DE102004019147A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Gefrierpunktbestimmung von Reinigungsflüssigkeit - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Gefrierpunktbestimmung von Reinigungsflüssigkeit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gefrierpunktbestimmung einer Reinigungsflüssigkeit (2) mit einer Heizvorrichtung zum Aufheizen der Reinigungsflüssigkeit (2). Erfindungsgemäß sind ein Temperatursensor, welcher fortlaufend Signale zur Verfügung stellt, die aktuelle Temperaturwerte der Reinigungsflüssigkeit (2) repräsentieren, und eine Auswerte- und Steuereinheit (4) vorgesehen, die aus den Signalen das Temperaturverhalten der Reinigungsflüssigkeit (2) ermittelt und aus dem ermittelten Temperaturverhalten charakteristische Werte der Reinigungsflüssigkeit (2) bestimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gefrierpunktbestimmung von Reinigungsflüssigkeit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein zugehöriges Verfahren.
  • Bei tiefen Temperaturen kann es zum Einfrieren von Reinigungsflüssigkeit in Scheiben- und/oder Scheinwerferreinigungsanlagen in einem Fahrzeug kommen. Um dies zu verhindern, werden der Reinigungsflüssigkeit neben Wasser normalerweise Frostschutzmittel zugemischt, beispielsweise in Form von Alkohol. Der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit bestimmt sich daher aus dem Mischungsverhältnis der in der Reinigungsflüssigkeit enthaltenen Komponenten. Wird in ein bestehendes Gemisch nur Wasser nachgefüllt, dann steigt der Gefrierpunkt an. Dies kann dazu führen, dass die Reinigungsflüssigkeit innerhalb der Reinigungsanlage gefriert und die Funktion der Scheiben- und/oder Scheinwerferreinigungsanlage im Fahrzeug beeinträchtigt wird. So kann durch die nichtverfügbare Reinigungsflüssigkeit in Abhängigkeit von der Wetterlage eine erhebliche Sichtbehinderung oder im Falle einer Scheinwerferreinigungsanlage eine Blendung des entgegenkommenden Verkehrs auftreten.
  • Um das Gefrieren der Reinigungsflüssigkeit zu vermeiden, wird in der Regel der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit bestimmt und bei Bedarf durch Hinzufügen von Frostschutzmitteln abgesenkt.
  • Zur Gefrierpunktbestimmung der Reinigungsflüssigkeit wird bei herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren eine Dichtemessung der Reinigungsflüssigkeit vorgenommen. Dies kann beispielsweise an einer Tankstelle oder in einer Werkstatt mit einer Dichtemessspindel durchgeführt werden.
  • Die DE 37 34 130 A1 beschreibt eine Scheibenreinigungsanlage für ein Kraftfahrzeug, bei der in Abhängigkeit von der Außentemperatur das Mischungsverhältnis Wasser zu Frostschutzmittel in der Reinigungsflüssigkeit verändert und damit der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit an die Außentemperatur angepasst werden kann. Hierbei wird der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit automatisch mit Hilfe eines in einer Mischkammer der Reinigungsanlage angeordneten Dichtemessgerätes bestimmt.
  • Die DE 43 16 981 C2 beschreibt eine Scheibenreinigungsanlage für ein Kraftfahrzeug mit einer Verdampfungseinrichtung, mit der das Mischungsverhältnis der Reinigungsflüssigkeit in Abhängigkeit von der Außentemperatur verändert und damit der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit an die Außentemperatur angepasst werden kann. Der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit wird hier durch eine Konzentrationsmesseinrichtung unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Dichten von Grundflüssigkeit und Frostschutzmittel bestimmt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung von einer Reinigungsflüssigkeit zur Verfügung zu stellen sowie ein zugehöriges Verfahren zur Gefrierpunktbestimmung anzugeben.
    •
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung einer Reinigungsflüssigkeit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Gefrierpunktbestimmung einer Reinigungsflüssigkeit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung einer Reinigungsflüssigkeit einen Temperatursensor, welcher elektrische Signale zur Verfügung stellt, die aktuelle Temperaturwerte der Reinigungsflüssigkeit repräsentieren und eine Auswerte- und Steuereinheit, die aus den Signalen das Temperaturverhalten der Reinigungsflüssigkeit ermittelt und aus dem ermittelten Temperaturverhalten charakteristische Werte der Reinigungsflüssigkeit bestimmt.
  • Die Bestimmung der charakteristischen Werte der Reinigungsflüssigkeit durch Ermittlung des Temperaturverhaltens der Reinigungsflüssigkeit mit dem Temperatursensor ist im Gegensatz zur Dichtemessung unanfälliger gegen Störungen und kostengünstiger zu realisieren, da keine beweglichen Teile erforderlich sind. Zudem ist durch die elektrischen Signale eine elektronische Datenauswertung ohne zusätzliche Wandler möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung der Reinigungsflüssigkeit kann in vorteilhafter Weise einfach in bestehende Füllstandssensoren für Flüssigkeitsbehälter mit einem elektrischen Ausgangssignal inte griert werden, wodurch der Funktionsbereich elektrischer Füllstandssensoren auf Temperaturen <–5°C erweiterbar ist.
  • In Ausgestaltung der Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung einer Reinigungsflüssigkeit ermittelt die Auswerte- und Steuereinheit aus den elektrischen Signalen den aktuellen Temperaturwert und berechnet Temperaturänderungen zwischen mindestens zwei aufeinander folgend ermittelten Temperaturwerten und wertet diese aus.
  • In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung erkennt die Auswerte- und Steuereinheit bei der Auswertung der Temperaturänderungen einen Phasenübergang der Reinigungsflüssigkeit von flüssig nach gasförmig, wenn die Temperaturwerte und die berechneten Temperaturänderungen einen vorgegebenen ersten zeitlichen Verlauf aufweisen, der beispielsweise dadurch gekennzeichnet ist, dass die Temperatur im betrachteten Zeitraum anfänglich bis zum Erreichen des Phasenübergangs der Reinigungsflüssigkeit langsam ansteigt und beim Phasenübergang der Reinigungsflüssigkeit plötzlich stark ansteigt.
  • Bei einem erkannten Phasenübergang der Reinigungsflüssigkeit ermittelt die Auswerte- und Steuereinheit den zugehörigen Temperaturwert, der dem Siedepunkt der Reinigungsflüssigkeit entspricht, und bestimmt anhand des ermittelten Temperaturwertes das Mischungsverhältnis und/oder den Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit. Der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit wird im Wesentlichen durch das Mischungsverhältnis Wasser zu Frostschutzmittel charakterisiert. Da der Siedepunkt von Wasser bei 100°C liegt und der Siedepunkt des Frostschutzmittels, beispielsweise von Ethanol bei 78°C liegt, stellt sich abhängig von dem Mischungsverhältnis ein Siedepunkt des Gemisches zwischen diesen beiden Grenzwerten ein. Das Mischungsverhältnis der Reinigungsflüssigkeit und/oder der zugehörige Gefrierpunkt können von der Auswerte- und Steuereinheit aus dem ermittelten Siedepunkt beispielsweise durch einen Vergleich mit gespeicherten Parameterkurven ermittelt werden.
  • Zusätzlich oder alternativ erkennt die Auswerte- und Steuereinheit bei der Auswertung einen Grenzfüllstand der Reinigungsflüssigkeit in einem Behälter, wenn die Temperaturwerte und die berechneten Temperaturänderungen einen vorgegebenen zweiten zeitlichen Verlauf aufweisen, der beispielsweise dadurch gekennzeichnet ist, dass die Temperaturwerte über den gesamten betrachteten Zeitraum einen starken Anstieg aufweisen, d.h. die Temperatur steigt ab der Aktivierung der Vorrichtung stark an.
  • In Ausgestaltung der Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung sind die Heizvorrichtung und der Temperatursensor als eine in die Reinigungsflüssigkeit eingetauchte Baueinheit ausgeführt.
  • Die Baueinheit ist beispielsweise als veränderbarer ohmscher Widerstand ausgeführt, der mit einer Spannung und/oder einem Strom beaufschlagt ist und dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von der Temperatur verändert.
  • Die Auswerte- und Steuereinheit bestimmt beispielsweise durch eine Spannungs- und/oder Strommessung fortlaufend einen aktuellen Widerstandswert des ohmschen Widerstands, wobei der aktuelle Widerstandswert die aktuelle Temperatur der Reinigungsflüssigkeit repräsentiert.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Gefrierpunktbestimmung von Reinigungsflüssigkeit wird die Reinigungsflüssigkeit aufgeheizt, das Temperaturverhalten der Reinigungsflüssigkeit ermittelt und aus dem ermittelten Temperaturverhalten werden charakteristische Werte der Reinigungsflüssigkeit bestimmt, beispielsweise der Siedepunkt der Reinigungsflüssigkeit, aus dem das Mischungsverhältnis und der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit abgeleitet werden können, und/oder ein Grenzfüllstand der Reinigungsflüssigkeit in einem Behälter.
    •
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung einer Reinigungsflüssigkeit; und
  • 2 ein Schaubild der Siedetemperatur eines Wasser-Ethanol-Gemisches bei 1Atm.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung 10 einer Reinigungsflüssigkeit 2 eine Auswerte- und Steuereinheit 4 eine Heizvorrichtung und einen Temperatursensor, wobei die Heizvorrichtung und der Temperatursensor im dargestellten Ausführungsbeispiel als in die Reinigungsflüssigkeit 2 eingetauchte Baueinheit 3 in Form eines veränderbaren ohmschen Widerstands 3 ausgeführt sind, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von der Temperatur verändert. Die Auswerte- und Steuereinheit 4 beaufschlagt den Widerstand 3 mit einer Spannung U und einem Strom I, so dass der Widerstand 3 die Reinigungsflüssigkeit 2 in seinem Umfeld lokal aufheizt, und ermittelt einen aktuellen Widerstandswert durch Messung der Anschlussspannung U und/oder dem fließenden Strom I. Aus dem gemessenen aktuellen Widerstandswert ermittelt die Auswerte- und Steuereinheit 4 dann den aktuellen Temperaturwert der Reinigungsflüssigkeit 2 im Umfeld des eingetauchten Widerstandes 3 und berechnet Temperaturänderungen zwischen mindestens zwei aufeinander folgend ermittelten Temperaturwerten und wertet den zeitlichen Verlauf dieser Temperaturänderung zur Bestimmung von charakteristischen Werten der Reinigungsflüssigkeit 2 aus.
  • Die Erwärmung des Widerstandes 3 hängt von der eingekoppelten Energie und von der abgeführten Energie ab. Die Abhängigkeit des Widerstandswertes ist durch die Gleichung R(ΔT) = ρl·LA·(1 + TKρ·ΔT) beschrieben, wobei gilt: ρl: spezifischer Ohmscher Widerstand, LA: Geometriefaktor für Leitungspfad, TKρ: Temperaturkoeffizienten und ΔT: Temperaturdifferenz.
  • Da der Widerstand 3 in die Reinigungsflüssigkeit eingetaucht ist, erhöht sich die Temperatur des Widerstandes 3 durch die an die Reinigungsflüssigkeit 2 abgegebene Energie nur langsam, so dass nach einer Aktivierung der Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung 10 die Temperatur des Widerstandes 3 und damit der Reinigungsflüssigkeit 2 im Umfeld des Widerstandes 3 nur langsam ansteigt. Tritt an der Oberfläche des Widerstands 3 ein Phasenübergang der Reinigungsflüssigkeit 2 von flüssig nach gasförmig auf, d.h. der Siedepunkt der Reinigungsflüssigkeit 2 wird erreicht, dann nimmt die Wärmeabfuhr am Widerstand 3 deutlich ab und der Widerstand 3 erwärmt sich bei konstant eingespeister Leistung deutlich schneller, so dass die Temperatur stark ansteigt. Aus diesem zeitlichen Temperaturverhalten, das durch einen anfänglich langsamen Temperaturanstieg gefolgt von einem plötzlichen starken Temperaturanstieg gekennzeichnet ist, kann der Siedepunkt der Reinigungsflüssigkeit bestimmt werden.
  • Die typische Zusammensetzung der Reinigungsflüssigkeit 2 für den Winter beinhaltet 50–90% Ethanol. Die Reinigungsflüssigkeit 2 für den Sommer unterscheidet sich von der Reinigungsflüssigkeit 2 für den Winter dadurch, dass bis zu ca. 10% Tenside, wie Isotridecanolethoxylat, Natriumlaurylethersulfat und/oder Alkansulfonat, in die Reinigungsflüssigkeit 2 zugegeben sind. Der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit 2 wird aber im Wesentlichen durch das Mischungsverhältnis Wasser zu Ethanol charakterisiert. Da der Siedepunkt von Wasser bei 100°C liegt und der Siedepunkt von Ethanol bei 78°C liegt, stellt sich abhängig von dem Mischungsverhältnis ein Siedepunkt der Reinigungsflüssigkeit 2 zwischen diesen beiden Grenzwerten ein. Ein Schaubild des Zusammenhangs von Siedetemperatur und Mischungsverhältnis der Reinigungsflüssigkeit 2 ist in 2 dargestellt. Somit lässt sich aus dem beim Phasenübergang der Reinigungsflüssigkeit 2 ermittelten Temperaturwert das zugehörige Mischungsverhältnis der Reinigungsflüssigkeit 2 und/oder der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit 2 bestimmen, da das Mischungsverhältnis und damit der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit mit dem Siedepunkt korreliert, wie in 2 dargestellt ist.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der Widerstand 3 bei einer geschickten Positionierung innerhalb des Behälters 1 als Grenzwertschalter für den Füllstand benutzt werden, der anzeigt, dass Reinigungsflüssigkeit 2 nachgefüllt werden sollte. Sinkt der Füllstand unter einen mit d bezeichneten Pegel ab, dann erfolgt die Erkennung der Grenzwertunterschreitung dadurch, dass die Wärmeabfuhr an der Oberfläche des Widerstandes 3 in Luft deutlich niedriger als innerhalb der Reinigungsflüssigkeit 2 ist. Ist der Widerstand 3 bei der Aktivierung der Vorrichtung nicht in die Reinigungsflüssigkeit 2 eingetaucht, weil der Füllstand zu niedrig ist, dann ergibt sich bei konstanter Einspeisung elektrischer Leistung im gesamten betrachteten Zeitraum eine starke Temperaturerhöhung als Funktion der Zeit. Der Temperaturanstieg ist deutlich höher als wenn der Widerstand 3 in die Reinigungsflüssigkeit 2 eingetaucht ist. Das zeitliche Temperaturverhalten unterscheidet sich von einem Phasenübergang der Reinigungsflüssigkeit 2 dadurch, dass die Temperatur schon beim Aktiveren der Vorrichtung 10 einen starken Anstieg aufweist.
  • Die Vorrichtung 10 und/oder das Verfahren zur Gefrierpunktbestimmung können bei Bedarf manuell oder automatisch zu vorgebbaren Zeitpunkten oder Situationen aktiviert werden. So kann die Vorrichtung beispielsweise nach jedem Fahrzeugstart, nach dem Auffüllen des Behälters 1 mit Reinigungsflüssigkeit 2, nach einem durchgeführten Reinigungsvorgang, d.h. nach Entnahme von Reinigungsflüssigkeit 2 aus dem Behälter 1, bei der Überprüfung der Wintertauglichkeit des Fahrzeugs, beim Service, beim Tanken usw. aktiviert werden. Die Information über das augenblickliche Mischungsverhältnis der Reinigungsflüssigkeit 2 und den damit korrelierenden Gefrierpunkt kann über eine fahrzeugseitige Anzeigeeinheit 5 angezeigt werden. Zusätzlich kann eine Warnung ausgegeben werden, wenn eine aktuell ermittelte Außentemperatur zum Gefrieren der Reinigungsflüssigkeit 2 führen kann. Außerdem wird ein Erreichen und/oder Unterschreiten des Grenzfüllstandes d als Warnsignal von der Anzeigeeinheit 5 ausgegeben.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor und die Heizvorrichtung innerhalb des Vorratsbehälters 1 für die Reinigungsflüssigkeit 2 angeordnet. Alternativ können der Temperatursensor und die Heizvorrichtung an anderen Einbauorten innerhalb eines Reinigungssystems angeordnet sein, beispielsweise im Leitungssystem oder an den Ausströmdüsen.
  • Durch die erfindungsgemäße auf der Auswertung des Temperaturverhaltens der Reinigungsflüssigkeit basierende Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung der Reinigungsflüssigkeit können in vorteilhafter Weise charakteristische Werte der Reinigungsflüssigkeit durch Auswerten elektrische Signale bestimmt werden. Dadurch kann der Gefrierpunkt und/oder der Grenzfüllstand der Reinigungsflüssigkeit kostengünstig und weniger anfällig für Störungen ermittelt werden, als bei herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur Gefrierpunktbestimmung einer Reinigungsflüssigkeit (2) mit – einer Heizvorrichtung zum Aufheizen der Reinigungsflüssigkeit (2), gekennzeichnet durch – einen Temperatursensor, welcher elektrische Signale zur Verfügung stellt, die aktuelle Temperaturwerte der Reinigungsflüssigkeit (2) repräsentieren und – eine Auswerte- und Steuereinheit (4), die aus den Signalen das Temperaturverhalten der Reinigungsflüssigkeit (2) ermittelt und aus dem ermittelten Temperaturverhalten charakteristische Werte der Reinigungsflüssigkeit (2) bestimmt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (4) aus den Signalen den aktuellen Temperaturwert der Reinigungsflüssigkeit (2) ermittelt und Temperaturänderungen zwischen mindestens zwei aufeinander folgend ermittelten Temperaturwerten berechnet und auswertet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (4) bei der Auswertung einen Phasenübergang der Reinigungsflüssigkeit von flüssig nach gasförmig erkennt, wenn die berechneten Temperaturänderungen einen vorgegebenen ersten zeitlichen Verlauf aufweisen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (4) einen zugehörigen Temperaturwert beim Phasenübergang der Reinigungsflüssigkeit (2) ermittelt und aus diesem ermittelten Temperaturwert das Mischungsverhältnis und/oder den Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit (2) bestimmt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (4) bei der Auswertung einen Grenzfüllstand der Reinigungsflüssigkeit (2) in einem Behälter (1) erkennt, wenn die berechneten Temperaturänderungen einen vorgegebenen zweiten zeitlichen Verlauf aufweisen.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung und der Temperatursensor als eine in die Reinigungsflüssigkeit (2) eingetauchte Baueinheit (3) ausgeführt sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (3) als veränderbarer ohmscher Widerstand (3) ausgeführt ist, der mit einer Spannung und/oder einem Strom beaufschlagt ist und dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von der Temperatur verändert.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (4) durch eine Spannungs- und/oder Strommessung fortlaufend einen aktuellen Widerstandswert des ohmschen Widerstand (3) bestimmt, wobei der aktuelle Widerstandswert die aktuelle Temperatur der Reinigungsflüssigkeit (2) repräsentiert.
  9. Verfahren zur Gefrierpunktbestimmung von Reinigungsflüssigkeit, bei dem die Reinigungsflüssigkeit (2) aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass, – das Temperaturverhalten der Reinigungsflüssigkeit (2) ermittelt wird, und – aus dem ermittelten Temperaturverhalten charakteristische Werte der Reinigungsflüssigkeit (2) bestimmt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Temperaturverhaltens die Temperatur der Reinigungsflüssigkeit (2) ermittelt und Temperaturänderungen zwischen zwei aufeinander folgend ermittelten Temperaturwerten berechnet und ausgewertet werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung ein Phasenübergang der Reinigungsflüssigkeit von flüssig nach gasförmig erkannt und ein zugehöriger Temperaturwert bestimmt wird, wenn die Temperaturänderungen einen vorgegebenen ersten zeitlichen Verlauf aufweisen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem bestimmten Temperaturwert ein Mischungsverhältnis und/oder der Gefrierpunkt der Reinigungsflüssigkeit (2) ermittelt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung ein Grenzfüllstand der Reinigungsflüssigkeit (2) in einem Behälter (1) erkannt und gemeldet wird, wenn die Temperaturänderungen einen vorgegebenen zweiten zeitlichen Verlauf aufweisen.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Temperaturverhaltens der Reinigungsflüssigkeit (2) mindestens ein elektrischer Parameter ermittelt wird.
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