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Die Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, ein entsprechendes Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Bestimmung des Medienverbrauchs eines Kraftfahrzeugs. Die Tankvorrichtung weist einen Tank, der mit einem Medium befüllbar ist, und eine Messvorrichtung zum Bestimmen des Verbrauchs des Mediums auf.
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Tankvorrichtungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Kraftfahrzeuge weisen in der Regel wenigstens ein oder manchmal mehrere entsprechende Tankvorrichtungen auf. Kraftfahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschinen benötigen wenigstens einen Tank zur Aufbewahrung des benötigten Treibstoffs des Verbrennungsmotors. Des Weiteren gibt es Kraftfahrzeuge, die dem Kraftstoff aus separaten Tanks Additive beifügen, zum Beispiel Harnstoff bei Dieselkraftfahrzeugen. Bei diesen Tanks ist eine genaue Füllstandskontrolle notwendig.
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Strenger werdende gesetzliche Bestimmungen erfordern zukünftig eine noch größere Genauigkeit der Verbrauchsmessung bei Nutzfahrzeugen. Eine Soll-Ist-Abweichung von mehr als 20 Prozent soll erkannt werden. Dies ist insbesondere bei großen Tanks problematisch.
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Die praktischen Schwierigkeiten werden anhand des nachfolgenden Beispiels deutlich: wenn man, wie bei Nutzfahrzeugen nicht unüblich, von einem 120-Liter-Tank ausgeht, bei dem eine 20-prozentige Abweichung auf 15 Liter erkannt werden soll, so entspricht diese 20-prozentige Abweichung einer absoluten Abweichung von drei Litern. Drei Liter bezogen auf einen 120-Liter-Tank entsprechen jedoch gerade einmal 2,5 Prozent des Gesamtvolumens. Unter der Annahme, dass ein Tank in solchen Maßstäben im wesentlichen Querschnittsgleich ist, müsste also der Füllstand in Inkrementen von 2,5%, also 2,5% der Höhe, zuverlässig aufgelöst werden können. Diese Auflösung kann in der Praxis aber nur schwer erreicht werden: Die Kraftfahrzeuge werden meist bewegt und sind dynamischen Fahrkräften ausgeliefert, die zu ständigen Bewegungen des Mediums im Tank, z. B. Schwappen, führen können. Des Weiteren stehen die Kraftfahrzeuge selten eben, sondern werden häufig an Steigungen oder Gefällen oder Schrägen bewegt.
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Die
DE 10 2010 021 301 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Kraftstofftank sowie einem Zusatztank für ein Additiv, wobei der Zusatztank und der Kraftstofftank an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigbar sind. Der Zusatztank ist unmittelbar am Kraftstofftank befestigbar. Die beiden Tanks sind jedoch mit unterschiedlichen Medien befüllt.
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Die
US 6,571,626 offenbart einen Füllstandssensor für einen Kraftfahrzeugtank mit einem langgestreckt ausgeführten elektrischen Kreislauf und einem den Kreislauf umgebenden langgestreckten Gehäuse sowie einem Schwimmer mit wenigstens einem Magneten, der frei entlang des Gehäuses beweglich ist. Der Schwimmer beeinflusst den elektrischen Kreislauf. Der Füllstandssensor ist zum Einbringen in einen Kraftstofftank vorgesehen.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Tankvorrichtung für ein Kraftfahrzeug dahingehend weiterzubilden, dass eine genauere Messung des Verbrauchs als mit herkömmlichen bekannten Systemen möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Tankvorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 9 sowie ein Verfahren zur Bestimmung des Medienverbrauchs eines Kraftfahrzeugs gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Tankvorrichtung für Kraftfahrzeuge weist einen Tank auf, der mit einem Medium befüllbar ist und einer Messvorrichtung zur Bestimmung des Verbrauchs des Mediums, also der Entnahme an Medium aus dem Tank. Ein entsprechendes Medium kann beispielsweise Kraftstoff oder ein zum Kraftstoff beizumischendes Additiv sein. Die erfindungsgemäße Tankvorrichtung ist insbesondere für Nutzfahrzeuge mit großen Tankvolumina einsetzbar.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung einen dem Tankstrom abwärts nachgeschalteten Messbehälter zur Feinbestimmung des Verbrauchs des Mediums aufweist. Mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Messbehälters ist es somit möglich, eine genauere Bestimmung des Verbrauchs vorzunehmen, als mit herkömmlichen Systemen, die ausschließlich Informationen aus dem Tank selbst beziehen.
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Gemäß einer ersten möglichen weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Tank eine Grobsensorik aufweist. Mit Hilfe der Grobsensorik können beispielsweise Tankanzeigen betrieben werden und Nachtankvorgänge erkannt werden. Auch kann ein Abgleich von Grobsensorik und den mittels des nachgeschalteten Messbehälters ermittelten Ergebnissen vorgenommen werden. Für die Grobsensorik können beispielsweise Reed-Kontakte verwendet werden. Es können auch Füllstandssensoren zum Einsatz kommen, deren gemittelte Füllstandsänderung detektiert wird.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen Tank und Messbehälter ein Zwischenventil angeordnet sein. Mit Hilfe eines solchen Zwischenventils kann verhindert werden, dass Messbehälter und Tank sich wie kommunizierende Röhren verhalten, womit Schwappeffekte, die sich von dem Tank auf den Messbehälter übertragen könnten und die Messung im Messbehälter erheblich verfälschen könnten, ausschließen. Das Zwischenventil kann entsprechend betätigt werden, um den Messbehälter erneut mit Medium zu befüllen und ihn anschließend fluiddynamisch vom Tank zu entkoppeln.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Messbehälter ein kleineres Volumen als der Tank aufweist. Auf diese Weise kann der Messbehälter während des Verbrauchs von Medium aus dem großen Tank häufig gefüllt werden, was die Auflösung und damit die Messgenauigkeit erhöht.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Messbehälter ein definiertes Volumen aufweist.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Messbehälter eine Breite von weniger als ein Drittel, insbesondere weniger als ein Fünftel, insbesondere weniger als ein Zehntel seiner Höhe aufweist. Der Messbehälter ist gemäß dieser Ausgestaltung relativ schmal ausgebildet und Verbrauch an entsprechendem Medium führt zu einer relativ großen Höhenänderung im Messbehälter, was die Messgenauigkeit erhöht.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann der Messbehälter eine Feinsensorik aufweisen. Mit Hilfe einer solchen Feinsensorik lässt sich der Verbrauch an Medium genauer feststellen als mit der Grobsensorik des Haupttanks.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann eine Steuerung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, dass das Zwischenventil wieder geöffnet wird, wenn der Messbehälter ein definiertes Restvolumen an Medium aufweist. Das Restvolumen kann Null sein. Auf diese Weise kann, insbesondere, wenn der Messbehälter ein definiertes Volumen aufweist, eine Befüllung des Messbehälters immer dann erfolgen, wenn der Mindestfüllstand im Messbehälter erreicht oder unterschritten wird, wodurch immer eine bestimmte Menge an Medium in den Messbehälter eingefüllt werden kann. Dies erlaubt es für manche Ausgestaltungen, auf eine Feinsensorik zu verzichten, wenn eine geringere zeitliche Auflösung ausreichend ist.
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Der Tankvorrichtung kann ein Mediendosierer nachgeschaltet sein.
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Ein erster unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug mit einer entsprechenden Tankvorrichtung.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Medienverbrauchs eines Kraftfahrzeugs mit einer entsprechenden Tankvorrichtung, bei dem die Veränderung des Füllstands in dem Messbehälter sensiert und aufsummiert wird. Durch die Ausgestaltung des Messbehälters lässt sich eine genauere Verbrauchsmessung erreichen.
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In der Praxis kann das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt implementiert und ggf. initialisiert werden. Sofern nötig, wird der große Tank gefüllt. Je nach Zustand des Messbehälters kann das Zwischenventil zum Messbehälter geöffnet und der Messbehälter mit einer definierten Menge an Medium befüllt werden. Ist der Messbehälter befüllt, schließt das Zwischenventil wieder. Sobald der Messbehälter befüllt und das Zwischenventil geschlossen sind, wird, sofern notwendig, ein Wert in der Fahrzeugsteuerung initialisiert und die Fahrzeugsteuerung beginnt, den Verbrauch des Mediums zu berechnen. Dies kann beispielsweise mittels eines der Tankvorrichtung nachgeschalteten Dosierers zur Mediendosierung geschehen. Die Berechnung wird je nach Notwendigkeit ggf. periodisch mit dem Füllstand des Messbehälters verglichen, wodurch eine Differenz der Messungen zwischen Dosierer und Messbehälter nachgehalten werden können. Gibt es bei den beiden Messungen Abweichungen von mehr als einer Grenzabweichung, beispielsweise 20 Prozent, kann dies dem Fahrer kenntlich gemacht werden oder in einem Speicher abgelegt werden. Die Messung im Messbehälter kann kontinuierlich mittels einer Feinsensorik oder intervallweise erfolgen, wenn der Messbehälter leer ist. Sobald der Messbehälter leer ist, wird das Zwischenventil zum Tank wieder geöffnet und der Messbehälter aufgefüllt.
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Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen schematisch:
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1 eine erfindungsgemäße Tankvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine erfindungsgemäße Tankvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform sowie
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3 einen Querschnitt durch einen Tank aus dem Stand der Technik.
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In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden gleiche oder gleichwirkende Bauteile zur besseren Lesbarkeit mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Tankvorrichtung 2.
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Die Tankvorrichtung 2 weist einen großen Tank 4 auf, der teilweise mit einem Medium 6 befüllt ist. Das Medium 6 kann beispielsweise ein Kraftstoff oder ein Additiv sein, nachfolgend wird von einem Kraftstoff ausgegangen.
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Der Tank 4 ist mit einer Grobsensorik 8 ausgestattet. Die Grobsensorik 8 kann herkömmlich und relativ grobauflösend ausgebildet sein, beispielsweise durch die Anordnung von Reed-Kontakten oder einer Schwimmeranordnung.
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Dem Tank 4 ist ein Messbehälter 10 nachgeschaltet. Der Messbehälter 10 weist eine Feinsensorik 12 auf. Die Feinsensorik 12 löst wesentlich feiner auf als die Grobsensorik 8 des Tanks 4. Mit Hilfe der Feinsensorik 12 kann der Füllstand des Mediums 6 in dem Messbehälter 10 ermittelt werden.
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Tank 4 und Messbehälter 10 sind über eine Kraftstoffleitung 14 miteinander strömungsverbunden. In der Kraftstoffleitung 14 ist ein steuerbares Ventil 16 angeordnet. Mit Hilfe des steuerbaren Ventils 16 wird verhindert, dass der Tank 4 und der Messbehälter 10 sich wie kommunizierende Röhren verhalten. Das Ventil 16 wird nur zum Befüllen des Messbehälters 10 mit Medium 6 geöffnet, um eine konstante Medienbereitstellung zu gewährleisten.
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An den Messbehälter 10 ist stromabwärts eine Kraftstoffleitung 18 angeschlossen, über die der Kraftstoff den Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden kann.
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Der Messbehälter 10 weist eine wesentlich geringere Breite B als Höhe h auf, beispielsweise in einem Breiten-zu-Höhen-Verhältnis von 1:5 oder kleiner. Auf diese Weise können Schwappeffekte oder Effekte durch schräge, ansteigende oder abfallende Fahrbahnen reduziert und die Messgenauigkeit erhöht werden.
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Grobsensorik 8, Feinsensorik 12 sowie Ventil 16 sind mit einer Steuerung 20 verbunden. Die Steuerung 20 kann die Signale der Grobsensorik 8 und der Feinsensorik 12 auswerten, um einerseits den Medienstand im Messbehälter 10 zu detektieren und bedarfsweise das Ventil 16 zu öffnen, um den Messbehälter 10 wieder aufzufüllen.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 2'.
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Die Tankvorrichtung 2 weist einen großen Tank 4 auf, der teilweise mit einem Medium 6 befüllt ist. Das Medium 6 kann beispielsweise ein Kraftstoff oder ein Additiv sein.
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Der Tank 4 ist mit einer Grobsensorik 8 ausgestattet. Die Grobsensorik 8 kann herkömmlich und relativ grobauflösend ausgebildet sein, beispielsweise durch die Anordnung von Reed-Kontakten oder einer Schwimmeranordnung.
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Der Messbehälter 10' weist ein definiertes brauchbares Volumen V auf, das von dem Kraftstoffverbraucher aufgebraucht werden kann.
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Tank 4 und Messbehälter 10' sind über eine Kraftstoffleitung 14 miteinander strömungsverbunden. In der Kraftstoffleitung 14 ist ein steuerbares Ventil 16 angeordnet. Mit Hilfe des steuerbaren Ventils 16 wird verhindert, dass der Tank 4 und der Messbehälter 10' sich wie kommunizierende Röhren verhalten. Das Ventil 16 wird nur zum Befüllen des Messbehälters 10' mit Medium 6 geöffnet, um eine konstante Medienbereitstellung zu gewährleisten. An den Messbehälter 10' ist stromabwärts eine Kraftstoffleitung 18 angeschlossen, über die der Kraftstoff den Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden kann.
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Grobsensorik 8, Feinsensorik 12 sowie Ventil 16 sind mit einer Steuerung 20 verbunden. Die Steuerung 20 kann die Signale der Grobsensorik 8 und der Feinsensorik 12 auswerten, um einerseits den Medienstand im Messbehälter 10 zu detektieren und bedarfsweise das Ventil 16 zu öffnen, um den Messbehälter 10 wieder aufzufüllen.
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Die Steuerungsvorrichtung 20 öffnet das Ventil 16 immer dann, wenn das brauchbare Volumen V des Messbehälters 10' aufgebraucht ist. Der Verbrauch an Medium 6 ergibt sich dann aus der Anzahl der Befüllvorgänge des Messbehälters 10'.
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3 zeigt einen Querschnitt durch einen aus dem Stand der Technik bekannten Tank 4 mit einem Füllstandsmesser 22, der den Füllstand an Medium mit einem Schwimmer 24 feststellt. Die linkerhand des Tanks 4 eingezeichneten Höhen die notwendigen Genauigkeiten zur Einhaltung zukünftiger gesetzlicher Grenzwerte an. Bei einem Tank 4 der dargestellten Größe von 120 l entspricht die Genauigkeit bei einem Restvolumen von 15 Liter einer Höhe von 2,5 Prozent der Gesamthöhe des Tanks 4.
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Bezugszeichenliste
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- 2, 2'
- Tankvorrichtung
- 4
- Tank
- 6
- Kraftstoff
- 8
- Grobsensorik
- 10, 10'
- Messbehälter
- 12
- Feinsensorik
- 14
- Kraftstoffleitung
- 16
- Ventil
- 18
- Kraftstoffleitung
- 20
- Steuerung
- 22
- Füllstandsmesser
- 24
- Schwimmer
- b
- Breite
- h
- Höhe
- V
- Volumen Messbehälter
