DE102005043699A1

DE102005043699A1 - Sensoreinheit und Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102005043699A1
Application number: DE200510043699
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Hürland; Aleksandar Dr.-Ing. Knezevic; Carsten Dr.-Phys. Plog
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit für ein Fahrzeug, welche mindestens eine Messinformation zur Ermittlung eines Korrosionsschutzmittelanteils in einem Fluid (4) eines Fluidsystems (3) erzeugt, und eine Sensorvorrichtung (2) für ein Fahrzeug (1) mit mindestens einer Sensoreinheit (10, 20, 30, 40), welche Informationen über mindestens einen Fluidparameter eines Fluidsystems (3) erfasst, und eine Auswerte- und Steuereinheit (5), welche die erfassten Informationen des mindestens einen Fluidparameters auswertet. Erfindungsgemäß wertet die Auswerte- und Steuereinheit (5) Informationen einer ersten Sensoreinheit (10) zur Ermittlung eines Korrosionsschutzmittelanteils und Informationen einer zweiten Sensoreinheit (20) zur Ermittlung eines Frostschutzmittelanteils für das Fluid (4) im Fluidsystem (3) aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit für ein Fahrzeug, insbesondere eine Sensoreinheit zur Erfassung eines Korrosionsschutzmittelanteils in einem Fluid eines Fluidsystems, und eine Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.

Dem Kühlerfrostschutz wird insbesondere bei Kraftfahrzeugen vom Benutzer wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Moderne Kühlerfrostschutzmittel erfüllen aber sehr wichtige Aufgaben im Motor. Außer dem Schutz gegen Einfrieren des Kühlwassers, muss der Motor im Innern auch gegen Korrosion geschützt werden. Daher besteht ein modernes Frostschutzmittel üblicherweise aus Glykol (z.B. Ethylenglykol) und aus bis zu 5% Additiven. Die Hinzuführung der Additive ist auf die verwendeten Materialien des Motors und der Komponenten des Kühlsystems abgestimmt und ist daher von den Spezifikationen der Motorhersteller abhängig. Da sich die Additive im Laufe der Zeit abbauen, sollte die Korrosionsschutzwirkung überprüft werden.

Aus dem Stand der Technik sind Sensoren zur Erfassung eines Fluidparameters eines Fluidsystems bekannt. So wird beispielsweise in der Patentschrift DE 34 20 794 C2 eine Einrichtung zur Untersuchung von Flüssigkeitseigenschaften beschrieben, welche durch Messung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit verschiedene Flüssigkeitseigenschaften wie Konzentration, Polymerisationsgrad und Reinheit bestimmt.

In der Offenlegungsschrift DE 195 23 110 wird ein Flüssigkeitsrefraktometer zur Messung der Brechzahl einer Probeflüssigkeit beschrieben. Das beschriebene Flüssigkeitsrefraktometer misst die Brechzahl durch Auswertung der optischen Transmission einer in die Probeflüssigkeit eingetauchten Lichtleiterstrecke an deren Grenzschicht mit der Probeflüssigkeit, an welcher ein von der Brechzahl der Probeflüssigkeit abhängiger Anteil des bei der Transmissionsmessung eingespeisten Lichtes total reflektiert wird. Als maßgebliches optisches Medium der Lichtleitstrecke wird eine in einem durchsichtigen Röhrchen gehaltene Referenzflüssigkeit eingesetzt. Damit kann das Flüssigkeitsrefraktometer optimal an die niedrigen Brechzahlen wässriger Lösungen angepasst und zur Messung der Frostschutzmittelkonzentration in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, welche über die Brechzahl des Kühlmittels erfasst werden kann.

In der Patentschrift DE 28 56 677 C2 wird eine Vorrichtung zur Überwachung der Korrosivität eines in einem Behälter befindlichen Fluids beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung, insbesondere ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, umfasst eine in den Behälter ragende, elektrisch von diesem isolierte Referenzelektrode, eine Doppelfühlerelektrode mit zwei elektrisch miteinander verbundenen von der Referenzelektrode und vom Behälter elektrisch isolierten Elektroden aus unterschiedlichen Materialien und einer an die Elektroden angeschlossenen Spannungsmesseinrichtung. Durch eine geeignete Auswahl der Materialien für die Elektroden, können Potentialdifferenzen bezüglich der Referenzelektrode gemessen werden, welche eine eindeutige Aussage über die Korrosivität des zu überwachenden Fluids ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoreinheit für ein Fahrzeug anzugeben, welche einfach aufgebaut ist und zuverlässige Informationen über den Korrosionsschutz des überprüften Fluids zur Verfügung stellt, und eine Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, welches einen verminderten Frostschutz und einen Mangel an Korrosionsschutz zuverlässig anzeigen kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Sensoreinheit für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß umfasst eine Sensoreinheit für ein Fahrzeug, welches mindestens eine Messinformation zur Ermittlung eines Korrosionsschutzmittelanteils in einem Fluid eines Fluidsystems erzeugt, einen inerten Referenzleiter, d.h. einen Leiter aus einem Material, welches wenig reaktionsfreudig ist, und einen Reaktionsleiter, welche in das Fluid des Fluidsystems wenigstens teilweise eintauchen, wobei ein Widerstandswert oder ein Impedanzwert des eingetauchten Referenzleiters und des Reaktionsleiters zur Ermittlung des Korrosionsschutzmittelanteils im Fluids des Fluidsystems als Messinformation ausgebbar sind. Somit stellt die erfindungsgemäße Sensoreinheit in vorteilhafter Weise Messinformationen zur Verfügung, aus welchen ein Mangel an Korrosionsschutz im Fluid des Fluidsystems festgestellt werden kann. Zur Messung des Anteils an Korrosionsschutzmittel wird der Widerstand oder die Impedanz der Leiter beispielsweise mit einer Brückenschaltung ausgewertet. Tritt am Reaktionsleiter eine Korrosion auf, dann ändert sich der Widerstand bzw. die Impedanz des Reaktionsleiters und es kommt zu einer Signaländerung an der Messbrücke. Da am inerten Referenzleiter keine Korrosion auftritt, wird der Referenzleiter innerhalb einer Brückenschaltung als Referenz verwendet.

Bei der Auswertung der Impedanz wird von der Sensoreinheit in vorteilhafter Weise ein Impedanzsignal zur Verfügung gestellt, welches insbesondere Vorgänge an der Oberfläche der Leiter abbildet. Sind die korrosionshemmenden Additive im Fluid des Fluidsystems verbraucht, dann tritt am Reaktionsleiter eine Oberflächenkorrosion auf, welche eine Änderung des Impedanzverhaltens zur Folge hat. Auch bei der Impedanzauswertung wird der inerte Referenzleiter als Referenz innerhalb der Brückenschaltung verwendet. Durch die Auswertung des Widerstandes bzw. der Impedanz kann der Anteil des Korrosionsschutzmittels im Fluid und dadurch der vorhandene Korrosionsschutz des Fluids zuverlässig und genau ermittelt werden. Durch die erfindungsgemäße Sensoreinheit kann auch das Einfüllen eines ungeeigneten Kühlerfrostschutzmittels detektiert und angezeigt werden.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit besteht der inerte Referenzleiter aus Platin und ist als Widerstandsthermometer zur Erfassung der Fluidtemperatur nutzbar. Dadurch können von der erfindungsgemäßen Sensoreinheit in vorteilhafter Weise Informationen von zwei wichtigen Fluidparametern zur Auswertung zur Verfügung gestellt werden.

Um die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit der Informationen über den bestehenden Korrosionsschutz im Fluidsystem zu verbessern, besteht der Reaktionsleiter aus einem Material, welches sich chemisch gleich verhält, wie das Material für welches der Korrosionsschutz im Fluid konzipiert ist, d.h. der Reaktionsleiter besteht beispielsweise aus dem gleichen Material, wie die Komponenten des Fluidsystems.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist der Reaktionsleiter in Form und Stärke so ausgeführt, dass wenigstens der in das Fluid eingetauchte Teil des Reaktionsleiters mehrere Phasen im Fluid ohne Korrosionsschutz übersteht. Dadurch kann der Reaktionsleiter über einen längeren Zeitraum verwendet werden und nach dem Nachfüllen des Korrosionsschutzmittels wieder eine entsprechende Information liefern, welche den vorhandenen Korrosionsschutz anzeigt.

In weiterer Ausgestaltung der Sensoreinheit ist zur Impedanzmessung ein höher frequentes Wechselspannungssignal in die Leiter einleitbar und die gemessene Impedanz repräsentiert in vorteilhafter Weise das Verhalten der Leiteroberfläche.

Das Fluidsystem, in welchem ermittelt werden soll, ob ein Korrosionsschutz besteht, kann beispielsweise als Kühlsystem oder Reinigungssystem oder Schmiersystem im zugehörigen Fahrzeug ausgeführt sein.

Erfindungsgemäß wertet in einer Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug eine Auswerte- und Steuereinheit Informationen einer ersten Sensoreinheit zur Ermittlung eines Korrosionsschutzmittelanteils und Informationen einer zweiten Sensoreinheit zur Ermittlung eines Frostschutzmittelanteils in einem Fluid eines Fluidsystems aus. Dadurch können durch die Kombination von mehreren Sensoreinheiten in vorteilhafter Weise mehrere Parameter des Fluids im Fluidsystem erfasst und ausgewertet werden und die Konzentration des Frostschutzmittels und des Korrosionsschutzmittels im Fluid des Fluidsystems ermittelt werden. Zudem ist es möglich, mit der ersten und zweiten Sensoreinheit noch weitere Parameter des Fluids zu ermitteln oder zusätzliche Sensoreinheiten zur Ermittlung der weiteren Fluidparameter einzusetzen, welche von der Auswerte- und Steuereinheit ausgewertet werden, so dass in vorteilhafter Weise alle relevanten Fluidparameter des Fluidsystems überwacht werden können.

So wertet die Auswerte- und Steuereinheit in Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung Informationen einer dritten Sensoreinheit oder der ersten oder zweiten Sensoreinheit aus, um den Füllstand des Fluids im Fluidsystem zu ermitteln.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung wertet die Auswerte- und Steuereinheit Informationen einer vierten Sensoreinheit oder der ersten oder zweiten oder dritten Sensoreinheit aus, um die Fluidtemperatur zu ermitteln.

In weiterer Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung die oben beschriebene erfindungsgemäße Sensoreinheit zur Erzeugung von mindestens einer Messinformation zur Ermittlung des Korrosionsschutzmittelanteils im Fluid des Fluidsystems als erste Sensoreinheit.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung sind der Referenzleiter und der Reaktionsleiter der ersten Sensoreinheit so im Fluidsystem angeordnet, dass ein Trockenfallen eines der beiden Leiter von der Auswerte- und Steuereinheit zur Füllstandskontrolle auswertbar ist. Die Auswerte- und Steuereinheit erkennt das Trockenfallen von einem oder beiden Leiter durch eine signifikante Änderung des Widerstands- bzw. Impedanzverhaltens der ersten Sensoreinheit. Der gemessene Widerstand oder die gemessene Impedanz wird von der Leitfähigkeit des Fluids und vom Abstand der in das Fluid eingetauchten Leiter bestimmt. Taucht wenigstens einer der beiden Leiter nicht mehr in das Fluid ein, so ändert sich der gemessene Widerstands- oder Impedanzwert deutlich.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung weisen die Leiter der ersten Sensoreinheit eine derartige Form und Anordnung auf, dass die Auswerte- und Steuereinheit mehrere Füllstände im Fluidsystem unterscheiden kann, beispielsweise einen minimalen oder maximalen Füllstand. Da der gemessene Widerstand oder die gemessene Impedanz von der Leitfähigkeit des Fluids und vom Abstand der in das Fluid eingetauchten Leiter bestimmt wird, und sich die Leitfähigkeit der Fluids durch den Anteil von Additiven ebenso wie mit dem Anteil an Fremdionen ändert, ist die Abstandsänderung durch die Form und Anordnung der Leiter zur Erzeugung der Informationen für die unterschiedlichen Füllstandniveaus so groß gewählt, dass die Abstandsänderung die Widerstandsänderung dominiert.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung umfasst die erste Sensoreinheit eine zusätzliche Referenzelektrode, wobei die Auswerte- und Steuereinheit beispielsweise aus dem zwischen der Referenzelektrode und dem Referenzleiter oder dem Reaktionsleiter gemessenen Widerstand oder der gemessenen Impedanz die Leitfähigkeit des Fluids bestimmt. Durch die Messung des Widerstands oder der Impedanz zwischen der Referenzelektrode und dem Reaktionsleiter ist die Leitfähigkeit des Fluids jederzeit bekannt und kann als Referenz für die Füllstandsbestimmung verwendet werden.

Zur stufenlosen Füllstandskontrolle ermittelt die Auswerte- und Steuereinheit den Widerstand oder die Impedanz zwischen der Referenzelektrode und dem Referenzleiter und zwischen dem Referenzleiter und dem Reaktionsleiter. Durch die Messung des Widerstands oder der Impedanz zwischen der Referenzelektrode und dem Reaktionsleiter wird die Leitfähigkeit des Fluids bestimmt und als Referenz für die Füllstandsbestimmung verwendet. Somit gibt ein Abgleich mit dem zwischen dem Referenzleiter und dem Reaktionsleiter gemessenen Widerstand oder der gemessenen Impedanz den aktuellen Füllstand wieder.

In weiterer Ausgestaltung der Sensorvorrichtung führt die zweite Sensoreinheit eine Messung der Schallgeschwindigkeit im Fluid des Fluidsystems durch, welche von der Auswerte- und Steuereinheit zur Ermittlung des Frostschutzes ausgewertet wird. Zur Messung der Schallgeschwindigkeit umfasst die zweite Sensoreinheit beispielsweise einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger, welche kostengünstig aus Piezoschwingern aufgebaut werden können. Bei einer bekannten Messstrecke im Fluid kann die Auswerte- und Steuereinheit die Schallgeschwindigkeit im Fluid bestimmen. Die Schallgeschwindigkeit ist von der Konzentration des Frostschutzmittels und von der Temperatur abhängig. Bei bekannter Temperatur kann der Frostschutz von der Auswerte- und Steuereinheit durch einen elektronischen Vergleich mit einer Kalibriermessung oder einer berechneten Kalibrierkurve bestimmt werden.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist die Messstrecke der zweiten Sensoreinheit so im Fluidsystem angeordnet ist, dass ein Trockenfallen der Messstrecke von der Auswerte- und Steuereinheit zur Füllstandskontrolle ausgewertet werden kann. Bei einem Abfall des Flüssigkeitsniveaus unter einen Pegel, bei welchem die Messstrecke nicht mehr vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, ändert sich das Signal so stark und charakteristisch, dass ein Fluidmangel detektiert und angezeigt werden kann.

Zusätzlich oder alternativ, führt die zweite Sensoreinheit eine Messung des Brechungsindexes im Fluid des Fluidsystems durch, welche von der Auswerte- und Steuereinheit zur Ermittlung des Frostschutzes ausgewertet wird. Zur Messung des Brechungsindex wird ein Laserstrahl durch eine Küvette mit dem Fluid gesendet und durch einen Detektor ausgewertet. Durch die Wahl einer geeigneten Küvettenform lässt sich nach dem bekannten Snelliusschen Brechungsgesetz ein relativer Brechungsindex der zwei Medien Fluid und Küvettenmaterial bestimmen. Dieser ist zum einen konzentrationsabhängig und zum anderen temperaturabhängig. Bei bekannter Temperatur kann die Auswerte- und Steuereinheit den Frostschutz ebenfalls durch einen elektronischen Vergleich mit einer Kalibriermessung oder einer berechneten Kalibrierkurve bestimmen.

In Ausgestaltung der alternativen Sensorvorrichtung ist die Messküvette der zweiten Sensoreinheit so im Fluidsystem angeordnet, dass ein Trockenfallen der Messküvette von der Auswerte- und Steuereinheit zur Füllstandskontrolle ausgewertet werden kann. Fällt das Fluidniveau beispielsweise unter einen Pegel, bei welchem der Laserstrahl nicht mehr durch das Fluid sondern durch Luft tritt, dann ändert sich der relative Brechungsindex derart stark und signifikant, dass die Auswerte- und Steuereinheit einen Fluidmangel detektieren und anzeigen kann.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ermittlung des Frostschutzes mittels der Schallgeschwindigkeit oder mittels des relativen Brechungsindex erfolgt in vorteilhafter Weise ohne mechanische Teile und ist daher im Gegensatz zu einer Vorrichtung, welche den Frostschutz über eine Dichtemessung durch Auftriebskörper ermittelt, von Verschmutzung, Korrosion oder mangelhafter Schmierung unabhängig. Zudem erfolgt die Ermittlung des Frostschutzes nahezu unabhängig von der Ionenkonzentration im Fluid, im Gegensatz zu einer Vorrichtung, welche den Frostschutz über eine Dielektrizitätskonstante ermittelt.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung wertet die Auswerte- und Steuereinheit die erfassten Fluidparameter aus und vergleicht die ausgewerteten Fluidparameter mit vorgegebenen in einem Speicher gespeicherten Sollwerten einer Kalibriermessung oder einer berechneten Kalibrierkurve für den jeweiligen Fluidparameter.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen zeigt die Auswerte- und Steuereinheit die ermittelten Fluidparameter über eine Ausgabeeinheit an oder gibt über die Ausgabeeinheit eine Warnmeldung aus, wenn eine Differenz des erfassten Fluidparameters und des zugehörigen Sollwertes einen vorgebbaren Schwellwert erreicht oder überschreitet.

Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung wird beispielsweise in einem Fluidsystem des Fahrzeugs eingesetzt, welches als Kühlsystem oder Reinigungssystem oder Schmiersystem ausgeführt ist.

Die beschriebene erfindungsgemäße Sensorvorrichtung erfasst in vorteilhafter Weise alle für die Beurteilung des Fluids des Fluidsystems wichtigen Parameter. So ermittelt die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung die Temperatur des Fluids, den Füllstand des Fluids im Fluidsystem, den vorhandenen aktuellen Frostschutz und den vorhandenen aktuellen Korrosionsschutz.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausschnittes aus einem Fluidsystem eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung,
2 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer ersten Sensoreinheit aus 1,
3 ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der ersten Sensoreinheit aus 1,
4 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer zweiten Sensoreinheit aus 1, und
5 ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der zweiten Sensoreinheit aus 1.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Sensorvorrichtung 2 für ein Fahrzeug 1 zwei Sensoreinheiten 10, 20, welche Informationen über mindestens einen Parameter eines Fluids 4 in einem Fluidsystem 3 erfassen, und eine Auswerte- und Steuereinheit 5, welche die erfassten Informationen des mindestens einen Fluidparameters auswertet. Die Auswerte- und Steuereinheit 5 wertet die Informationen einer ersten Sensoreinheit 10 zur Ermittlung eines Korrosionsschutzmittelanteils und die Informationen einer zweiten Sensoreinheit 20 zur Ermittlung eines Frostschutzmittelanteils aus. Nach der Auswertung vergleicht die Auswerte- und Steuereinheit 5 die ermittelten Fluidparameter mit vorgegebenen in einem Speicher 50 gespeicherten Sollwerten einer Kalibriermessung oder einer berechneten Kalibrierkurve für den jeweiligen Fluidparameter.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt die Auswerte- und Steuereinheit 5 die ermittelten Fluidparameter über eine Ausgabeeinheit 60 an, welche ein optisches und ein akustisches Anzeigegerät umfasst. Zusätzlich gibt die Auswerte- und Steuereinheit 5 über die Ausgabeeinheit 60 eine Warnmeldung aus, wenn eine Differenz des erfassten Fluidparameters und des zugehörigen Sollwertes einen vorgebbaren Schwellwert erreicht oder überschreitet.
In 1 sind optionale Sensoreinheiten 30, 40 zur Erfassung von weiteren Fluidparametern gestrichelt dargestellt. So stellt eine dritte Sensoreinheit 30 beispielsweise Informationen zur Ermittlung eines Fluidfüllstands im Fluidsystem 3 zur Verfügung und eine vierte Sensoreinheit 40 stellt Informationen zur Ermittlung der Fluidtemperatur zur Verfügung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden jedoch Informationen zur Ermittlung des Fluidfüllstands und der Fluidtemperatur von der ersten Sensoreinheit 10 zur Verfügung gestellt, deren Aufbau nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben wird.
Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 2 kombiniert mehrere Messverfahren um die wichtigen Parameter für die Beurteilung des Fluids 4 des Fluidsystems 3 in einem Fahrzeug zur ermitteln. Das Fluidsystem 3 ist beispielsweise als Kühlsystem oder Reinigungssystem oder Schmiersystem für das Fahrzeug 1 ausgeführt. So werden beispielsweise die Konzentration des Frostschutzmittels und des Korrosionsschutzmittels im Fluid bestimmt. Zusätzlich werden die Temperatur des Fluids und der Füllstand des Fluids im Fluidsystem detektiert.
2 und 3 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel der ersten Sensoreinheit 10, welche Informationen zur Ermittlung des Korrosionsschutzes zur Verfügung stellt. Die in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele der ersten Sensoreinheit 10 umfassen jeweils einen inerten Referenzleiter 14, welcher vorzugsweise aus Platin aufgebaut ist, und einen Reaktionsleiter 12, welcher vorzugsweise aus einem Material besteht, welches chemisch dem Material der Komponenten des Fluidsystems entspricht, für welches die Korrosionsschutzadditive bestimmt sind, d.h. bei einem Kühlsystem entspricht das Material des Reaktionsleiters 12, dem Motor- bzw. Kühlermaterial. Der Referenzleiter 14 und der Reaktionsleiter tauchen wenigstens teilweise in das Fluid 4 des Fluidsystems 3 ein. Zur Ermittlung des Korrosionsschutzmittelanteils im Fluid 4 des Fluidsystems 3 gibt die ersten Sensoreinheit 10 als Messinformation einen Widerstandswert oder einen Impedanzwert des eingetauchten Referenzleiters 14 und des Reaktionsleiters 12 an die Auswerte- und Steuereinheit 5 aus.
Zusätzlich wird das Widerstandssignal des aus Platin aufgebauten inerten Referenzleiters 14 von der Auswerte- und Steuereinheit 5 zu Ermittlung der Fluidtemperatur ausgewertet. Daher ist der Einbauort der ersten Sensoreinheit 10 im Fluidsystem 4 so gewählt, dass er für die Erfassung der Fluidtemperatur geeignet ist.
Zur Ermittlung des aktuellen Korrosionsschutzes wertet die Auswerte- und Steuereinheit 5 den Widerstand oder die Impedanz des Referenzleiters 14 oder des Reaktionsleiters 12 beispielsweise mit einer Brückenschaltung aus. Tritt am Reaktionsleiter 12 eine Korrosion auf, dann ändert sich der Widerstand des Reaktionsleiters 12 und es kommt zu einer Signaländerung in der Messbrücke. Werden die Leiter in einer Ausgestaltung der Erfindung mit einem höher frequenten Wechselspannungssignal beaufschlagt, dann erhält man ein Impedanzsignal, welches insbesondere Vorgänge an der Oberfläche der Leiter 12, 14 abbildet. Sind die korrosionshemmenden Additive im Fluid verbraucht, dann kommt es am Reaktionsleiter 12 zur Oberflächenkorrosion, welche eine Änderung des Impedanzverhaltens zur Folge hat. Auch hier wird der inerte Referenzleiter als Referenz innerhalb der Brückenschaltung verwendet.
Der Reaktionsleiter 12 ist in vorteilhafter Weise von der Größe so ausgebildet, dass er mehrere Phasen im Fluid 3 ohne Korrosionsschutz überstehen kann. Nach dem Erneuern des Korrosionsschutzes liefert der Reaktionsleiter 12 wieder ein entsprechendes Signal, welches den vorhandenen Korrosionsschutz anzeigt.
Ein Trockenfallen von einem oder beiden Leitern 12, 14 führt zu einer signifikanten Änderung im Widerstands- bzw. Impedanzverhalten, so dass die Auswerte- und Steuereinheit 5 einen durch eine entsprechende Anordnung der beiden Leiter 12, 14 vorgebbaren Füllstand detektieren kann, beispielsweise einen minimalen Füllstand.
Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die Leiter 12, 14 so ausgeformt und angeordnet, dass in Abhängigkeit vom Füllstand zwei unterschiedliche Widerstands- bzw. Impedanzsignale erzeugt werden, welche die Auswerte- und Steuereinheit 5 zur Unterscheidung von zwei Füllständen F1, F2 auswertet, so dass eine mehrstufige Füllstandskontrolle möglich ist. Zur Bestimmung des Füllstandes wird der Widerstand zwischen einem Anschluss a des Referenzleiters 14 und einem Anschluss b des Reaktionsleiters 12 gemessen. Der gemessene Widerstand wird von der Leitfähigkeit des Fluids 3 und einem Abstand A1, A2 der mit Fluid bedeckten Leiter 12 und 14 bestimmt. Da sich die Leitfähigkeit der Fluids mit dem Anteil von Additiven ebenso ändert, wie mit dem Anteil an Fremdionen, ist die Abstandsänderung A2-A1, welche durch die unterschiedlichen Füllstandniveaus F1, F2 erzeugt wird, so groß gewählt, dass die Abstandsänderung A2-A1 die Widerstandsänderung dominiert. In der Ausführungsform gemäß 2 können durch die beiden Abstände A1 und A2 zwei Grenzfüllstände F1 und F2 unterschieden werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist eine zusätzliche Referenzelektrode 16 vorhanden und der Referenzleiter 14 ist so ausgeführt, dass sich der Abstand zwischen dem Referenzleiter 14 und dem Reaktionsleiter 12 zwischen einem minimalen Abstand A1 und einem maximalen Abstand A2 kontinuierlich ändert, wodurch eine stufenlose Füllstandskontrolle zwischen einem ersten Grenzfüllstand F1 und einem zweiten Grenzfüllstand F2 ermöglicht wird, wobei der erste Grenzfüllstand dem Abstand A1 und der zweite Grenzfüllstand dem Abstand A2 entspricht. Durch die Messung des Widerstands zwischen einem Anschluss c der Referenzelektrode 3 und dem Reaktionsleiter 12 oder dem Referenzleiter 14 ist die Leitfähigkeit des Fluids bekannt, so dass ein Abgleich mit dem Widerstand zwischen dem Anschluss a des Referenzleiters 14 und dem Anschluss b des Reaktionsleiters den aktuellen Füllstand repräsentiert.
4 und 5 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel der zweiten Sensoreinheit 20, welche Informationen zur Ermittlung des Frostschutzes zur Verfügung stellt.
Das Bestimmen des Frostschutzes kann über eine bekannte Dichtemessung mit Auftriebskörper oder eine bekannte Messung der Dielektrizitätskonstante des Fluids erfolgen. Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel bestimmt die Frostschutzmittelkonzentration jedoch durch eine Messung der Schallgeschwindigkeit im Fluid 3 des Fluidsystems 4 und das in 5 dargestellt Ausführungsbeispiel bestimmt die Frostschutzmittelkonzentration im Fluid 3 durch eine Messung des Brechungsindex des Fluids.
Wie aus 4 ersichtlich ist, umfasst die dargestellte erste Ausführungsform der zweiten Sensoreinheit 20 einen Ultraschallsender 21 und einen Ultraschallempfänger 22, welche jeweils kostengünstige Piezoschwinger umfassen. Die Ultraschallkomponenten 21, 22 sind durch eine nicht dargestellte Schutzschicht gegen chemische Korrosion geschützt. Bei bekannter Messstrecke MS für das vom Sender 21 ausgesendeten und vom Empfänger 22 empfangenen Ultraschallsignals kann die Auswerte- und Steuereinheit 5 die Schallgeschwindigkeit im Fluid bestimmen. Die Schallgeschwindigkeit ist von der Frostschutzmittelkonzentration im Fluid und von der Fluidtemperatur abhängig. Da die Fluidtemperatur von der ersten Sensoreinheit 10 gemessen und zur Verfügung gestellt wird, kann die Auswerte- und Steuereinheit 5 den aktuellen Frostschutz durch einen elektronischen Vergleich der ermittelten Schallgeschwindigkeit mit einer Kalibriermessung oder einer berechneten Kalibrierkurve bestimmen. Fällt das Fluidniveau unter einen Pegel, bei welchem die Messstrecke MS nicht mehr vollständig mit Fluid gefüllt ist, dann ändert sich das Signal derart stark und charakteristisch, dass die Auswerte- und Steuereinheit 5 bei einer entsprechenden Anordnung der Messstrecke MS im Fluidsystem 4 einen Fluidmangel detektieren und anzeigen kann.
Wie aus 5 ersichtlich ist, umfasst die dargestellte zweite Ausführungsform der zweiten Sensoreinheit 20 eine optische Einheit in Form einer Küvette 24. Zum Bestimmen des Brechungsindexes wird von einer Laserdiode 23 ein Laserstrahl LS durch die Küvette 24 mit Fluid gesendet und durch einen Detektor 26 empfangen und ausgewertet. Durch die Wahl einer geeigneten Küvettenform, beispielsweise durch ein verdicktes Küvettenmaterial 25, lässt sich nach dem bekannten Snelliusschen Brechungsgesetz ein relativer Brechungsindex der zwei Medien Fluid und Küvettenmaterial 25 bestimmen. Der Brechungsindex ist von der Frostschutzmittelkonzentration im Fluid und von der Fluidtemperatur abhängig. Da die Fluidtemperatur von der ersten Sensoreinheit 10 gemessen und zur Verfügung gestellt wird, kann die Auswerte- und Steuereinheit 5 den aktuellen Frostschutz durch einen elektronischen Vergleich des ermittelten Brechungsindex mit einer Kalibriermessung oder einer berechneten Kalibrierkurve bestimmen. Fällt das Fluidniveau unter einen Pegel, bei welchem der Laserstrahl LS nicht mehr durch das Fluid sondern durch Luft tritt, dann ändert sich der relative Brechungsindex derart stark und signifikant, dass die Auswerte- und Steuereinheit 5 bei einer entsprechenden Anordnung der Komponenten im Fluidsystem 4 einen Fluidmangel detektieren und anzeigen kann.
Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung erfasst in vorteilhafter Weise die zur Beurteilung eines Fluids in einem Fluidsystem, wie z.B. einem Kühlsystem, einem Reinigungssystem, einem Schmiersystem usw., wichtigen Parameter wie Temperatur, Füllstand, aktueller Frostschutz und aktueller Korrosionsschutz.

Claims

Sensoreinheit für ein Fahrzeug, welche mindestens eine Messinformation zur Ermittlung eines Korrosionsschutzmittelanteils in einem Fluid (4) eines Fluidsystems (3) erzeugt, gekennzeichnet durch einen inerten Referenzleiter (14) und einen Reaktionsleiter (12), welche in das Fluid (4) des Fluidsystems (3) wenigstens teilweise eintauchen, wobei ein Widerstandswert oder ein Impedanzwert des eingetauchten Referenzleiters (14) und des Reaktionsleiters (12) zur Ermittlung des Korrosionsschutzmittelanteils im Fluids (4) des Fluidsystems (3) als Messinformation ausgebbar sind.
Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der inerte Referenzleiter (14) aus Platin besteht und als Widerstandsthermometer zur Erfassung der Fluidtemperatur nutzbar ist.
Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsleiter (12) aus einem Material besteht, welches sich chemisch gleich verhält, wie das Material für welches das Korrosionsschutzmittel im Fluid (4) konzipiert ist.
Sensoreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsleiter (14) in Form und Stärke so ausgeführt ist, dass wenigstens der in das Fluid (4) eingetauchte Teil des Reaktionsleiters (14) mehrere Phasen im Fluid ohne Korrosionsschutzmittel übersteht.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Impedanzmessung ein höher frequentes Wechselspannungssignal in die Leiter (12, 14) einleitbar ist, wobei die gemessene Impedanz das Verhalten der Leiteroberfläche repräsentiert.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsystem (3) als Kühlsystem oder Reinigungssystem oder Schmiersystem für das Fahrzeug (1) ausgeführt ist.
Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug (1) mit mindestens einer Sensoreinheit (10, 20, 30, 40), welche Informationen über mindestens einen Fluidparameter eines Fluidsystems (3) erfasst, und einer Auswerte- und Steuereinheit (5), welche die erfassten Informationen des mindestens einen Fluidparameters auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (5) Informationen einer ersten Sensoreinheit (10) zur Ermittlung eines Korrosionsschutzmittelanteils und Informationen einer zweiten Sensoreinheit (20) zur Ermittlung eines Frostschutzmittelanteils für das Fluid (4) im Fluidsystem (3) auswertet.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (5) Informationen einer dritten Sensoreinheit (30) oder der ersten oder zweiten Sensoreinheit (10, 20) zur Ermittlung des Fluidfüllstands im Fluidsystem (3) auswertet.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (5) Informationen einer vierten Sensoreinheit (40) oder der ersten oder zweiten oder dritten Sensoreinheit (10, 20, 30) zur Ermittlung der Fluidtemperatur auswertet.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführt ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzleiter (14) und der Reaktionsleiter (12) der ersten Sensoreinheit (10) so im Fluidsystem (3) angeordnet sind, dass ein Trockenfallen eines der beiden Leiter (12, 14) von der Auswerte- und Steuereinheit (5) zur Füllstandskontrolle auswertbar ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (12, 14) eine derartige Form und Anordnung besitzen, dass die Auswerte- und Steuereinheit (5) mehrere Füllstände (F1, F2) unterscheidet.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Referenzelektrode (16), wobei die Auswerte- und Steuereinheit (5) den Widerstand oder die Impedanz zwischen der Referenzelektrode (16) und dem Referenzleiter (14) oder dem Reaktionsleiter (12) zur Bestimmung der Leitfähigkeit des Fluids (4) ermittelt.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit des Fluids (4) von der Auswerte- und Steuereinheit (5) als Referenz für die Füllstandsbestimmung auswertbar ist.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (5) den Widerstand oder die Impedanz zwischen der Referenzelektrode (16) und dem Referenzleiter (14) und zwischen dem Referenzleiter (14) und dem Reaktionsleiter (12) zur stufenlosen Füllstandskontrolle ermittelt.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (5) zur Ermittlung des Frostschutzmittelanteils über die zweite Sensoreinheit (20) eine Messung der Schallgeschwindigkeit im Fluid (4) des Fluidsystems (3) durchführt.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messstrecke (MS) der zweiten Sensoreinheit (20) zur Messung der Schallgeschwindigkeit so im Fluidsystem (3) angeordnet ist, dass ein Trockenfallen der Messstrecke (MS) von der Auswerte- und Steuereinheit (5) zur Füllstandskontrolle auswertbar ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (5) zur Ermittlung des Frostschutzmittelanteils über die zweite Sensoreinheit (20) eine Messung des Brechungsindexes im Fluid (4) des Fluidsystems (3) durchführt.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messküvette (24) der zweiten Sensoreinheit (20) zur Messung des Brechungsindexes so im Fluidsystem (3) angeordnet ist, dass ein Trockenfallen der Messküvette (24) von der Auswerte- und Steuereinheit (5) zur Füllstandskontrolle auswertbar ist.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (5) die erfassten Fluidparameter auswertet und mit vorgegebenen in einem Speicher (50) gespeicherten Sollwerten einer Kalibriermessung oder einer berechneten Kalibrierkurve für den jeweiligen Fluidparameter vergleicht.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (5) die ermittelten Fluidparameter über eine Ausgabeeinheit (60) anzeigt oder über die Ausgabeeinheit (60) eine Warnmeldung ausgibt, wenn eine Differenz des erfassten Fluidparameters und des zugehörigen Sollwertes einen vorgebbaren Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsystem (3) als Kühlsystem oder Reinigungssystem oder Schmiersystem für das Fahrzeug (1) ausgeführt ist.