DE102009050005A1 - Verfahren und System zur hochgenauen Bestimmung der Kraftstoff-Restmenge anhand des Kraftstoffpegels eines im A-Säulen-Hohlraum integrierten Messvolumens eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Bei dem System handelt es sich um Aufbau und Verfahren zur hochgenauen Bestimmung der Kraftstoff-Restmenge anhand des Kraftstoffpegels eines im A-Säulen-Hohlraum (2.1) integrierten Messvolumens (4.4.3) eines (Personen-) Kraftwagens. Der Kraftstoff gelangt über eine durch den Seitenwandrahmen des Daches geführte Niederdruck-Kraftstoffleitung (4.3) in den A-Säulen-Hohlraum. Fördermittel ist eine elektrische Niederdruck-Kraftstoffpumpe am unteren Punkt des Tanks (4.2.2). Grundlage der hochgenauen Bestimmung der Kraftstoff-Restmenge bildet das Prinzip der schmalen, hohen Flüssigkeitssäule in der A-Säule (in 4.4.3). Die Ermittlung der Pegelhöhe erfolgt mittels Messung des Drahtwiderstandes und der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums (6.2.1). Das Medium stellt den elektrischen Schluss zwischen den beiden Drähten dar. Die Ansteuerung der Niederdruckpumpe am Kraftstofftank (4.2.2) erfolgt über die Steuerungslogik bei Punkt A (4.2.1), sowie Punkt B am oberen Punkt des A-Säulen-Hohlraums. Durch die beschriebene Messmethode wird die Kraftstoff-Restmenge sehr genau ermittelt und damit die verbleibende Reichweite beim Fahren.

Description

• Das bisherige Tankmeßsystem zeigt die restliche Kraftstoffmenge mit sinkendem Pegelstand immer ungenauer an, weil die Messung im Umfeld eines flachen, breiten Tankbehälters erfolgt. Gegen Ende der Tankanzeige fällt die ermittelte restliche Reichweite rapide ab, was zum immer früheren Tanken zwingt und für den Fahrer nicht genau vorbestimmbar und damit unkomfortabel ist.
• Der neuartige Aufbau weist einen in die A-Säule eines (Personen-)Kraftwagens integrierten Hohlraums (1, 2.1) zur Aufnahme einer Kraftstoff-Restmenge auf (4.4.3). Der Hohlraum der A-Säule wird fertigungstechnisch durch das Verfahren der Ultrahochdruck-Innenformung realisiert. Der Hohlraum ist zur Aufnahme des Kraftstoffs mit einer Kunststoffoberfläche ausgestattet (2, Schnitt A-A). Das dient dem Schutz der Metalloberflächen und gewährleistet die Dichtigkeit.
• Der Kraftstoff gelangt über eine durch den Seitenwandrahmen im Dachbereich (1, 1) geführte Niederdruck-Kraftstoffleitung (4.3) in den A-Säulen-Hohlraum. Fördermittel ist eine elektrische Niederdruck-Kraftstoffpumpe am unteren Punkt des Tanks im hinteren Teil des Fahrzeugs (4.2.2). Alternativ kann die Kraftstoffzufuhr durch eine Saugpumpe im vorderen Teil des Fahrzeugs erfolgen.
• Hinter dem A-Säulen-Hohlraum gelangt der Kraftstoff über eine Hochdruckpumpe (1, 4.5.) zum Kraftstoffverteilsystem zur Brennkammer des Motors (2.2, 4.6, 4.6.3).
• Grundlage der hochgenauen Bestimmung der Kraftstoff-Restmenge bildet das Prinzip der schmalen, hohen Flüssigkeitssäule in der A-Säule (3, 6.1 in 4.4.3). Die Ermittlung der Pegelhöhe erfolgt mittels Messung des Drahtwiderstandes und der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums (6.2.1) über zwei im Hohlraum verlegte Drähte (Sensorstreifen, 6.2.2). Das Medium stellt den elektrischen Schluss zwischen den beiden Drähten dar. Die Messung erfolgt von oben. Je niedriger der Pegelstand, desto länger ist der Weg der elektrischen Schleife und desto höher der im Draht gemessene elektrische Widerstand. Der Flüssigkeitspegel (6.1) sinkt infolge des Kraftstoffverbrauchs stetig. Über den so bestimmten Pegelstand, kann der Fahrer die Kraftstoff-Restmenge hochgenau an der Tankuhr in der Instrumententafel seines Fahrzeugs ablesen (7). Wird ein bestimmter minimaler Pegelstand erreicht, meldet zusätzlich ein Sensor ein Signal an die Tank-Kontrollleuchte.
• Die Ansteuerung der Niederdruckpumpe am Kraftstofftank (2.2, 4.2.2) erfolgt über die Steuerungslogik bei Punkt A (4.2.1), sowie Punkt B (Detail E, 4.4.5). Die in den Punkten A und B eingebauten Sensoren reagieren in Anhängigkeit der jeweiligen Zustände.

  B = 1 & A = 1 -> 0
  B = 1 & A = 0 -> 0
  B = 0 & A = 1 -> 1	1 = Medium, Druck -> pumpen
  B = 0 & A = 0 -> 0	0 = Medium, Druck -> nicht pumpen

• Das Kraftstoffsystem verfügt über einen Entlüftungskanal (2.2, Detail E, 4.4.6), welcher sowohl den Aufbau von Überdruck im System, als auch den Überlauf verhindert.
• Der Sensor am Punkt B (4.4.5) meldet den gegebenen Zustand entsprechend der Ventilstellung vor dem Entlüftungskanal:
  B = 0: Ventil offen, wenn Schwimmkugel unten (System entspannt)
  B = 1: Ventilschluss durch Schwimmkugel (System gefüllt)
• Bei dem vorgestellten Aufbau mit einem integrierten Hohlraum in der A-Säule li. handelt es sich um verbleibende ca. 2,5 Liter Kraftstoff-Restmenge im Kraftstoffsystem (3, 4.4.3), wenn das Innenvolumen beispielsweise eine Länge von ca. 850 mm und einen Durchmesser vom ca. 30 mm misst. Das entspricht ca. einer Reichweite von ca. 25 km (Basisverbrauch ca. 10 Liter/100 km).
• Bei zusätzlich genutztem Hohlraum in der A-Säule re. (1, 4.4.4) verfügt das System über die doppelte Restmenge und Reichweite (ca. 5 Liter, ca. 50 km).
• Durch die beschriebene Meßmethode wird die Kraftstoff-Restmenge sehr genau ermittelt und damit die verbleibende Reichweite beim Fahren. Dies erhöht die Aussagesicherheit über die noch mögliche Fahrweite für den Fahrer und reduziert das Risiko des Liegenbleibens des Fahrzeugs durch Kraftstoffmangel wegen falscher Restmengen-Bestimmung. Das neue System ermittelt die restliche Kraftstoffmenge deutliche genauer als die bisherigen Tankmeßsysteme.
• Ergänzend zum beschriebenen Aufbau wird zusätzlich ein bisheriges Tankmeßsystem mittels Schwimmer eingesetzt, welches die die Kraftstoffmenge über den Gesamtbereich des Tanks bis zur Restmenge bestimmt (Kraftstoffvolumen Tank ca. 70–75 Liter).

1

Fahrzeugkarosse Aufbau (Seitenwandrahmen)

2.1

A-Säule

2.2

B-Säule

2.3

C-Säule

3

Dach

4.1.1

Tankeinfüllstutzen

4.1.2

Tankzulauf

4.2

Kraftstofftank (ca. 70–75 Liter, D0)

4.2.1

Tank (tiefster Punkt, Zustand bei Punkt A)

4.2.2

Kraftstoffpumpe (elektrische ND-Druckpumpe: 0,5–6,5 bar, Trockenlaufeigenschaft)

4.3

Kraftstoffdruckleitung (ND)

4.4.2

Oberfläche mit Kunststoffüberzug

4.4.3

Volumen für integrale Pegelhöhe li. (ca. 2,5–5 Liter)

4.4.4

Volumen für integrale Pegelhöhe re. (optional)

4.4.5

Entlüftungsventil (mit Schwimmkugel, Zustände bei Punkt B)

4.4.6

Entlüftungskanal in geschlossenem Kreislauf (Überlauffunktion beim Nachfüllen, D0)

4.5

Kraftstoffpumpe (1-Zyl.-HD-Saugpumpe: 30–110 bar)

4.6

Motor

4.6.1

Kraftstoffverteiler

4.6.2

HD-Ventile

4.6.3

Zylinderkopf (Brennraum)

5

Windschutzscheibe

6.1

Kraftstoffpegel (Kraftstoffsäule)

6.2.1

Messung der Leitfähigkeit (elektrischer Widerstand des Meßdrahtes auf Pegelhöhe)

6.2.2

Messdrähte (Sensorstreifen)

6.2.3

angelegtes Potential (Fahrzeugbatterie)

7

Tankanzeige in Instrumententafel des Fahrzeugs (inkl. Kontrollleuchte)

D0

drucklos

HD

Hochdruck

ND

Niederdruck

li.

links

re.

rechts

Claims (9)

1. Integration eines Messvolumens einer Kraftstoff-Restmenge im A-Säulen-Hohlraum eines Kraftfahrzeuges zur Förderung von Personen oder Lasten (1). Der Hohlraum ist zur Aufnahme des Kraftstoffs mit einer Kunststoffoberfläche ausgestattet. Das dient dem Schutz der Metalloberflächen und gewährleistet die Dichtigkeit (2, Schnitt A-A).
2. Das Messprinzip der hochgenauen Bestimmung der Kraftstoff-Restmenge basiert auf einer schmalen Flüssigkeitssäule in der A-Säule (3, 4.4.3).
3. Die Pegelhöhe wird über Messung des Drahtwiderstandes und der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums (3, 6.2.1) über zwei im Hohlraum verlegte Drähte (Sensorstreifen, 6.2.2) ermittelt. Das Medium stellt den elektrischen Schluss zwischen den beiden Drähten dar. Die Messung erfolgt von oben. Je niedriger der Pegelstand, desto länger ist der Weg der elektrischen Schleife und desto höher der im Draht gemessene elektrische Widerstand.
4. Der gemessene Pegelstand wird die Tankuhr in der Instrumententafel seines Fahrzeugs übertragen (3, 7), die der Fahrer des Fahrzeugs hochgenau ablesen kann. Wird ein bestimmter minimaler Pegelstand erreicht, meldet zusätzlich ein Sensor ein Signal an die Tank-Kontrollleuchte.
5. Die Ansteuerung der Niederdruckpumpe am Kraftstofftank (2.2, 4.2.2) erfolgt über die Steuerungslogik bei Punkt A (4.2.1), sowie Punkt B (4.4.5). Die in den Punkten A und B eingebauten Sensoren reagieren in Anhängigkeit der jeweiligen Zustände.
6. Das Kraftstoffsystem verfügt über einen Entlüftungskanal (2.2, Detail E, 4.4.6), welcher sowohl den Aufbau von Überdruck im System, als auch den Überlauf verhindert. Der Sensor am Punkt B (4.4.5) meldet den gegebenen Zustand entsprechend der Ventilstellung.
7. Das beispielhaft beschriebene System verfügt in der einfachen Form über einen A-Säulen-Hohlraum für die Kraftstoff-Restmenge (Anzahl eins). In der zweifachen Form verfügt das Fahrzeug über Hohlräume in der A-Säule li. und re. (Anzahl zwei). Somit verfügt das Gesamtsystem über die doppelte Kraftstoff-Restmenge und Reichweite. Die Verwendung eines einfachen oder doppelten Systems ist entsprechend dem Anforderungsfall anzupassen (z. B. Fahrzeugverbrauch).
8. Neben dem beschriebenen Aufbau und Messprinzip der Kraftstoff-Restmenge im A-Säulen-Hohlraum besteht weiterhin das bisherige Tankmeßsystem mittels Schwimmer. Dieses bestimmt die Kraftstoffmenge über das gesamte Tankvolumen (ca. 70–75 Liter) bis zum beschriebenen Restvolumen (ca. 2,5–5 Liter). Im Einsatz bei Kraftfahrzeugen arbeiten beide Systeme im oberen und unteren Volumenbereich zusammen und sind entsprechend aufeinander abgestimmt.
9. Bei Fahrzeugen mit geringerem Kraftstoffverbrauch, z. B. Motorrädern oder Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb, ist die alleinige Existenz des beschriebenen Aufbaus und Messprinzips möglich, d. h. ohne zusätzliches bisheriges Tankmeßsystem.