DE102010011638A1 - Kapazitiver Füllstandssensor und Füllstandserfassungsverfahren mit einem kapazitiven Füllstandssensor - Google Patents

Abstract

Ein kapazitiver Füllstandssensor umfasst eine erste und eine zweite langgestreckte Levelelektrode sowie eine mit der ersten und der zweiten langgestreckten Levelektrode verbundene Auswerteeinheit. Die erste und die zweite langgestreckte Levelelektrode sind an einer Außenseite eines Flüssigkeitsbehälters in einer ersten Richtung parallel zueinander anordnenbar, in der sich ein Füllstand des Flüssigkeitsbehälters ändert. Auf diese Weise ist ein Füllstand einer Flüssigkeit in einem Inneren des Flüssigkeitsbehälters mittels der ersten und der zweiten langgestreckten Levelelektrode erfassbar.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Füllstandssensor, einen Flüssigkeitsbehälter eines Kraftfahrzeugs mit einem Füllstandssensor sowie ein Füllstandserfassungsverfahren mit einem Füllstandssensor.
• Heutige Kraftfahrzeuge können Vorrichtungen zum Durchführen eines SCR-Verfahrens (Selektive Katalytische Reduktion; Selektive Catalytic Reduktion) aufweisen. Hierbei wird eine Harnstofflösung aus einem Tank in ein Abgassystem des Kraftfahrzeugs eingespritzt, um den Stickoxidanteil im Abgas des Kraftfahrzeugs zu reduzieren. Hierbei muss jedoch zumindest eine Menge an noch zur Verfügung stehender Harnstofflösung überwacht werden, da dies gesetzlich vorgeschrieben ist. Bei der Harnstofflösung handelt es sich beispielsweise um AdBlue.
• In der einfachsten bekannten Ausführungsform wird die Forderung nach der Überwachung der Mindestmenge durch einen Levelschalter erfüllt. Der Levelschalter detektiert ein Unterschreiten eines vorgegebenen Füllstands im Tank und somit ein Restvolumen. Der Levelschalter kann in Form eines Schwimmers ausgebildet sein, der in einem Tankinneren angebracht ist. Alternativ handelt es sich um einen elektrischen Levelschalter, der aus zwei Elektroden im Tankinneren besteht.
• Ein Nachteil der obigen Levelschalter ist jedoch, dass keine genaue und kontinuierliche Füllstandsmessung mit den Levelschaltern realisierbar sind. Weiterhin ist es nicht möglich, eine Qualität des in dem Tank enthaltenen Mediums zu erfassen. Somit kann weder eine Fehlbetankung des Tanks mit anderen Medien wie Öl oder Treibstoff, noch eine Verunreinigung mit anderen Medien erkannt werden.
• Im Hinblick auf Tanks für Harnstofflösungen ist eine wichtige Bedingung, die Anzahl an Öffnungen im Harnstofflösungstank gering zu halten. Dies ist darin begründet, dass eine Abdichtung des Harnstofftanks aufgrund der chemischen Eigenschaften der Harnstofflösung schwierig ist.
• Ein weiterer Nachteil ist, dass die Harnstofflösung unterhalb von etwa –11°C einfriert. Insbesondere im Winter kann somit der Levelschalter durch ein Einfrieren des gesamten Tanks und durch die damit einhergehende Druckerhöhung sowie durch in der Harnstofflösung treibende bzw. schwappende Eisbrocken beschädigt werden. Daher ist der Levelschalter hohen mechanischen Anforderungen ausgesetzt.
• Die objektive technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines im Vergleich zum Stand der Technik optimierten Füllstandssensors sowie eines Füllstandserfassungsverfahrens mit einem Füllstandssensor.
• Die obige Aufgabe wird gelöst durch einen kapazitiven Füllstandssensor gemäß Anspruch 1, einen Flüssigkeitsbehälter eines Kraftfahrzeugs mit einem Füllstandssensor gemäß Anspruch 6, ein Kraftfahrzeug mit einem Füllstandssensor oder einem Flüssigkeitsbehälter gemäß Anspruch 8 sowie ein Füllstandserfassungsverfahren mit einem Füllstandssensor gemäß Anspruch 9. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen sowie den abhängigen Ansprüchen.
• Ein kapazitiver Füllstandssensor umfasst: eine erste und eine zweite langgestreckte Levelelektrode sowie einen mit der ersten und der zweiten langgestreckten Levelelektrode verbundene Auswerteeinheit, während die erste und die zweite langgestreckte Levelelektrode an einer Außenseite eines Flüssigkeitsbehälters in einer ersten Richtung parallel zueinander anordnenbar sind, in der sich ein Füllstand des Flüssigkeitsbehälters ändert, so dass ein Füllstand einer Flüssigkeit in einem Inneren des Flüssigkeitsbehälters mittels der ersten und der zweiten langgestreckten Levelelektrode erfassbar ist.
• Der erfindungsgemäße kapazitive Füllstandssensor ist an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters angeordnet. Bei dem Flüssigkeitsbehälter handelt es sich insbesondere um einen Flüssigkeitsbehälter eines Kraftfahrzeugs, in dessen Inneren ein wässriges Medium wie beispielsweise eine Harnstofflösung enthalten ist. Wässrige Medien wie Harnstofflösungen weisen eine Dielektrizitätszahl ε_R von ungefähr 80 auf.
• Der Füllstand der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit wird mittels der zwei parallelen Levelelektroden erfasst. Die Levelelektroden erstrecken sich beispielsweise entlang einer Höhe des Flüssigkeitsbehälters, insbesondere über eine Gesamthöhe des Flüssigkeitsbehälters und ungefähr senkrecht zu einer Ebene, in der sich ein Füllstand des Flüssigkeitsbehälters ändert. Die Levelelektroden sind weiterhin an eine Außenkontur des Flüssigkeitsbehälters angepasst. Somit berühren die Levelelektroden die Außenseite des Flüssigkeitsbehälters entlang ihrer Länge.
• Der Flüssigkeitsbehälter besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff wie beispielsweise HDPE, kann jedoch aus jedem beliebigen anderen Material außer Metall gefertigt sein. Ein Abstand zwischen den parallel zueinander verlaufenden Levelelektroden wird in Abhängigkeit von einer Dicke einer Wand des Flüssigkeitsbehälters bestimmt. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen den beiden Levelelektroden 2 bis 10 mm.
• Die Kapazität dieser Levelelektrodenanordnung, im Folgenden Levelkapazität genannt, ist vom Füllstand im Flüssigkeitsbehälter abhängig, da die elektrischen Felder zwischen den Levelelektroden zumindest teilweise durch ein Inneres des Flüssigkeitsbehälters laufen.
• Ein Vorteil des vorliegenden kapazitiven Füllstandssensors ist, dass die Levelelektroden an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind. Somit stehen die Levelelektroden im Betrieb nicht in einem direkten Kontakt mit der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit. Handelt es sich bei dieser Flüssigkeit beispielsweise um ein wässriges Medium wie eine Harnstofflösung, die bei –11°C einfriert, werden die Levelelektroden so nicht durch umhertreibende Eisbrocken im Inneren des Flüssigkeitsbehälters beschädigt. Weiterhin ist keine zusätzliche Öffnung an dem Flüssigkeitsbehälter erforderlich, um den Füllstandssensor an dem Flüssigkeitsbehälter zu befestigen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite langgestreckte Levelelektrode streifenförmig oder zylindrisch. Die jeweils verwendete Form ist insbesondere von einer Form des Flüssigkeitsbehälters abhängig, da die Levelelektroden in ihrer Form an die Außenseite des Flüssigkeitsbehälters angepasst sind.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Füllstandssensor weiterhin eine erste und eine zweite langgestreckte Referenzelektrode auf, die mit der Auswerteeinheit verbunden sind und in einer zweiten Richtung parallel zueinander an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters anordnenbar sind, während die zweite Richtung entlang eines Bodens des Flüssigkeitsbehälters verläuft.
• Wie auch die Levelelektroden sind die Referenzelektroden ebenfalls an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters angeordnet und an die Außenkontur des Flüssigkeitsbehälters angepasst. Mittels der Referenzelektroden kann die Dielektrizitätszahl der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit bestimmt werden. Die beiden Referenzelektroden sind vorzugsweise in einem Bereich des Flüssigkeitsbehälters angeordnet, in dem üblicherweise eine Flüssigkeit vorhanden ist. Hierbei handelt es sich um den Boden des Flüssigkeitsbehälters, über dem üblicherweise im Betrieb eine Mindestmenge an Flüssigkeit vorhanden ist.
• Ein Vorteil der Verwendung von Referenzelektroden ist, dass aufgrund der Bestimmung der Dielektrizitätszahl eine Fehlbetankung mit beispielsweise Öl oder Kraftstoff anstelle eines wässrigen Mediums erkennbar ist. Bei Medien wie Öl oder Kraftstoff ist die Dielektrizitätszahl ε_R wesentlich kleiner als bei einem wässrigen Medium und liegt im Allgemeinen unter 5.
• Die Auswerteeinheit ist vorteilhafterweise an einer unteren Kante des Flüssigkeitsbehälters angeordnet, um Leitungen sowohl zu den Levelelektroden als auch zu den Referenzelektroden möglichst kurz zu halten. Weiterhin ist in Systemen gemäß Stand der Technik ungefähr an dieser Stelle ein Levelschalter vorgesehen, so dass eine Positionierung der Auswerteeinheit an dieser Stelle lediglich einen minimalen Eingriff in eine bereits vorhandene Verkabelung erfordert.
• Vorzugsweise sind die erste und die zweite langgestreckte Referenzelektrode streifenförmig oder zylindrisch. Weiterhin bilden die erste Richtung und die zweite Richtung einen Winkel von ungefähr 90°. Die erste Richtung erstreckt sich somit entlang einer Höhe des Flüssigkeitsbehälters, so dass der Füllstand einer im Inneren des Flüssigkeitsbehälters enthaltenen Flüssigkeit mit den Levelelektroden bestimmbar ist. Somit ist im Betrieb sichergestellt, dass sich die Levelelektroden entlang einer Höhe des Flüssigkeitsbehälters erstrecken, während sich die Referenzelektroden entlang eines Bodens des Flüssigkeitsbehälters erstrecken.
• Ein Flüssigkeitsbehälter eines Kraftfahrzeugs weist einen erfindungsgemäßen Füllstandssensor auf. Insbesondere ist in einem Inneren des Flüssigkeitsbehälters ein wässriges Medium aufnehmbar. Bei dem wässrigen Medium handelt es sich beispielsweise um Wasser, wie Wasser der Scheibenwaschanlage oder Kühlwasser. Vorzugsweise ist das wässrige Medium jedoch eine Harnstofflösung und der Flüssigkeitsbehälter ein Vorratstank für die Harnstofflösung. Die Vorteile, die sich aus einer Anordnung des erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensors an einem Flüssigkeitsbehälter eines wässrigen Mediums im Betrieb ergeben, wurden bereits oben dargelegt und sollen an dieser Stelle daher nicht wiederholt werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Flüssigkeitsbehälter an einer Außenseite eine erste flüssigkeitsführende Ausbuchtung, vorzugsweise T-förmig, in der ersten Richtung zum Anordnen der ersten und zweiten langgestreckten Levelektrode auf und/oder eine zweite flüssigkeitsführende Ausbuchtung, vorzugsweise T-förmig, in der zweiten Richtung zum Anordnen der ersten und zweiten langgestreckten Referenzelektrode. Mittels der Anordnung der Referenz- und Levelelektroden an einer flüssigkeitsführenden Ausbuchtung lässt sich eine Levelmessung sowie eine Messung der Dielektrizitätszahl verfeinern. Beispielsweise ist auf diese Weise die Messgenauigkeit des erfindungsgemäßen Füllstandssensors erhöht. Aufgrund der flüssigkeitsführenden Ausbuchtung befindet sich die Flüssigkeit zwischen den Levelelektroden bzw. den Referenzelektroden, wobei die Level- bzw. Referenzelektroden weiterhin durch eine Wand des Flüssigkeitsbehälters von der Flüssigkeit getrennt sind. Durch die Verwendung einer T-förmigen Ausbuchtung wird weiterhin ein Anbringen der Referenz- und Levelelektroden an dem Flüssigkeitsbehälter erleichtert, was später detailliert beschrieben wird.
• Ein Kraftfahrzeug weist einen erfindungsgemäßen Füllstandssensor oder einen erfindungsgemäßen Flüssigkeitsbehälter mit Füllstandssensor auf. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Füllstandssensors und des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsbehälters wurden bereits oben dargelegt und sollen an dieser Stelle nicht wiederholt werden. Bei der Verwendung des Füllstandssensors oder des Flüssigkeitsbehälters mit Füllstandssensor im Kraftfahrzeug kann eine Füllstandsmessung, insbesondere die eines wässrigen Mediums, kontinuierlich und genau erfolgen.
• Ein Füllstandserfassungsverfahren mit einem Füllstandssensor, der eine erste und eine zweite langgestreckte Levelelektrode aufweist, die parallel zueinander in einer ersten Richtung entlang einer Außenseite eines Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind, in der sich ein Füllstand des Flüssigkeitsbehälters ändert, weist die folgenden Schritte auf: Erfassen einer Levelkapazität mittels der ersten und der zweiten langgestreckten Levelelektrode und Bestimmen eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Inneren des Flüssigkeitsbehälters aufgrund der erfassten Levelkapazität mittels einer Auswerteeinheit.
• Das erfindungsgemäße Füllstandserfassungsverfahren verwendet den erfindungsgemäßen Füllstandssensor. Da der erfindungsgemäße Füllstandssensor an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist, sind auch bei der Verwendung des Verfahrens keine zusätzlichen Öffnungen in dem Flüssigkeitsbehälter erforderlich. Weiterhin ist der Füllstandssensor nicht durch eine Eisbildung in dem Flüssigkeitsbehälter einer mechanischen Belastung ausgesetzt. Dies verbessert die Lebensdauer des Füllstandssensors.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform des Füllstandserfassungsverfahrens ist in der Auswerteeinheit eine Dielektrizitätszahl der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit hinterlegt und eine Füllstandsbestimmung erfolgt auf dieser Grundlage. Bei der Verwendung dieses Verfahrens sind keine Referenzelektroden zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl des Mediums oder der Flüssigkeit erforderlich. Dies vereinfacht einerseits das Verfahren, sorgt jedoch für eine gewisse Ungenauigkeit des Verfahrens im Vergleich zur Verwendung von Referenzelektroden zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl der Flüssigkeit.
• Daher sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, und wenn der Sensor weiterhin eine erste und eine zweite langgestreckte Referenzelektrode aufweist, die parallel zueinander in einer zweiten Richtung entlang der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind, während die zweite Richtung entlang eines Bodens des Flüssigkeitsbehälters verläuft, die weiteren Schritte vorgesehen: Erfassen einer Referenzkapazität mittels der ersten und der zweiten langgestreckten Referenzelektrode, Bestimmen der Dielektrizitätszahl der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit aufgrund der erfassten Referenzkapazität mittels der Auswerteeinheit und Verwenden der bestimmten Dielektrizitätszahl bei der Bestimmung des Füllstands.
• Durch die Bestimmung der Dielektrizitätszahl und deren Verwendung bei der Bestimmung des Füllstandes kann eine Füllstandsbestimmung in dem Flüssigkeitsbehälter weiter verfeinert werden. Zudem kann aufgrund der Bestimmung der Dielektrizitätszahl eine Fehlbetankung des Flüssigkeitsbehälters mit einem Medium oder einer Flüssigkeit mit einer stark von einem wässrigen Medium abweichenden Dielektrizitätszahl erkannt werden. Die Dielektrizitätszahl ε_R eines wässrigen Mediums beträgt ungefähr 80. Demgegenüber liegt die Dielektrizitätszahl ε_R von beispielsweise Öl oder Kraftstoff unter 5. Zudem können aufgrund der bestimmten Dielektrizitätszahl Rückschlüsse auf eine Qualität des Mediums in dem Flüssigkeitsbehälter getroffen werden, wenn entsprechende Tabellen in der Auswerteeinheit hinterlegt sind.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Füllstandserfassungsverfahren den weiteren Schritt: Verhindern einer Flüssigkeitsabgabe aus dem Flüssigkeitsbehälter, wenn die bestimmte Dielektrizitätszahl unter einem vorgebbaren Wert liegt, insbesondere unter 60. Bei der in dem Flüssigkeitsbehälter vorhanden Flüssigkeit handelt es sich üblicherweise um ein wässriges Medium wie beispielsweise eine Harnstofflösung zur Verwendung in einem SCR-Verfahren. Diese weist eine Dielektrizitätszahl ε_R von ungefähr 80 auf. Wird nun der vorgebbare Wert von beispielsweise 60 aufgrund einer Fehlbetankung mit Öl oder Kraftstoff (Dielektrizitätszahl ε_R unter 5) unterschritten, dann wird auf diese Weise ein Einspritzen der falschen Flüssigkeit in das Abgassystem verhindert.
• Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen sowie verschiedener Ausführungsformen detailliert beschrieben. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen jeweils gleiche Elemente. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensors,
• 2 eine Ausführungsform eines Flüssigkeitsbehälters für einen erfindungsgemäßen Füllstandssensors,
• 3 eine Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß 2 und
• 4 einen schematischen Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Füllstandserfassungsverfahrens.
• Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensors 1 ist in 1 dargestellt. Der Füllstandssensor 1 weist eine erste langgestreckte Levelelektrode 10 und eine zweite langgestreckte Levelelektrode 20 auf. Die beiden Levelelektroden 10, 20 sind mit einer Auswerteeinheit 30 verbunden. Weiterhin sind die Levelelektroden 10, 20 an einer Außenseite eines Flüssigkeitsbehälters 40 befestigt. Hierbei erstrecken sich die Levelelektroden 10, 20 in einer ersten Richtung entlang der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters 40, in der sich ein Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 40 ändert. Gemäß 1 erstrecken sie sich entlang einer Höhe des Flüssigkeitsbehälters 40. Der Einfachheit halber ist der Flüssigkeitsbehälter 40 quaderförmig dargestellt. Allerdings erfordert das Messprinzip des kapazitiven Füllstandssensors 1 keine spezielle Form des Flüssigkeitsbehälters 40, so dass auch unregelmäßige Außenkonturen kein Hindernis darstellen. Bei unregelmäßigen Außenkonturen des Flüssigkeitsbehälters 40 sind die Levelelektroden 10, 20 an die entsprechenden Außenkonturen angepasst. Somit liegen die Levelelektroden 10, 20 immer an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters 40 an. Vorzugsweise erstrecken sich die Levelelektroden 10, 20 über die gesamte Höhe des Flüssigkeitsbehälters 40, wie in 1 dargestellt.
• Weiterhin weist der Füllstandssensor 1 eine erste Referenzelektrode 50 und eine zweite Referenzelektrode 60 auf. Die Referenzelektroden 50, 60 erstrecken sich in einer zweiten Richtung entlang der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters 40. Die zweite Richtung verläuft entlang eines Bodens des Flüssigkeitsbehälters 40, so dass die Referenzelektroden 50, 60 am Boden des Flüssigkeitsbehälters 40 angeordnet sind. Gemäß dem Beispiel in 1 beträgt ein Winkel zwischen der ersten und der zweiten Richtung daher 90°. Die Referenzelektroden 50, 60 sind insbesondere in einem Bereich des Bodens angeordnet, in dem selbst bei einem Mindestfüllstand des Flüssigkeitsbehälters 40 Flüssigkeit vorhanden ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass im Bereich der Referenzelektroden 50, 60 Flüssigkeit vorhanden ist und eine Messung der Referenzelektroden 50, 60 nicht von einer Änderung des Füllstands abhängig ist.
• Eine Länge der Referenzelektroden 50, 60 wird so gewählt, dass mit ihnen ein sinnvolles Messsignal erzielbar ist. Dies bedeutet, dass sich die Referenzelektroden 50, 60 insbesondere nicht entlang des gesamten Bodens des Flüssigkeitsbehälters 40 erstrecken müssen, sondern lediglich über einen Teilstück wie beispielsweise über den halben Boden oder weniger. Wichtig ist, dass im Bereich der Referenzelektroden 50, 60 üblicherweise im Betrieb eine Flüssigkeit oder ein wässriges Medium vorhanden ist, so dass im Betrieb immer eine Referenzmessung durchführbar ist.
• Die Levelelektroden 10, 20 und die Referenzelektroden 50, 60 können streifenförmig ausgebildet sein oder sind ein Draht oder Stab, also zylindrisch ausgebildet.
• Sowohl die Referenzelektroden 50, 60 als auch die Levelektroden 10, 20 verlaufen parallel und beabstandet zueinander. Ein Abstand zwischen den jeweiligen Elektroden wird durch eine Dicke einer Wand des Flüssigkeitsbehälters 40 bestimmt. Insbesondere beträgt ein Abstand zwischen der ersten Levelelektrode 10 und der zweiten Levelelektrode 20 2 bis 10 mm. Entsprechend beträgt ein Abstand zwischen der ersten Referenzelektrode 50 und der zweiten Referenzelektrode 60 ebenfalls 2 bis 10 mm. Ein Material des Tanks 40 ist vorzugsweise ein Kunststoff wie beispielsweise HDPE, kann allerdings auch ein beliebiges anderes Material außer Metall sein.
• Eine Auswerteeinheit 30 ist vorzugsweise so angeordnet, das eine Leitung von der Auswerteeinheit 30 zu den jeweiligen Levelelektroden 10, 20 sowie zu den Referenzelektroden 50, 60 möglichst kurz ist. Gemäß dem Beispiel in 1 ist die Auswerteeinheit 30 deshalb an einem unteren Ende des Tanks 40 benachbart zum Boden angeordnet.
• Nun Bezug nehmend auf die 2 und 3 ist eine Ausführungsform des Flüssigkeitsbehälters 40 dargestellt, in der der Flüssigkeitsbehälter 40 eine T-förmige Ausbuchtung 80 aufweist. In 3 ist hierbei eine Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß 2 dargestellt. 2 zeigt einen Ausschnitt der Levelelektroden 10, 20 des erfindungsgemäßen Füllstandssensors 1 sowie des Flüssigkeitsbehälters 40.
• Die T-förmige Ausbuchtung 80 erstreckt sich insbesondere über die gesamte Höhe und/oder Boden des Flüssigkeitsbehälters 40. Anders ausgedrückt über den gesamten Bereich, in dem die Levelelektroden 10, 20 und/oder die Referenzelektroden 50, 60 angeordnet sind. Die T-förmige Ausbuchtung 80 ist so beschaffen, dass die Levelelektroden 10, 20 oder die Referenzelektroden 50, 60 leicht beiderseits der Ausbuchtung befestigt werden können. Beispielweise werden die Levelektroden 10, 20 oder die Referenzelektroden 50, 60 zwischen die Ausbuchtung 80 und der übrigen Wand des Flüssigkeitsbehälters 40 eingeklemmt. Dies stellt eine höhere Empfindlichkeit bei der Messung mit dem erfindungsgemäßen Füllstandssensor 1 bereit, da sich die zu messende Flüssigkeit 70 zwischen den Levelelektroden 10, 20 und/oder den Referenzelektroden 50, 60 befindet. Die Levelektroden 10, 20 und/oder die Referenzelektroden 50, 60 sind jedoch weiterhin durch die Wand des Flüssigkeitsbehälters 40 von einem wässrigen Medium 70 oder einer Flüssigkeit im Inneren des Flüssigkeitsbehälters 40 getrennt. Um einen ähnlichen Effekt zu erreichen, können die Levelelektroden 10, 20 und/oder Referenzelektroden 50, 60 auch über Eck an dem Flüssigkeitsbehälter 40 befestigt werden, wenn dies die Ausgestaltung des Flüssigkeitsbehälters 40 erlaubt. Allgemein reicht für eine Verbesserung der Messgenauigkeit eine flüssigkeitsführende Ausbuchtung aus, die beispielsweise auch die Form einer Nase aufweisen kann.
• Bezug nehmend auf 4 ist ein schematischer Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Füllstandserfassungsverfahrens dargestellt. Zunächst wird in einem Schritt C eine Referenzkapazität mittels der ersten 50 und der zweiten langgestreckten Referenzelektrode 60 erfasst. Anhand der erfassten Referenzkapazität wird in Schritt D die Dielektrizitätszahl ε_R der in dem Flüssigkeitsbehälter 40 enthaltenden Flüssigkeit mittels der Auswerteeinheit 30 bestimmt.
• Zeitgleich oder danach erfolgt in Schritt A ein Erfassen einer Levelkapazität mittels der ersten 10 und der zweiten langgestreckten Levelelektrode 20. Die in Schritt D bestimmte Dielektrizitätszahl wird in Schritt E bei der Bestimmung des Füllstands (Schritt B) verwendet. Die Bestimmung des Füllstands in Schritt B erfolgt aufgrund der erfassten Levelkapazität mittels der Auswerteeinheit 30. Weist der Füllstands sensor 1 keine Referenzelektroden auf, kann anstelle des Bestimmens der Dielektrizitätszahl ein fester Wert für die Dielektrizitätszahl der in dem Flüssigkeitsbehälter 40 enthaltenen Flüssigkeit bzw. das enthaltene wässrige Medium 70 angenommen werden. Beispielsweise wird als Dielektrizitätszahl ε_R ein Wert von ungefähr 80 angenommen.
• In Schritt F wird eine Flüssigkeitsabgabe aus dem Flüssigkeitsbehälter 40 verhindert, wenn die in Schritt D bestimmte Dielektrizitätszahl ε_R unter einem vorgebbaren Wert liegt. Dieser vorgebbare Wert für die Dielektrizitätszahl ε_R beträgt insbesondere 60. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass beispielsweise bei der Fehlbetankung eines Harnstofflösungstanks mit Öl oder Kraftstoff das in dem Tank enthaltene Öl bzw. der enthaltene Kraftstoff nicht in das Abgassystem eingespritzt wird, wie oben bereits erläutert.
• Somit kann mittels des erfindungsgemäßen Füllstandserfassungsverfahrens unter Verwendung des erfindungsgemäßen Füllstandssensors der Füllstand eines Harnstofflösungstanks kontinuierlich und genau bestimmt werden sowie eine Fehlbetankung mit Kraftstoff oder Öl erkannt werden.
• Bezugszeichenliste
• Bezugszeichenliste

1

Füllstandssensor

10

erste Levelelektrode

20

zweite Levelelektrode

30

Auswerteeinheit

40

Flüssigkeitsbehälter

50

erste Referenzelektrode

60

zweite Referenzelektrode

70

Medium

80

Ausbuchtung

Claims (10)

1. Kapazitiver Füllstandssensor (1), umfassend: a) eine erste (10) und eine zweite langgestreckte Levelelektrode (20) sowie b) eine mit der ersten (10) und der zweiten langgestreckten Levelelektrode (20) verbundene Auswerteeinheit (30), während c) die erste und die zweite langgestreckte Levelelektrode (20) an einer Außenseite eines Flüssigkeitsbehälters (40) in einer ersten Richtung parallel zueinander anordnenbar sind, in der sich ein Füllstand des Flüssigkeitsbehälters (40) ändert, so dass d) ein Füllstand einer Flüssigkeit in einem Inneren des Flüssigkeitsbehälters (40) mittels der ersten (10) und der zweiten langgestreckten Levelelektrode (20) erfassbar ist, weiterhin umfassend e) eine erste (50) und eine zweite langgestreckte Referenzelektrode (60), die mit der Auswerteeinheit (30) verbunden sind und in einer zweiten Richtung parallel zueinander an der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters (40) anordnenbar sind, während die zweite Richtung entlang eines Bodens des Flüssigkeitsbehälters (40) verläuft.
2. Füllstandssensor (1) gemäß Anspruch 1, während die erste (10) und die zweite langgestreckte Levelelektrode (20) streifenförmig oder zylindrisch sind.
3. Füllstandssensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, während die erste (50) und die zweite langgestreckte Referenzelektrode (60) streifenförmig oder zylindrisch sind.
4. Füllstandssensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, während die erste Richtung und die zweite Richtung einen Winkel von ungefähr 90° bilden.
5. Flüssigkeitsbehälter (40) eines Kraftfahrzeugs mit einem Füllstandssensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Flüssigkeitsbehälter gemäß Anspruch 5, der an einer Außenseite eine erste flüssigkeitsführende Ausbuchtung (80), vorzugsweise T-förmig, in der ersten Richtung zum Anordnen der ersten (10) und zweiten langgestreckten Levelelektrode (20) aufweist und/oder eine zweite flüssigkeitsführende Ausbuchtung (80), vorzugsweise T-förmig, in der zweiten Richtung zum Anordnen der ersten (50) und zweiten langgestreckten Referenzelektrode (60).
7. Kraftfahrzeug mit einem Füllstandssensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 oder einem Flüssigkeitsbehälter (40) eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6.
8. Füllstandserfassungsverfahren mit einem Füllstandssensor (1), der eine erste (10) und eine zweite langgestreckte Levelelektrode (20) aufweist, die parallel zueinander in einer ersten Richtung entlang einer Außenseite eines Flüssigkeitsbehälters (40) angeordnet sind, in der sich ein Füllstand des Flüssigkeitsbehälters ändert, und der weiterhin eine erste (50) und eine zweite langgestreckte Referenzelektrode (60) aufweist, die parallel zueinander in einer zweiten Richtung entlang der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters (40) angeordnet sind, während die zweite Richtung entlang eines Bodens des Flüssigkeitsbehälters (40) verläuft, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Erfassen (A) einer Levelkapazität mittels der ersten (10) und der zweiten langgestreckten Levelelektrode (20) und b) Bestimmen (B) eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Inneren des Flüssigkeitsbehälters (40) aufgrund der erfassten Levelkapazität mittels einer Auswerteeinheit (30) sowie c) Erfassen (C) einer Referenzkapazität mittels der ersten (50) und der zweiten langgestreckten Referenzelektrode (60), d) Bestimmen (D) der Dielektrizitätszahl der in dem Flüssigkeitsbehälter (40) enthaltenen Flüssigkeit aufgrund der erfassten Referenzkapazität mittels der Auswerteeinheit (30) und e) Verwenden (E) der bestimmten Dielektrizitätszahl bei der Bestimmung des Füllstands.
9. Füllstandserfassungsverfahren gemäß Anspruch 8, während in der Auswerteeinheit (30) eine Dielektrizitätszahl der in dem Flüssigkeitsbehälter (40) enthaltenen Flüssigkeit hinterlegt ist und eine Füllstandsbestimmung auf dieser Grundlage erfolgt.
10. Füllstandserfassungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, das den weiteren Schritt umfasst: f) Verhindern (F) einer Flüssigkeitsabgabe aus dem Flüssigkeitsbehälter, wenn die bestimmte Dielektrizitätszahl unter einem vorgebbaren Wert liegt, insbesondere unter 60.

Images