-
Die Erfindung betrifft ein Sensormodul für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Sensormodul. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Sensormodul zur Ermittlung eines Füllstandes eines Fluids in einem Tank des Fahrzeugs sowie zur Ermittlung eines Ethanolanteils des Fluids.
-
Ein einem Fahrzeug bzw. einer Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs zugeführter Kraftstoff wird zunehmend mit höheren Anteilen von Ethanol versetzt, insbesondere um vorhandene Ressourcen fossiler Brennstoffe zu schonen.
-
Ein Verbrennungsvorgang sowie eine Effizienz bzw. ein Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine des Fahrzeuges kann von dem Anteil von Ethanol, d.h. dem Ethanolanteil, in dem Kraftstoff und/oder von einem Mischverhältnis des Ethanols zu weiteren Bestandteilen des Kraftstoffes abhängen.
-
Daher ist in der Regel in einem Tank des Fahrzeugs, beispielsweise einem Kraftstofftank und/oder einem Öltank, ein Ethanolsensor vorgesehen, welcher dazu eingerichtet ist, den Ethanolanteil mit einer gewünschten und/oder geforderten Genauigkeit zu ermitteln. Des Weiteren ist in dem Kraftstofftank in der Regel ein separater Füllstandsensor vorgesehen.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung ein kompaktes und kostengünstiges Sensormodul für ein Fahrzeug bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Sensormodul für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Das Sensormodul weist einen Füllstandsensor zur Ermittlung und/oder zur Bestimmung eines Füllstandes eines Fluids in einem Tank und einen Ethanolsensor zur Ermittlung und/oder zur Bestimmung eines Ethanolanteils des Fluids auf. Weiter weist das Sensormodul ein Substrat auf, auf welchem der Füllstandsensor und der Ethanolsensor angeordnet sind.
-
Mit anderen Worten sind der Füllstandsensor und der Ethanolsensor auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet. Insbesondere können der Füllstandsensor und der Ethanolsensor auf dem Substrat, etwa mittels Klebverbindung, einer Lötverbindung und/oder Schweißverbindung, zumindest teilweise befestigt sein. Der Füllstandsensor und der Ethanolsensor können dabei auf einer Seite bzw. Fläche oder auf unterschiedlichen Seiten bzw. Flächen des Substrates angeordnet sein.
-
Durch die Anordnung des Füllstandsensors und des Ethanolsensor auf einem Substrat kann ein kompaktes Sensormodul bereitgestellt werden, in welchem die Funktionen der Ermittlung des Füllstandes und der Ermittlung des Ethanolanteils realisiert sein können. Dadurch können ferner Kosten für das Sensormodul reduziert werden. Auch beispielsweise Wartungsarbeiten und Installationskosten können reduziert sein.
-
Der Tank kann dabei etwa einen Kraftstofftank, einen Öltank und/oder jeden beliebigen anderen Tank des Fahrzeugs bezeichnen.
-
Das Fluid kann etwa einen mit Ethanol versetzten Kraftstoff zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs bezeichnen. Auch kann das Fluid etwa ein Öl-Ethanol-Gemisch oder eine beliebige andere mit Ethanol versetzte Flüssigkeit bezeichnen.
-
Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie ein Auto, einen Bus oder einen Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie einen Helikopter oder ein Flugzeug, handeln.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Füllstandsensor ein ultraschallbasiertes Sensorelement auf. Alternativ oder zusätzlich ist der Füllstandsensor dazu ausgelegt, über Weg-Laufzeitmessung eines Ultraschallsignals den Füllstand zu ermitteln. Beispielsweise kann mittels Reflexion des Ultraschallsignals an einer Oberfläche des Fluids eine Weg-Laufzeit und basierend auf dieser Weg-Laufzeit der Füllstand ermittelt werden. Derartige ultraschallbasierte Sensorelemente können sich insbesondere im Hinblick auf eine Zuverlässigkeit sowie eine Genauigkeit der Bestimmung des Füllstandes auszeichnen. Gegebenenfalls kann der Füllstandsensor auch ein schallbasiertes Sensorelement aufweisen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Ethanolsensor ein kapazitives Sensorelement auf. Alternativ oder zusätzlich ist der Ethanolsensor dazu ausgelegt, kapazitive Unterschiede von Ethanol und weiteren Bestandteilen des Fluids zu ermitteln. Das kapazitive Sensorelement kann dazu beispielsweise einen Kondensator aufweisen, mit Hilfe dessen eine relative Permittivität und/oder eine mittlere Dielektrizitätskonstante des Fluids ermittelt werden kann. Unter Verwendung bekannter Werte für die relative Permittivität von Ethanol, welche etwa einen Wert von 24 aufweist, sowie bekannter Werte für die relative Permittivität von Diesel und/oder Benzin, welche etwa einen Wert von 2,2 aufweist, kann so ein Mischverhältnis von Ethanol zu weiteren Bestandteilen des Fluids ermittelt werden. Derartige kapazitive Sensorelemente können sich insbesondere im Hinblick auf eine Zuverlässigkeit sowie eine Genauigkeit der Bestimmung des Ethanolanteils auszeichnen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Ethanolsensor ein kapazitives Sensorelement auf, welches mäanderförmig ausgebildet ist. Da ein Durchmischungsgrad von Ethanol und weiteren Bestandteilen des Fluids in der Regel nicht vollständig homogen ist, kann mithilfe des mäanderförmigen kapazitiven Sensorelements in vorteilhafter Weise ein Mittelwert bestimmt werden. Derart kann eine Genauigkeit der Ermittlung des Mischverhältnis und damit eine Genauigkeit der Ermittlung des Ethanolanteils in vorteilhafter Weise gesteigert werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das kapazitive Sensorelement zumindest teilweise an einer Außenseite des Substrates angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist das kapazitive Sensorelement dazu ausgelegt, zumindest teilweise in direktem Kontakt mit dem Fluid zu stehen. Durch die außenseitige Anordnung kann insbesondere sichergestellt sein, dass das kapazitive Sensorelement zumindest teilweise von dem Fluid umspült ist, so dass der Ethanolanteil zuverlässig ermittelt werden kann.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Füllstandsensor ein ultraschallbasiertes Sensorelement auf, und der Ethanolsensor weist ein kapazitives Sensorelement auf, wobei das ultraschallbasierte Sensorelement und das kapazitive Sensorelement auf entgegengesetzten Seiten und/oder Flächen des Substrates angeordnet sind. Derart kann das kapazitive Sensorelement zumindest teilweise in direktem Kontakt mit dem Fluid stehen, wohingegen das ultraschallbasierte, auf der anderen Seite angeordnete Sensorelement umfassend gegen Einflüsse des Fluids geschützt sein kann. Das ultraschallbasierte Sensorelement und/oder der Ethanolsensor kann fluidbeständig, insbesondere kraftstoffbeständig, ausgestaltet und/oder ausgebildet sein. Auch aus fertigungstechnischer Sicht kann eine Anordnung auf entgegengesetzten Seiten vorteilhaft sein. Entgegengesetzte Seiten bzw. Flächen des Substrates können Flächen bezeichnen, deren Flächennormalenvektoren antiparallel zueinander verlaufen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sensorelement eine Kapselungsanordnung auf, wobei die Kapselungsanordnung gemeinsam mit dem Substrat den Füllstandsensor fluiddicht umschließt. Die Kapselungsanordnung kann insbesondere einen Deckel umfassen, welcher beispielsweise mittels Löten, Kleben und/oder Schweißen fluiddicht auf dem Substrat befestigt sein kann. Gemeinsam mit dem Substrat kann der Deckel den Füllstandsensor vollständig umschließen, so dass dieser umfassend gegen das Fluid geschützt sein kann und so fluidbeständig, insbesondere kraftstoffbeständig, ausgestaltet und/oder ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Sensormodul einseitig kapazitiv, d.h. mit einem kapazitiven Sensorelement ausgestattet, und einseitig gekapselt, insbesondere vollständig gekapselt, ausgebildet und/oder ausgestaltet sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sensormodul eine auf dem Substrat angeordnete Elektronikvorrichtung zur Energieversorgung und Signalverarbeitung auf, wobei die Elektronikvorrichtung einen ASIC (Application-Specific-Integrated-Circuit), eine diskrete elektronische Schaltung und/oder einen Mikrocontroller aufweist. Die Elektronikvorrichtung kann den Ethanolsensor und/oder den Füllstandsensor mit elektrischer Energie versorgen. Die Elektronikvorrichtung kann ferner dazu ausgelegt sein, Signale des Füllstandsensors und/oder des Ethanolsensors zu verarbeiten. Der ASIC, die diskrete Schaltung und/oder der Mikrocontroller kann zur Signalverarbeitung von Signalen beider oder nur eines der Sensorelemente ausgestaltet sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Substrat Keramikmaterial auf. Mit anderen Worten kann das Substrat ein Keramiksubstrat sein. Dies kann insbesondere hinsichtlich einer Widerstandsfähigkeit, beispielsweise gegen Einflüsse des Fluids, sowie hinsichtlich einer mechanischen Belastbarkeit vorteilhaft sein.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungsmaschine. Das Fahrzeug weist einen Tank, etwa einen Kraftstofftank, und ein zumindest teilweise in dem Tank angeordnetes Sensormodul, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben, auf.
-
Merkmale und Elemente des Sensormoduls können Merkmale und Elemente des Fahrzeugs sein und umgekehrt.
-
Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Figuren erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch beschränkt wird.
-
1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Sensormodul.
-
2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Sensormodul.
-
3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Sensormodul gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
4a bis 4c zeigen jeweils schematisch eine Elektro nikvorrichtung für ein Sensormodul gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
-
5 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Sensormodul gemäße einer Ausführ ungsform der Erfindung.
-
Gleiche und/oder gleichwirkende Merkmale und Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Sensormodul 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
Das Sensormodul 10 weist ein Substrat 12 auf, welches beispielsweise aus Keramikmaterial gefertigt sein kann.
-
Auf einer ersten Seite 16 bzw. einer ersten Fläche 16 des Substrates 12 ist ein Füllstandsensor 14 zur Ermittlung eines Füllstandes eines Fluids, etwa eines Kraftstoffs, in einem Tank eines Fahrzeugs angeordnet. Der Füllstandsensor 14 kann insbesondere auf der ersten Seite 16 befestigt, etwa geklebt, gelötet und/oder geschweißt, sein.
-
Der Füllstandsensor 14 weist ein ultraschallbasiertes Sensorelement 15 auf, welches dazu ausgelegt, ein Ultraschallsignal zu generieren, sodass das Sensormodul 10 und/oder der Füllstandsensor 14 über eine Weg-Laufzeitmessung den Füllstand des Fluids in dem Tank zu ermitteln vermag.
-
Auf einer zweiten Seiten 18 bzw. einer zweiten Fläche 18 des Substrats 12 ist ein Ethanolsensor 22 zur Ermittlung eines Ethanolanteils des Fluids angeordnet. Der Ethanolsensor 18 kann insbesondere auf der zweiten Seite 22 befestigt, etwa geklebt, gelötet und/oder geschweißt, sein.
-
Der Ethanolsensor 22 weist ein kapazitives Sensorelement 17 auf und ist dazu ausgelegt, kapazitive Unterschiede von Ethanol und weiteren Bestandteilen des Fluids zu ermitteln. Beispielsweise kann das kapazitive Sensorelement 17 eine Struktur bezeichnen und/oder aufweisen, welche z.B. auf die zweite Seite 18 des Substrates 12 aufgedruckt werden kann. Die Struktur und/oder das kapazitive Sensorelement 17 kann insbesondere einen Kondensator bezeichnen und/oder aufweisen, mit Hilfe dessen kapazitive Unterschiede eines Kraftstoffs, welcher eine relative Permittivität von rund 2,2 aufweisen kann, und von Ethanol, welcher eine relative Permittivität von rund 24 aufweisen kann, ermittelt, bestimmt und/oder gemessen werden können. Daraus kann dann etwa ein Ethanolanteil in dem Fluid bzw. Kraftstoff bestimmt werden. Zur Steigerung einer Genauigkeit der Bestimmung des Mischverhältnis bzw. des Ethanolanteils kann das kapazitive Sensorelement 17 mäanderförmig ausgebildet sein. Ferner ist das kapazitive Sensorelement 17 zumindest teilweise außenseitig auf der zweiten Seite 18 des Substrates 12 angeordnet, so dass es zumindest teilweise in direktem Kontakt mit dem Fluid stehen kann.
-
Das ultraschallbasierte Sensorelement 15 des Füllstandsensors 14 und das kapazitive Sensorelement 17 des Ethanolsensors 22 sind auf den entgegengesetzten Seiten 16, 18 des Substrates 12 befestigt. Beispielsweise kann die erste Seite 16 eine Vorderseite und die zweite Seite 18 kann eine Rückseite des Substrates 12 bezeichnen. Auch weitere Elemente des Füllstandsensors 14 bzw. des Ethanolsensors 22 können auf der entsprechenden ersten Seite 16 bzw. der zweiten Seite 18 angeordnet sein. Auch kann der Füllstandsensor 14 vollständig auf der ersten Seite 16 und der Ethanolsensor 22 kann vollständig auf der zweiten Seite 18 angeordnet sein.
-
Weiter weist das Sensormodul 10 der 1 eine Elektronikvorrichtung 24 auf, welche exemplarisch auf der ersten Seite 16 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Elektronikvorrichtung 24 bzw. Komponenten der Elektronikvorrichtung 24 auf der zweiten Seite 18 angeordnet sein. Die Elektronikvorrichtung 24 ist insbesondere zur Energieversorgung des Füllstandsensors 14 und/oder des Ethanolsensors 22 ausgelegt und/oder eingerichtet. Auch ist die Elektronikvorrichtung 24 zur Verarbeitung von Signalen des Füllstandsensors 14 und/oder des Ethanolsensors 22 ausgelegt und/oder eingerichtet. Die Elektronikvorrichtung 24 kann insbesondere eine elektronische Schaltung bezeichnen und/oder aufweisen.
-
2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Sensormodul 10. Gezeigt ist eine Draufsicht auf die zweite Seite 18 des Sensormoduls. Sofern nicht anders beschrieben, weist das Sensormodul 10 der 2 dieselben Elemente und Merkmale wie das Sensormodul 10 der 1 auf.
-
Exemplarisch und symbolisch ist das kapazitive Sensorelement 17 des Ethanolsensors 22 als Kondensator dargestellt.
-
Ferner sind auf der zweiten Seite 18 des Substrats 12 Lötpads 19 zur elektrischen Kontaktierung des Sensormoduls 10 angeordnet.
-
3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Sensormodul 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Sofern nicht anders beschrieben, weist das Sensormodul 10 der 3 dieselben Elemente und Merkmale wie die Sensormodule 10 der 1 und 2 auf.
-
Das Sensormodul 10 der 3 weist eine Kapselungsanordnung 26 zur fluiddichten Umschließung des Füllstandsensors 14 auf. Die Kapselungsanordnung 26 weist einen Deckel 28 auf, welcher beispielsweise mittels einer Lötverbindung, einer Klebverbindung und/oder einer Schweißverbindung auf der ersten Seite 16 des Substrats 12 befestigt ist, sodass der Deckel 28 gemeinsam mit dem Substrat 12 den Füllstandsensor 14 vollständig und fluiddicht umschließt. Der Deckel 28 kann beispielsweise aus Aluminium, Plastik oder einem anderen geeigneten Material gefertigt sein.
-
Derart kann ein bestehendes eingekapseltes Levelmesssystem erfindungsgemäß mit einem auf Ultraschall basierenden Messsystem ersetzt werden, bei welchem das gleiche Einkapselungsprinzip verwendet werden kann. Auch kann so ein alternativer Fuel-Level-Sensor, d.h. Füllstandsensor 14, mit einem sogenannten Flex-Fuel-Sensor, d.h. einem Ethanolsensor 22, in einem bereits bewährten Modul mit neuen bisher noch nicht gekoppelten Messprinzipien im Tankbereich eingesetzt werden.
-
4a bis 4c zeigen jeweils schematisch eine Elektronikvorrichtung 24 für ein Sensormodul 10 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Gezeigt sind dabei mögliche elektronische Architekturen bzw. Ausgestaltungen.
-
Die in 4a gezeigt Elektronikvorrichtung 24 weist einen Transducer 32 zur Erzeugung eines Ultraschallsignals sowie einen Temperatursensor 34 zur Bestimmung einer Temperatur auf. Transducer 32, Temperatursensor 34 und kapazitives Sensorelement 17 sind mit einem ASIC 30 gekoppelt und/oder verbunden, welcher zur Energieversorgung und/oder zur Signalverarbeitung von Signalen des kapazitiven Sensorelements 17 eingerichtet sein kann.
-
Bei dem in 4b gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Elektronikvorrichtung 24 zusätzlich zu den in 4a gezeigten Komponenten eine diskrete elektronische Schaltung 37 mit einen Speicher 38 sowie einen Mikrokontroller 36 auf. In dem Speicher 38 können Messwerte des kapazitiven Sensorelements 17 gespeichert werden. Die diskrete elektronische Schaltung 37 kann beispielsweise eine Anregung, eine Verstärkung und/oder Filterung von Signalen übernehmen. Eine weitere Signalverarbeitung erfolgt mithilfe des Mikrocontrollers 36.
-
Alternativ zur weiteren Signalverarbeitung mittels Mikrocontroller 36, wie in 4b gezeigt, kann eine weitere Signalverarbeitung mit einem weiteren Controller bzw. Modul 40, etwa einem Fuel Delivery Controller, erfolgen, wie in 4c gezeigt.
-
5 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 50 mit einem Sensormodul 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Sofern nicht anders beschrieben, weist das Sensormodul 10 der 5 dieselben Elemente und Merkmale wie die Sensormodule 10 der voranstehend beschriebenen Figuren auf.
-
Das Kraftfahrzeug 50 weist einen Tank 52 auf, in welchem das Sensormodul 10 zumindest teilweise angeordnet ist. Insbesondere kann das Sensormodul 10 vollständig in dem Tank 52 angeordnet sein.
