit großer Bauhöhe.

Fig. 4 zeigt in Weiterbildung von der Ausführung nach Fig. 1 ein Sensorgehäuse 4, welches keinen Sensorbetätiger 3 aufweist. In dieser Ausbildung weist die Membran 1 eine Doppelfunktion auf, indem gleichzeitig die Funktion des Sensorbetätigers 3 von der Membran 1 erfüllt wird. Die Membran 1 und der Sensorträger 5 mit Sensor 2 sind wiederum an dem Sensorgehäuse 4 angeordnet, welches mittels dem Verbindungsgehäuse 7 am Brennstoffbehälter 14, bevorzugt mittels Montageflansch 8, lösbar fixiert ist.

In der Weiterbildung gemäß Fig. 5 trägt das Sensorgehäuse 4 lediglich die Membran 1. An der Membran 1 ist zusätzlich ein Trägerelement 16, beispielsweise ein Stab, fixiert. Das Trägerelement 16 ragt, ausgehend von der Membran 1, in das Verbindungsgehäuse 7 und trägt endseitig den Sensorbetätiger 3. Dem Sensorbetätiger 3 ist der am Sensorträger 5 angeordnete Sensor 2 berührungslos benachbart zugeordnet. Der Sensorträger 5 ist am Montageflansch 8 oder dem Brennstoffbehälter 14 selbst lösbar fixiert angeordnet. Der Sensor 2 ist wiederum schaltungstechnisch mit der Elektronik 13 verbunden.

Eine weitere Ausbildung zeigt Fig. 6, nach der die im Sensorgehäuse 4 aufgenommene Membran 1 fest mit dem Trägerelement 16 verbunden ist, wobei das Trägerelement 16 wiederum in das Verbindungsgehäuse 7 ragt. Am Montageflansch 8 bzw. direkt am Brennstoffbehälter 14 ist der Sensorträger 5 lösbar fixiert angeordnet. In dieser Ausbildung sind am Sensorträger 5 der schaltungstechnisch mit der Elektronik 13 verbundene Sensor 2 und zusätzlich der Sensorbetätiger 3 in einem definierten Abstand berührungslos zueinander angeordnet. In diesen durch den Sensor 2 und den Sensorbetätiger 3 gebildeten Abstand ragt das freie Ende des Trägerelementes 16 berührungslos hinein.

In den Ausbildungen mit Trägerelement 16 (Fig. 5 und 6) ist bevorzugt am Sensorgehäuse 4 die Membranabstützung 10 angeordnet, um als Anschlag für das Trägerelement 16 zu dienen.

Der in diesen Ausbildungen einsetzbare Sensor 2 ist bevorzugt ein induktiver Sensor oder ein kapazitiver Sensor oder ein Hall-Sensor, welcher in der Lage ist eine durch den Sensorbetätiger 3 oder die Membran 1 oder das Trägerelement 16 generierte Abstandsänderung in ein elektrisches Ausgangssignal zu wandeln.

Bei Einsatz eines Hall-Sensors erzeugt die o. g. Abstandsänderung eine Magnetfeldänderung. Bei Einsatz eines induktiven oder kapazitiven Sensors erzeugt die o. g. Abstandsänderung eine elektrische Feldänderung. Beispielsweise ist bei einem induktiven Sensor die Membran 1 als Druckbeaufschlagungsfläche aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet, welche bei einer Abstandsänderung eine elektrische Feldänderung generiert. Bei einem kapazitiven Sensor ist die Membran 1 beispielsweise aus einem Werkstoff mit niedriger Dielektrizitätszahl ausgebildet.

Das elektrische Ausgangssignal ist durch die schaltungstechnische Verknüpfung des Sensors 2 mit der Elektronik 13, welche beispielsweise eine Anzeige, eine Steuerung bzw. ein Bordcomputer ist, für die exakte Füllstandsbestimmung des jeweiligen Mediums im Brennstoffbehälter 14 nutzbar.

Bei der Füllstandsbestimmung wird durch das jeweilige flüssige Medium (hydrostatische Masse) im Brennstoffbehälter 14 eine Kraft auf die Membran 1 (Druckbeaufschlagungsfläche) ausgeübt und führt bei der Membran 1 zu einer Auslenkung (Durchbiegung).

Diese Auslenkung wird in eine Abstandsänderung umgesetzt und in Relation zum Weg der Auslenkung der Membran 1 steht das Ausgangssignal des Sensors 2.

In bevorzugter Ausführung ist der Sensor 2 mit einer Programmiereinheit schaltungstechnisch in Funktionsverbindung. In der Programmiereinheit ist die für die jeweilige Geometrie des Brennstoffbehälters 14 zutreffende Kennlinie abgelegt. Die Kennlinie ist innerhalb des Brennstoffbehälters 14 am Sensor 2 erzeugbar oder außerhalb des Brennstoffbehälters 14 am Sensor 2 vor dessen Einbau in das Sensorsystem 15 bzw. in den Brennstoffbehälter 14.

Bezugszeichenliste

1

Membran

2

Sensor

3

Sensorbetätiger

4

Sensorgehäuse

5

Sensorträger

6

Anschlussleitung

7

Verbindungsgehäuse

8

Montageflansch

9

Steckanschluss

10

Membranabstützung

11

Entlüftung/Dichtung

12

korrespondierende Röhre

13

Elektronik

14

Brennstoffbehälter

15

Sensorsystem

16

Trägerelement

Claims (8)

1. Brennstoffbehälter mit einem einsetzbaren Sensorsystem zur Füllstandsbestimmung, wobei das Sensorsystem eine Druckbeaufschlagungsfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (15) einen schaltungstechnisch mit einer Elektronik (13) verbundenen und an einem Sensorgehäuse (4) fixierten Sensor (2) und eine berührungslos zum Sensor (2) angeordnete, unter einem hydrostatischen Druck auslenkbare Membran (1) als Druckbeaufschlagungsfläche aufweist, und dass eine durch die ausgelenkte Membran (1) generierte Abstandsänderung durch den Sensor (2) in ein elektrisches Ausgangssignal wandelbar ist.

2. Brennstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsänderung eine Magnetfeldänderung erzeugt und der Sensor (2) ein Hall-Sensor ist.

3. Brennstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsänderung eine elektrische Feldänderung erzeugt und der Sensor (2) ein induktiver Sensor ist.

4. Brennstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsänderung eine elektrische Feldänderung erzeugt und der Sensor (2) ein kapazitiver Sensor ist.

5. Brennstoffbehälter nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (1) und ein Sensorträger (5) mit Sensor (2) an einem Sensorgehäuse (4) angeordnet sind, welches mittels einem Verbindungsgehäuse (7) am Brennstoffbehälter (14) lösbar fixiert ist.

6. Brennstoffbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Membran (1) ein Sensorbetätiger (3) fixiert ist, welcher berührungslos dem Sensor (2) benachbart zugeordnet ist

7. Brennstoffbehälter nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (1) an einem an einem Verbindungsgehäuse (7) befestigten Sensorgehäuse (4) angeordnet ist und an der Membran (1) ein Trägerelement (16) fixiert ist, dass das Trägerelement (16) in das Verbindungsgehäuse (7) ragt, dass an dem Sensorträger (5) mit Sensor (2) ein Sensorbetätiger (3) berührungslos benachbart zum Sensor (2) fixiert ist, dass das Trägerelement (16) mit seinem freien Ende berührungslos zwischen dem Sensor (2) und dem Sensorbetätiger (3) angeordnet ist und der Sensorträger (5) am Brennstoffbehälter (14) lösbar fixiert ist.

8. Brennstoffbehälter nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (1) an einem an einem Verbindungsgehäuse (7) befestigten Sensorgehäuse (4) angeordnet ist und an der Membran (1) ein Trägerelement (16) fixiert ist, dass das Trägerelement (14) in das Verbindungsgehäuse (7) ragt und endseitig einen Sensorbetätiger (3) trägt, und dass der Sensorträger (5) mit Sensor (2) am Brennstoffbehälter (14) lösbar fixiert ist, wobei der Sensorbetätiger (3) berührungslos dem Sensor (2) benachbart zugeordnet ist.