DE102010012630A1

DE102010012630A1 - Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank

Info

Publication number: DE102010012630A1
Application number: DE102010012630A
Authority: DE
Inventors: Jan Hodgson; Peter Bauer
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2011-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank (1) für einen Betriebsstoff (2) für ein Kraftfahrzeug (3), wobei der Tank (1) einen binären Füllstandssensor (7) aufweist, der eine für einen Reservefüllstand charakteristische Reservefüllstandsebene (9) in dem Tank (1) definiert. Bei dem Verfahren wird zunächst überwacht, ob die Reservefüllstandsebene (9) unterschritten wird. Anschließend wird die weitere Füllstandsreduktion berechnet, wenn die Reservefüllstandsebene (9) unterschritten ist. Dann werden berechnete Füllstandsinformationen bereitgestellt, wenn die Reservefüllstandsebene (9) unterschritten ist. Zuletzt wird überwacht, ob die Reservefüllstandsebene (9) wieder überschritten wurde, wobei dann zurück in den Schritt a) gewechselt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur zuverlässigen und kostengünstigen Füllstandsbestimmung von niedrigen Füllständen in einem flachen Tank geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank für einen Betriebsstoff für ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einem binären Füllstandssensor durchgeführt werden, der auf einer bestimmten Höhe im Tank nur einen Unterschied zwischen einem gefüllten Zustand und einem leeren Zustand feststellen kann.
Die Bestimmung des Füllstandes in einem Tank für einen Betriebsstoff für ein Kraftfahrzeug ist eine seit langem bekannte Problemstellung. Für den sicheren Betrieb eines Kraftfahrzeuges ist es regelmäßig notwendig, dass von den für den Betrieb erforderlichen Betriebsstoffen jeweils ausreichende Mengen vorhanden sind. Ein wichtiges Beispiel für einen solchen Betriebsstoff ist der Kraftstoff für eine Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise Benzin oder Diesel.
Zur Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges kommt zudem ein Additiv (zum Beispiel ein Oxidationsmittel und/oder ein Reduktionsmittel) als weiterer Betriebsstoff zum Einsatz. Ein Verfahren zur Abgasreinigung, dass einen weiteren Betriebsstoff benötigt, ist das Verfahren der selektiv katalytischen Reduktion (SCR = Selective Catalytic Reduction). Für dieses Verfahren wird als Betriebsstoff beispielsweise eine flüssige Harnstoff-Wasser-Lösung benötigt, die einer Abgasreinigungskomponente zugeführt wird. Die Bevorratung dieser flüssigen Harnstoff-Wasser-Lösung erfolgt in einem separaten Tank im Kraftfahrzeug. Mit dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion kann insbesondere der Anteil an schädlichen Stickoxidverbindungen im Abgas reduziert werden.
Der Verbrauch an Reduktionsmittel für eine Abgasreinigungskomponente zur Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine ist normalerweise erheblich niedriger als der Brennstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine. Der Verbrauch an Reduktionsmittel beträgt typischerweise zwischen 0,5 und 10% des Verbrauches an Kraftstoff. Aus diesem Grunde ist es möglich, den Tank für das Reduktionsmittel im Kraftfahrzeug so zu dimensionieren, dass der Benutzer des Kraftfahrzeuges nicht bei jedem Nachtanken eines Kraftstoffvorrats des Kraftfahrzeuges auch den Reduktionsmittelvorrat des Kraftfahrzeuges nachtanken muss. Es ist insbesondere sogar möglich, einen Tank für Reduktionsmittel in einem Kraftfahrzeug so zu dimensionieren, dass lediglich eine Befüllung dieses Tanks im Rahmen der für das Kraftfahrzeug üblichen Wartungsintervalle erforderlich ist. Dies stellt eine erheblich Komfortverbesserung für den Benutzer des Kraftfahrzeuges dar, weil der Benutzer mit der Betankung des Kraftfahrzeuges mit dem Reduktionsmittel als zusätzlichem Betriebsstoff nicht belastet wird.
Da es gleichermaßen gewünscht ist, dass möglichst lange Zeiträume überbrückt und/oder Strecken mit dem Kraftfahrzeug zurückgelegt werden können, soll eine zuverlässige Information über den Füllstand des ReduktionsmittelTanks auch im fast leeren Zustand vorliegen. So kann sichergestellt werden, dass der Benutzer rechtzeitig über den niedrigen Füllstand informiert wird und veranlassen kann, dass der Reduktionsmittelvorrat aufgefüllt wird.
Weiterhin ist zu bedenken, dass ein zusätzlicher Tank für ein Reduktionsmittel in einem Kraftfahrzeug mit der entsprechenden Dosiereinheit zur Dosierung des Reduktionsmittels in das Abgassystem einen erheblichen Kostenfaktor darstellt. Die Vorrichtung zur Bereitstellung des Reduktionsmittels in einem Kraftfahrzeug sollte daher möglichst kostengünstig sein.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme weiter zu lindern. Es soll insbesondere ein Verfahren zur zuverlässigen Füllstandsbestimmung von niedrigen Füllständen in einem Tank für einen Betriebsstoff vorgestellt werden, welches mit einer besonders kostengünstigen Vorrichtung zur Füllstandsbestimmung durchführbar ist.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank für einen Betriebsstoff für ein Kraftfahrzeug, wobei der Tank einen binären Füllstandssensor aufweist, der eine für einen Reservefüllstand charakteristische Reservefüllstandsebene in dem Tank definiert. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:

a) Überwachen, ob die Reservefüllstandsebene unterschritten wird;
b) Berechnen der weiteren Füllstandsreduktion, wenn die charakteristische Reservefüllstandsebene unterschritten ist;
c) Bereitstellen von berechneten Füllstandsinformationen, wenn die Reservefüllstandsebene unterschritten ist;
d) Überwachen, ob die Reservefüllstandsebene wieder überschritten wird, wenn die Reservefüllstandsebene unterschritten ist, wobei zurück in Schritt a) gewechselt wird, wenn die Reservefüllstandsebene wieder überschritten wird.

Mit dem ersten Schritt a) wird gegebenenfalls zu vorgegebenen Zeitpunkten, wie zum Beispiel nach einer vorgegebenen Anzahl von Entnahmen des Betriebsstoffes, geprüft, welche Information der Füllstandssensor gibt. So kann eine erste Information sein, dass sich im Bereich des Füllstandssensors noch Betriebsstoff befindet oder eine zweite Information, dass der Füllstandssensor nicht mit dem Betriebsstoff in Kontakt ist. Liegt die erste Information vor, wird zu einem weiteren vorgegebenen Zeitpunkt das Verfahren wieder mit Schritt a) begonnen. Die zweite Information ist dann der Auslöser für die Fortsetzung des Verfahrens hin zu Schritt b), so dass die Berechung der Füllstandsreduktion in Schritt b) insbesondere nur dann ausgeführt wird, wenn die Reservefüllstandsebene im Tank unterschritten ist, also der Betriebsstoff nicht mehr die Höhe des Füllstandssensors im Tank erreicht.
Die Berechung der weiteren Füllstandsreduktion nach Schritt b) kann bevorzugt (nur) dann durchgeführt werden, wenn eine oder mehrere Entnahmen des Betriebsstoffes aus dem Tank erfolgt sind. Hierfür können beispielsweise auch Messergebnisse von Sensoren außerhalb des Tanks, wie z. B. in der Zusammenwirkung mit der Dosiereinheit und/oder der Abgasanlage und/oder der Verbrennungskraftmaschine, zur Berechnung der Entnahmemenge bzw. des verbleibenden Tankinhalts herangezogen werden. Bevorzugt ist also, dass (nur) externe Kennwerte außerhalb des Tanks herangezogen werden, um die entnommene Menge des Betriebsstoffes zu berechnen. Gegebenenfalls ist es aber auch möglich, konstante Kenngrößen wie z. B. die Tankdimensionen und/oder Umgebungsbedingungen wie z. B. die Temperatur im Tank mit zu berücksichtigen.
Die aus der Berechung gewonnene Information zur Füllstandsreduktion wird nun in Schritt c) so verwertet, dass eine berechnete Füllstandsinformation dem Benutzer und/oder einem System zur Verfügung gestellt wird.
Die Schritte b) und c) können mm immer wieder wiederholt werden, wobei nicht zwingend erforderlich ist, dass bei jeder Berechnung der Füllstandsreduktion eine neue Füllstandsinformation generiert und/oder weitergegeben wird. Insbesondere ist gewünscht, dass diese Verfahrensschritte nur so lange durchgeführt werden, bis der Reservefüllstand wieder überschritten ist, folglich also nachgetankt wurde. Dies wird durch die Abbruchbedingung in Schritt d) veranschaulicht. Danach kann wieder die Initiierungsbedingung aus Schritt a) geprüft werden.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank, wenn der Betriebsstoff ein Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion von Stickstoffoxidverbindungen im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine ist. Ein Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion von Stickstoffoxidverbindungen ist hier insbesondere ein Fluid, wie z. B. eine wässrige Harnstoff-Wasser-Lösung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist allerdings auch zur Anwendung bei Tanks für andere Betriebsstoffe geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in seiner Anwendung auch nicht auf Tanks für Kraftfahrzeuge beschränkt.
Das Verfahren lässt sich besonders einfach mit einem Tank einsetzen, der einen binären Füllstandssensor aufweist. Ein binärer Füllstandssensor ist ein Füllstandssensor, mit dem nur auf einer bestimmten Höhe im Tank eine Unterscheidung getroffen werden kann, ob Betriebsstoff vorliegt oder nicht. Ein typischer binärer Füllstandssensor ist beispielsweise eine Anordnung einer annährend punktförmigen Elektrode im Tank, durch welche über eine Leitwertbestimmung festgestellt werden kann, ob an der Elektrode Betriebsstoff vorliegt oder nicht. Eine Harnstoff-Wasser-Lösung ist elektrisch leitfähig, so dass hier eine Leitwertbestimmung zur Füllstandsbestimmung besonders vorteilhaft ist.
Auch kann eine entsprechend eingerichtete Elektrodenanordnung zur kapazitiven Füllstandsmessung verwendet werden. Die elektrische Kapazität zwischen zwei Elektroden ist zumindest teilweise davon abhängig welche dielektrischen Eigenschaften das zwischen den Elektroden vorliegende Medium hat, so dass hier eine Unterscheidung getroffen werden kann, ob zwischen den Elektroden ein Betriebsstoff vorliegt oder nicht. Eine kapazitive Messung kann auch bei Betriebsstoffen durchgeführt werden, die nicht elektrisch leitfähig sind.
Darüber hinaus sind auch einfache Schwimmer-Mechanismen einsetzbar, die eine für den Reservefüllstand charakteristische und erfassbare Position einnehmen.
Eine andere Möglichkeit einen binären Füllstandssensor zu realisieren, ist ein in einer bestimmten Höhe des ReduktionsmittelTanks angeordneter optischer Sensor, der feststellen kann, ob in dieser Höhe Betriebsstoff im Tank vorliegt oder nicht. Ein derartiger binärer Sensor überwacht ebenfalls jeweils eine bestimmte Füllstandebene im Tank.
Mit einer Füllstandebene ist ein Füllstandspiegel gemeint. Bei einer bestimmten Flüssigkeitsmenge im Tank stellt sich aufgrund der Schwerkraft ein bestimmter Füllstandspiegel bzw. eine bestimmte Füllstandsebene im Tank ein. Die freie Oberfläche der Flüssigkeit liegt bei vorgesehener Ausrichtung des Tanks und bei einer bestimmten Flüssigkeitsmenge im Tank jeweils in einer zuordenbaren Füllstandsebene. Diese Füllstandsebene kann durch eine Schrägstellung des Tanks und/oder Schwappbewegungen verfälscht werden. Die freie Oberfläche liegt dann zumindest teilweise nicht in der Füllstandsebene bzw. die freie Oberfläche bildet keine Füllstandsebene. Es ist für den fehlerfreien Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils wünschenswert, dass die freie Oberfläche der Flüssigkeit möglichst gut in der zuzuordnenden Füllstandsebene liegt.
Dazu ist bevorzugt, dass der Tank korrekt ausgerichtet ist. Ein Tank hat jeweils eine bevorzugte Einbauausrichtung, für welche der binäre Füllstandssensor eingerichtet ist. Die tatsächliche Einbauausrichtung des Tanks sollte möglichst genau der bevorzugten Einbauausrichtung entsprechen. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Kraftfahrzeug, in welches der Tank eingebaut ist, zumindest bei der Eichung des Systems auf einer waagerrechten Fläche steht.
Während des ordinären Betriebes des Kraftfahrzeuges befindet sich das Verfahren normalerweise (permanent) in Verfahrensschritt a). Es erfolgt so eine Überwachung, ob die Reservefüllstandsebene unterschritten wird. Diese Überwachung erfolgt, indem am binären Füllstandssensor geprüft wird, ob Betriebsstoff vorliegt oder nicht. Falls am binären Füllstandssensor Betriebsstoff vorliegt, ist die Reservefüllstandsebene nicht unterschritten. Falls am binären Füllstandssensor kein Betriebsstoff vorliegt, ist die Reservefüllstandsebene unterschritten. Falls die Reservefüllstandsebene nicht unterschritten ist, verbleibt das Verfahren im Verfahrensschritt a). Falls die Reservefüllstandsebene unterschritten ist, wechselt das erfindungsgemäße Verfahren aus dem Betriebsschritt a) in den Betriebsschritt b).
In Schritt b) erfolgt ausgehend von dem Reservefüllstand bzw. einer der nachfolgend berechneten Füllstände eine Berechnung der weiteren Füllstandsreduktion. Dies geschieht beispielsweise, indem ein Verbrauch an Betriebsstoff gemessen und gespeichert wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Durchflusssensors in einer Leitung für den Betriebsstoff vom Tank zu einem Verbraucher erfolgen. Ein derartiger Verbraucher kann eine Zufuhr für Reduktionsmittel in ein Abgassystem sein. Anstatt eines Durchflusssensors kann zu Bestimmung des Verbrauchs auch die Öffnungszeit eines Injektors für den Betriebsstoff, kombiniert mit dem Druck in einer Zuleitung zu dem Injektor, verwendet werden. Für diese Art der Bestimmung ist es regelmäßig erforderlich, dass die Geometrie der Leitung und des Injektors bekannt sind. Ein unabhängiger Durchflusssensor ist hierbei nicht erforderlich.
Zur weiteren Berechnung des Füllstandes wird die berechnete Füllstandsreduktion z. B. mit einem für den Tank und für die Reservefüllstandsebene charakteristischen Restvolumen umgerechnet. Vorzugsweise wird zur Berechnung des Füllstandes die berechnete Füllstandsreduktion von dem charakteristischen Restvolumen abgezogen. Mit einem Restvolumen ist hier das durch die Reservefüllstandsebene charakterisierte Volumen an Betriebsstoff im Tank gemeint. Das Restvolumen entspricht vorzugsweise dem Volumen zwischen der Tankwand bzw. dem Tankboden und der Reservefüllstandsebene.
Nach Schritt b) wird die in Schritt c) berechnete Füllstandinformation bereitgestellt, der dem tatsächlich im Reduktionsmitteltank vorliegenden Füllstand entspricht. Die Bereitstellung kann beispielsweise in einer Anzeige für den Benutzer des Kraftfahrzeuges erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der berechnete Füllstand auch dem Motormanagement und/oder einer Steuereinheit einer On-board-Diagnose des Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt werden. Das Motormanagement und/oder eine Steuereinheit einer On-board-Diagnose können beispielsweise einen Zeitpunkt für eine Wartung des Kraftfahrzeuges auf Grundlage des Füllstandes mit festlegen.
Anschließend erfolgt in Schritt d) eine Überwachung, ob die Reservefüllstandsebene wieder überschritten wird. Dies geschieht bevorzugt ebenfalls mit Hilfe des binären Füllstandssensors. Wenn am binären Füllstandssensor wieder Betriebsstoff festgestellt wird, ist die Reservefüllstandsebene wieder überschritten. Wenn nach wie vor kein Betriebsstoff an dem binären Füllstandssensor festgestellt wird, ist die Reservefüllstandsebene noch unterschritten. Wenn die Reservefüllstandsebene wieder überschritten ist, wechselt das erfindungsgemäße Verfahren zurück in den Betriebsschritt a), so dass die Betriebsschritte b), c) und d) zunächst nicht mehr ausgeführt werden und insbesondere keine Berechnung von Füllstandsreduktionen und keine Bereitstellung von berechneten Füllständen erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank ist besonders vorteilhaft, wenn neben dem binären Füllstandssensor ein kontinuierlicher Füllstandssensor existiert, der nur während des Schrittes a) zur Bereitstellung von Füllstandsinformationen eingesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur sicheren und zuverlässigen Bestimmung einer Reservefüllstandsmenge geeignet. Die Reservefüllstandsmenge muss regelmäßig besonders genau bestimmt werden, weil bei Füllständen unterhalb der Reservefüllstandsebene es regelmäßig passieren kann, dass kein Betriebsstoff mehr vorliegt. Bei Füllständen unterhalb der Reservefüllstandsebene sollte somit die Füllstandsbestimmung besonders genau und besonders zuverlässig erfolgen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die Bestimmung des Füllstandes unterhalb der Reservefüllstandsebene (nur) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen.
Wenn ein Füllstand oberhalb der Reservefüllstandsebene vorliegt, ist eine sehr genaue Füllstandsbestimmung nicht erforderlich. Die Bestimmung des Füllstandes kann dann auch mit einem kontinuierlichen Füllstandssensor erfolgen. Ein typischer kontinuierlicher Füllstandssensor ist beispielsweise ein Schwimmer, welcher durch den Betriebsstoff im Tank in verschiedenen Höhen im Tank schwimmt. Die Positionen dieses Schwimmers werden beispielsweise über ein Verfahren zur Positionsbestimmung ermittelt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Winkelmessers, eines Hebelarmes und/oder mit Hilfe einer elektrischen Spule erfolgen, in welcher durch den Schwimmer ein metallischer Kern in verschiedener Höhe gehalten wird.
Damit wird hier insbesondere auch vorgeschlagen, dass eine kontinuierliche Messung bzw. Bestimmung des Füllstandes ausschließlich oberhalb des Reservefüllstandes und insbesondere auch nur ausschließlich mit diesem kontinuierlichen Füllstandssensor vorgenommen wird, und demnach folglich keine Berechnung mit dem Verfahren gemäß Schritten b) und c) erfolgt.
Weiterhin ist es regelmäßig nicht möglich, dass ein kontinuierlicher Füllstandssensor besonders niedrige Füllstände im Tank bestimmen kann. Dies wird oft dadurch bedingt, dass der Tankboden eines Tanks unregelmäßig geformt ist und mit Hilfe eines normalen kontinuierlichen Füllstandssensors eine sichere Bestimmung des Füllstandes hier somit nicht möglich ist. Ein Schwimmer liegt bei besonders niedrigen Füllständen beispielsweise auf dem Tankboden auf, so dass eine weitere Veränderung des Füllstandes die Position des Schwimmers nicht mehr beeinflusst. Auch werden die Schwappbewegungen bei niedrigen Füllständen häufig intensiver.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn neben dem binären Füllstandssensor kein weiterer binärer Füllstandssensor in dem Tank existiert. Es ist regelmäßig vorteilhaft, die Anzahl der binären Füllstandssensoren im Tank möglichst gering zu halten, weil derartige binäre Füllstandssensoren und die zur Füllstandsbestimmung notwendige Auswertungsschaltung regelmäßig einen hohen Kostenfaktor darstellt.
Auch besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn der binäre Füllstandssensor der einzige Füllstandssensor im Tank ist und weder ein weiterer zweiter binärer Füllstandssensor noch ein kontinuierlicher Füllstandssensor existiert. Dies ist die einfachste Anordnung von Füllstandssensoren in einem Tank, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Auch besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank während Schritt a) keine Berechnung von Füllstandsreduktionen erfolgt. Während Schritt a) kann normalerweise davon ausgegangen werden, dass eine ausreichende Menge an Betriebsstoff im Tank vorliegt, die für ein festgelegtes Betriebsintervall der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeuges ausreicht. Beispielsweise kann die bei Erreichen der Reservefüllstandsebene noch im Tank vorliegende Menge an Reduktionsmittel so dimensioniert sein, dass sie für ein Betriebsintervall von zwischen 1.000 km [Kilometer] und 10.000 km, vorzugsweise zwischen 1.000 km und 5.000 km und besonders bevorzugt zwischen 1.000 km und 2.500 km Betrieb des Kraftfahrzeuges ausreicht. Mit einer derartigen Menge an Reduktionsmittel ist ein Kraftfahrzeug in jedem Fall noch in der Lage mit ausreichender Sicherheit, eine Möglichkeit zum Nachfüllen des Betriebsstoffes zu erreichen. Dadurch, dass auf eine Berechnung der Füllstandsreduktion während Schritt a) verzichtet wird, kann der insgesamt notwendige Aufwand zur Bereitstellung von Füllstandsinformationen reduziert werden.
Weiterhin besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes, wenn während Schritt a) keine Bereitstellung von Füllstandsinformationen mehr erfolgt. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass eine Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges während Schritt a) überhaupt keine Information über den Füllstand im Tank erhält. Auch möglich ist, dass während Schritt a) der Benutzer des Kraftfahrzeuges keine Information über den Füllstand erhält. Es erfolgt während Schritt a) insbesondere keine Anzeige des Füllstandes, die für den Benutzer des Kraftfahrzeuges sichtbar ist. Es ist von jeher erwünscht, die Anzahl der an den Benutzer eines Kraftfahrzeuges bereitgestellten Informationen und die Anzahl an Bedienelementen zur Bedienung eines Kraftfahrzeuges möglichst gering zu halten, um den Betrieb eines Kraftfahrzeuges nicht unnötig zu verkomplizieren. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, die Information über den Füllstand im Tank während Schritt a) überhaupt gar nicht an den Benutzer des Kraftfahrzeuges weiterzugeben. So kann eine unnötige Verwirrung des Benutzers vermieden werden. Da die charakteristische Reservefüllstandsebene während Schritt a) nicht unterschritten ist, ist diese Information für den Benutzer auch nicht erforderlich. Unter Umständen erfolgt im Rahmen eines Wartungsintervalls des Kraftfahrzeuges ohnehin bereits eine Befüllung des Tanks mit dem Betriebsstoff, bevor das erfindungsgemäße Verfahren überhaupt in die Betriebsschritte b) bis d) wechselt. So kann die Information über den Füllstand im Tank vollständig vom Benutzer fern gehalten werden und gleichzeitig kann der sichere Betrieb des Kraftfahrzeuges aufrecht erhalten werden.
Vorteilhaft ist das Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank, wenn die Querschnittsfläche des Tanks zumindest dem Fünffachen (5-fach) des Quadrates einer Höhe des Tanks entspricht. Besonders bevorzugt entspricht die Querschnittsfläche des Tanks sogar zumindest dem Zehnfachen (10-fach), vorzugsweise dem Zwanzigfachen (20-fach) des Quadrates einer Höhe (Höhe = H; Quadrat der Höhe = H²) des Tanks. Durch diese Relationen werden Tanks flacher Bauform beschrieben. Tanks flacher Bauform lassen sich in einem Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft unterbringen. Nachteilig ist jedoch, dass in flachen Tanks Schwappbewegungen besonders stark sind. Der Bauraum in einem Kraftfahrzeug ist regelmäßig sehr begrenzt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für derartige flache Tanks besonders geeignet, weil durch die Berechnung der Füllstandsreduktion bei Unterschreiten einer Reservefüllstandsebene zuverlässige Informationen über den Füllstand im Tank bestimmt werden können, ohne dass Schwappbewegungen oder Schräglagen des Kraftfahrzeuges diese Füllstände verfälschen. Die Querschnittsfläche des Tanks muss nicht über die gesamte Höhe des Tanks gleichmäßig sein.
Auch kann sich die Höhe des Tanks an verschiedenen Stellen der Querschnittsfläche unterscheiden. Mit einer Höhe und einer Querschnittsfläche des Tanks ist hier im Wesentlichen eine mittlere Höhe bzw. eine mittlere Querschnittsfläche des Tanks gemeint.
Folglich ist die Verwendung des hier erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Tank mit der oben beschriebenen flachen Bauform, wobei insbesondere (nur) ein binärer Füllstandssensor vorgesehen ist.
Darüber hinaus wird hier ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine, eine Abgasanlage, eine Dosiereinheit zur Zudosierung von Reduktionsmittel zu der Abgasanlage und ein Tank für Reduktionsmittel, wobei das Kraftfahrzeug eine Steuerung aufweist, die zur Bestimmung des Füllstandes im Tank zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Der Tank ist vorzugsweise mit einer der oben beschriebenen Anordnungen von Füllstandssensoren ausgestattet. Das Verfahren kann insbesondere als Software bzw. Datenverarbeitungsprogramm in bzw. mit der Steuerung realisiert sein.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
1: eine erste Ausführungsvariante eines Tanks, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist,
2: eine weitere Ausführungsvariante eines Tanks, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist,
3: ein Diagramm, welches den tatsächlichen Füllstand in einem Tank und einen mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Füllstand in Bezug zueinander setzt,
4: ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
5: ein Kraftfahrzeug, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Die in den 1 und 2 dargestellten Tanks 1 stimmen in einer Vielzahl von Merkmalen überein, so dass sie hier zunächst gemeinsam beschrieben werden. Dieser Tank 1 weist eine Höhe 22 und eine Querschnittsfläche 24 auf und hat einen Tankinnenraum 4. In dem Tankinnenraum 4 liegt Betriebsstoff 2 in flüssiger Form vor. Dargestellt ist jeweils ein Befüllzustand des Tanks 1, bei dem Betriebsstoff 2 bis zu einer Reservefüllstandsebene 9 vorliegt. Unterhalb der Reservefüllstandsebene 9 ist ein Restvolumen 10 definiert. Die im Tank 1 vorliegende Menge an Betriebsstoff 2 entspricht dem Restvolumen 10. Die Reservefüllstandsebene 9 wird durch die Position eines binären Füllstandssensors 7 und eine senkrechte (vertikale) Einbauausrichtung 8 des Tanks 1 definiert. Die senkrechte Einbauausrichtung 8 ergibt sich aus der Position und der Ausrichtung, mit welcher der Tank 1 in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist. Gegebenenfalls können am Tank 1 Montagepunkte 13 vorgesehen sein, die gemeinsam mit entsprechenden Montagepunkten am Kraftfahrzeug die senkrechte Einbauausrichtung 8 definieren.
Im Tank 1 ist ein Vorsprung 11 vorgesehen, an welchem der binäre Füllstandssensor 7 angebracht ist. Der Vorsprung 11 ist vorzugsweise im bzw. am Tankboden angeordnet. Hierdurch erfolgt eine präzise Positionierung des binären Füllstandssensors 7 in Bezug auf den Tankboden 5, so dass die Position der Reservefüllstandsebene 9 und damit die Größe des Restvolumens 10 im Tank 1 besonders präzise definiert werden. Bevorzugt ist auch, dass in dem Vorsprung 11 (teilweise) eine Dosiereinheit 12 für den im Tank 1 vorliegenden Betriebsstoff 2 vorgesehen ist. Durch die Dosiereinheit 12 (beziehungsweise die damit umfasste Fördereinheit) wird der Betriebsstoff 2 zu dem entsprechenden Betriebsstoffverbraucher im Kraftfahrzeug gefördert. Ein derartiger Betriebsstoffverbraucher kann beispielsweise eine Zufuhr für Reduktionsmittel in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges sein.
Ebenfalls am Tankboden 5 angeordnet ist eine Entnahmestelle 6 für den Betriebsstoff 2 bzw. das Reduktionsmittel. Vorzugsweise ist der binäre Füllstandssensor 7 derart im Tank 1 angeordnet, das auch bei einer Schräglage des Tanks 1 noch eine verhältnismäßig genaue Füllstandsbestimmung erfolgen kann. Dies ist mit dem Winkel 15 angedeutet, der mit der gestrichelten Linie durch den Tank gezeichnet ist. Das von dieser gestrichelten Linie und dem Tankboden 5 begrenzte Volumen entspricht im Wesentlichen dem Restvolumen 10, so dass auch bei Schräglage des Kraftfahrzeuges die vom binären Füllstandssensor 7 ermittelte Füllstandsinformation im Wesentlichen korrekt ist. Um diese Unanfälligkeit des binären Füllstandssensors 7 für verschiedene Ausrichtungen des Tanks 1 zu erreichen, ist es regelmäßig vorteilhaft, dass der binäre Füllstandssensor 7 mittig im Tank 1 angeordnet ist. Dies kann beispielsweise durch eine Anordnung des binären Füllstandssensors 7 an einem mittig im Tank 1 angeordneten Vorsprung 11 erfolgen. Bevorzugt ist, dass der Füllstandsensor 7 derart im Tank 1 angeordnet ist und der Tank 1 derart geformt ist, dass bei einer Schräglage mit einem Winkel 15 von weniger als 15° [Grad] sich das durch den binären Füllstandsensor 7 überwachte Volumen um weniger als 10% ändert, vorzugsweise weniger als 5% und besonders bevorzugt weniger als 2%.
In 1 ist zusätzlich zum binären Füllstandssensor 7 ein zweiter binärer Füllstandssensor 28 vorgesehen. Dieser zweite binäre Füllstandssensor 28 ist weit oben im Tank 1 angeordnet, so dass mit diesem zweiten binären Füllstandssensor 28 eine Überwachung erfolgen kann, ob bei einem Befüllvorgang des Tanks 1 dieser tatsächlich vollständig befüllt wurde.
In 2 ist zusätzlich zum binären Füllstandssensor 7 ein kontinuierlicher Füllstandssensor 27 dargestellt. Mit diesem kontinuierlichen Füllstandssensor 27 kann bei Füllständen oberhalb der Reservefüllstandsebene 9 eine Bestimmung des Füllstandes im Tank 1 erfolgen. Unterhalb der Reservefüllstandsebene 9 erfolgt eine Bestimmung des Füllstandes mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt ein Diagramm, in welchem ein in einem Tank 1 vorliegendes tatsächliches Volumen 30 (gepunktete Linie) an Betriebsstoff auf der Füllstandsachse 20 über der Zeitachse 21 aufgetragen ist. In ein Verhältnis dazu gesetzt ist ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechnetes Volumen 18 (fette Linie). Zum Start des Diagramms entspricht das im Tank vorliegenden Volumen 30 des Betriebsstoffes einem Startvolumen 16. Dies kann beispielsweise einen vollständig gefüllten Tank repräsentieren. Das im Tank vorliegende Volumen 30 fällt dann infolge des Verbrauchs des Betriebsstoffes z. B. während der Fahrt des Kraftfahrzeuges weiter ab. Diese Füllstandsabnahme wird jedoch nicht neu berechnet sondern bleibt weiter als „imaginäres” Volumen 18 unverändert (beispielhaft wird in diesem Bereich als berechnetes Volumen 18 das Restvolumen angenommen dargestellt). Bis das im Tank vorliegende Volumen ein Restvolumen 10 erreicht, wird folglich lediglich überwacht, ob das Restvolumen 10 tatsächlich noch überschritten ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt also derzeit (nur) Schritt a).
Wenn das vorliegende Volumen 30 das Restvolumen 10 unterschreitet, stimmen das tatsächlich im Tank vorliegende Volumen 30 sowie das berechnete Volumen 18 jeweils praktisch überein. Dieser Zustand liegt im Diagramm in 3 ab dem ersten Zeitpunkt 25 vor. Folglich werden nunmehr die Verfahrensschritte b) bis d) (mehrfach) wiederholt. Nach dem ersten Zeitpunkt 15 wird jeweils das entnommene Volumen 17 berechnet. Das berechnete Volumen 18 entspricht dann jeweils der Differenz des Restvolumens 10 und des berechneten entnommenen Volumens 17. Zum zweiten Zeitpunkt 26 erfolgt eine Befüllung des Tanks. Sobald das vorliegende Volumen 30 wieder oberhalb des Restvolumens 10 liegt, wird kein berechnetes Volumen 18 mehr berechnet.
4 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen soll. Zu sehen sind die Verfahrensschritte a), b), c) und d). Wenn im Tank ein Füllstand oberhalb der charakteristischen Reservefüllstandsebene vorliegt, wird der Verfahrensschritt a) durchgeführt. Bevorzugt wird der Verfahrensschritt a) in ständiger Wiederholung nach Art einer ersten Schleife 31 ausgeführt. Wenn festgestellt wird, dass die charakteristische Füllstandsebene unterschritten wird, wechselt das erfindungsgemäße Verfahren über den ersten Schleifenwechselpfad 33 in einen anderen Zustand, in dem nacheinander oder jeweils auch zumindest teilweise parallel zueinander die Verfahrensschritte b), c) und d) durchgeführt werden. Die Verfahrensschritt b), c) und d) werden bevorzugt nach Art einer zweiten Schleife 32 wiederholt ausgeführt. Im Rahmen des Verfahrensschrittes c) kann die Ausgabe eines Füllstandssignals an eine Ausgabeeinheit 35 erfolgen. Wenn in Schritt d) festgestellt wird, dass die charakteristische Füllstandsebene wieder überschritten ist, wechselt das Verfahren über den zweiten Schleifenwechselpfad 34 zurück in den Betriebszustand, in welchem Schritt a) ausgeführt wird.
5 zeigt ein Kraftfahrzeug 3 aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 14 sowie eine Abgasanlage 19 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 14. In die Abgasanlage 19 kann ein Betriebsstoff zugeführt werden. Dieser Betriebsstoff ist vorzugsweise ein flüssiges Reduktionsmittel zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine. Der Betriebsstoff ist in einem Tank 1 (regelmäßig in flüssigem Zustand) bevorratet. Dieser Tank 1 weist eine Dosiereinheit 12 auf. Das Kraftfahrzeug 3 hat eine Steuerung 29, mit welcher eine Bestimmung des Füllstandes im Tank 1 nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen kann.
Die Erfindung ist geeignet, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme weiter zu lindern. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zur zuverlässigen und kostengünstigen Füllstandsbestimmung von niedrigen Füllständen in einem flachen Tank geeignet.
Bezugszeichenliste

1: Tank
2: Betriebsstoff
3: Kraftfahrzeug
4: Tankinnenraum
5: Tankboden
6: Entnahmestelle
7: binärer Füllstandsensor
8: senkrechte Einbauausrichtung
9: Reservefüllstandsebene
10: Restvolumen
11: Vorsprung
12: Dosiereinheit
13: Montagepunkt
14: Verbrennungskraftmaschine
15: Winkel
16: Startvolumen
17: entnommenes Volumen
18: berechnetes Volumen
19: Abgasanlage
20: Füllstandsachse
21: Zeitachse
22: Höhe
23: Sensorhöhe
24: Querschnittsfläche
25: erster Zeitpunkt
26: zweiter Zeitpunkt
27: kontinuierlicher Füllstandsensor
28: zweiter binärer Füllstandsensor
29: Steuerung
30: vorliegendes Volumen
31: erste Schleife
32: zweite Schleife
33: erster Schleifenwechselpfad
34: zweiter Schleifenwechselpfad
35: Ausgabeeinheit

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank (1) für einen Betriebsstoff (2) für ein Kraftfahrzeug (3), wobei der Tank (1) einen binären Füllstandssensor (7) aufweist, der eine für einen Reservefüllstand charakteristische Reservefüllstandsebene (9) in dem Tank (1) definiert, aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a) Überwachen, ob die Reservefüllstandsebene (9) unterschritten wird; b) Berechnen der weiteren Füllstandsreduktion, wenn die Reservefüllstandsebene (9) unterschritten ist; c) Bereitstellen von berechneten Füllstandsinformationen, wenn die Reservefüllstandsebene (9) unterschritten ist; d) Überwachen, ob die Reservefüllstandsebene (9) wieder überschritten wird, wenn die Reservefüllstandsebene (9) unterschritten ist, wobei zurück in Schritt a) gewechselt wird, wenn die Reservefüllstandsebene (9) wieder überschritten wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Patentanspruch, wobei der Betriebsstoff (2) ein Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion von Stickstoffoxidverbindungen im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (14) ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei neben dem binären Füllstandssensor (7) ein kontinuierlicher Füllstandsensor (27) existiert, der nur während des Schrittes a) zur Bereitstellung von Füllstandsinformationen eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei neben dem binären Füllstandsensor (7) kein weiterer binärer Füllstandsensor in dem Tank existiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei während Schritt a) keine Berechnung von Füllstandsreduktionen erfolgt.
Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei während Schritt a) keine Bereitstellung von Füllstandsinformationen erfolgt.
Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes in einem Tank (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Querschnittsfläche (24) des Tanks (1) zumindest dem Fünffachen des Quadrats einer Höhe (23) des Tanks (1) entspricht.
Kraftfahrzeug (3) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (14), eine Abgasanlage (19), eine Dosiereinheit (12) zur Zudosierung von Reduktionsmittel zu der Abgasanlage (19) und einen Tank (1) für Reduktionsmittel, wobei das Kraftfahrzeug (3) eine Steuerung (29) aufweist, die zur Bestimmung des Füllstandes im Tank (1) gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche eingerichtet ist.