DE102017215213A1

DE102017215213A1 - Apparatus and method for determining a quality of a fluid

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Publication number: DE102017215213A1
Application number: DE102017215213.3A
Authority: DE
Inventors: Wighard Jäger; Karl-Friedrich Pfeiffer; Henning Grotevent
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2018-10-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) und ein Verfahren zum Bestimmen eines Fluidlevels und einer Qualität eines sich in einem Fluidbehälter befindenden Fluids. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Fluidlevelbestimmungsvorrichtung (110) mit zumindest einem Schallwandler (112), der zum Senden und Empfangen von Schallsignalen (114) ausgebildet ist, eine Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung (120) mit zumindest zwei Elektroden (122, 124), die dazu ausgebildet sind, mit dem Fluid in direktem Kontakt zu stehen, und elektrische Eigenschaften des Fluids zu erfassen, und eine Steuereinheit (130), die mit der Fluidlevelbestimmungsvorrichtung (110) und der Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung (120) elektrisch verbunden und dazu ausgebildet ist, aus den Signalen der Fluidlevelbestimmungsvorrichtung (110) das Fuidlevel und aus den von der Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung (120) erfassten elektrischen Eigenschaften des Fluids die Qualität des Fluids zu bestimmen.

The present invention relates to a device (100) and a method for determining a fluid level and a quality of a fluid in a fluid container. The device according to the invention comprises a fluid level determination device (110) with at least one sound transducer (112), which is designed for transmitting and receiving sound signals (114), a fluid quality determination device (120) with at least two electrodes (122, 124), which are designed to be in direct contact with the fluid and to detect electrical properties of the fluid; and a control unit (130) electrically connected to the fluid level determining device (110) and the fluid quality determining device (120) and adapted to receive signals from the fluid level determining device (130). 110) determine the fluid level and from the electrical properties of the fluid detected by the fluid quality determination device (120), the quality of the fluid.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Qualität eines Fluids, insbesondere von deionisiertem oder demineralisiertem Wasser zur Einspritzung in eine Brennkraftmaschine.The present invention relates to an apparatus and a method for determining a quality of a fluid, in particular deionized or demineralized water for injection into an internal combustion engine.

Ultraschallsensoren werden beispielsweise zum Erfassen des Füllstands eines Öls innerhalb einer Ölwanne einer Brennkraftmaschine verwendet. Dabei werden zur Erfassung des Füllstands vom Ultraschallsensor Ultraschallwellen ausgegeben und auf Grundlage der an der Öloberfläche reflektierten Schallwellen und deren Laufzeit der Füllstand ermittelt. Hierzu weist ein Ultraschallsensor einen Ultraschallsender und -empfänger auf.Ultrasonic sensors are used for example for detecting the level of an oil within an oil pan of an internal combustion engine. In this case, ultrasound waves are output by the ultrasonic sensor for detecting the fill level and the fill level is determined on the basis of the sound waves reflected on the oil surface and their transit time. For this purpose, an ultrasonic sensor to an ultrasonic transmitter and receiver.

Die Elektronik des Ultraschallwandlers, die beispielsweise ein Piezo-Element und einen integrierten Schaltkreis, beispielsweise einen ASIC, umfasst, wird nach dem elektrischen Verbinden üblicherweise in einem hohlen Gehäuse angeordnet und dort ortsfest fixiert, beispielsweise mittels eines Klebers. In alternativen Ausgestaltungen ist es bekannt, dass diese Elektronik mittels einer geeigneten Einrichtung anderweitig ortsfest innerhalb des Gehäuses platziert wird, beispielsweise durch Klipsen.The electronics of the ultrasonic transducer, which comprises, for example, a piezoelectric element and an integrated circuit, for example an ASIC, is usually arranged in a hollow housing after electrical connection and fixed there in a stationary manner, for example by means of an adhesive. In alternative embodiments, it is known that this electronic device is otherwise placed in a stationary manner within the housing by means of a suitable device, for example by clipping.

Zudem ist aus der DE 10 2012 014 307 A1 ein Verfahren und eine Sensorvorrichtung zur Erfassung eines Flüssigkeitsstands für ein Fahrzeug bekannt. Die darin offenbarte Sensoreinrichtung umfasst einen Flüssigkeitsstandsensor und einen Lagesensor. Der Flüssigkeitsstandsensor und der Lagesensor sind derart in der Sensoreinrichtung angeordnet, dass der Flüssigkeitsstandsensor und der Lagesensor eine definierte räumliche Beziehung aufweisen, sodass eine von dem Lagesensor erfasste Lage auch die Lage des Flüssigkeitsstandsensors bestimmt. Die Sensoreinrichtung ist ausgestaltet, um bei dem Erfassen des Flüssigkeitsstands die räumliche Beziehung zu berücksichtigen.Moreover, from the DE 10 2012 014 307 A1 a method and a sensor device for detecting a liquid level for a vehicle known. The sensor device disclosed therein comprises a liquid level sensor and a position sensor. The liquid level sensor and the position sensor are arranged in the sensor device such that the liquid level sensor and the position sensor have a defined spatial relationship, so that a position detected by the position sensor also determines the position of the liquid level sensor. The sensor device is designed to take into account the spatial relationship when detecting the liquid level.

Ultraschallsensoren können außerdem dazu verwendet werden, den Zustand oder die Qualität von anderen Fluiden, wie beispielsweise einer Harnstofflösung, zu ermitteln. Hierzu kann es vorteilhaft sein, dass mittels eines Temperaturfühlers die Temperatur des Fluids erfasst werden kann, die mit der mit Hilfe einer bereitgestellten Referenzstrecke ermittelten Schallgeschwindigkeit in Zusammenhang gebracht wird. Hieraus können Rückschlüsse auf den Zustand oder die Qualität des Fluids gezogen werden.Ultrasonic sensors can also be used to determine the condition or quality of other fluids, such as a urea solution. For this purpose, it may be advantageous that by means of a temperature sensor, the temperature of the fluid can be detected, which is associated with the speed of sound determined using a provided reference distance. From this, conclusions can be drawn about the condition or the quality of the fluid.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die einen Fluidlevel und eine Qualität eines sich in einem Fluidbehälter befindenden Fluids auf einfache, zuverlässige und genaue Weise bestimmen können.It is an object of the present invention to provide an apparatus and method that can determine a fluid level and quality of a fluid in a fluid container in a simple, reliable and accurate manner.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß unabhängigen Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß unabhängigen Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with a device according to independent claim 1 and a method according to independent claim 7. Preferred embodiments are specified in the subclaims.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zu Grunde, bei einer Vorrichtung, insbesondere einem auf Ultraschallwellentechnik basierenden Fluidlevelsensor, zusätzlich elektrisch ansteuerbare Elektroden vorzusehen, die mit dem Fluid in direkten Kontakt stehen und dazu ausgebildet sind, die elektrischen Eigenschaften des Fluids zu erfassen. Dies kann insbesondere dann bevorzugt sein, wenn es sich bei dem Fluid um deionisiertes oder demineralisiertes Wasser zur Einspritzung in eine Brennkraftmaschine handelt. Dabei kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielhaft bestimmt werden, ob das Wasser die im Hinblick auf seine Verwendung wünschenswerte oder notwendige Reinheit aufweist. Somit kann beispielsweise überwacht werden, ob der Vorratsbehälter bei einer Betankung mit dem korrekten Fluid betankt wird und ob dieses Fluid die vorbestimmte und gewünschte Qualität aufweist oder z. B. mit Salzen verunreinigt ist.Essentially, the present invention is based on the idea of additionally providing electrically controllable electrodes in a device, in particular a fluid level sensor based on ultrasonic wave technology, which are in direct contact with the fluid and are designed to detect the electrical properties of the fluid. This may be preferred in particular when the fluid is deionized or demineralized water for injection into an internal combustion engine. In this case, it can be determined by way of example by means of the device according to the invention and the method according to the invention whether the water has the purity which is desirable or necessary with regard to its use. Thus, it can be monitored, for example, whether the reservoir is refueled at a refueling with the correct fluid and whether this fluid has the predetermined and desired quality or z. B. is contaminated with salts.

Das in die Brennkraftmaschine eingespritzte Wasser kann dazu dienen, die Temperatur des Luft/Kraftstoffgemischs zumindest teilweise zu reduzieren und/oder die Dichte des Gemischs im Verbrennungszylinder zu erhöhen. Hierzu kann das deoionisierte oder demineralisierte Wasser in den Ansaugtrakt oder direkt in die Verbrennungszylinder eingespritzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Wasser mit dem Kraftstoff vor der Einspritzung vermischt werden.The injected into the internal combustion engine water may serve to at least partially reduce the temperature of the air / fuel mixture and / or to increase the density of the mixture in the combustion cylinder. For this purpose, the deionized or demineralized water can be injected into the intake tract or directly into the combustion cylinder. Alternatively or additionally, the water may be mixed with the fuel prior to injection.

Folglich ist eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Fluidlevels und einer Qualität eines sich in einem Fluidbehälter befindenden Fluids offenbart, die eine Fluidlevelbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des Fluidlevels mit zumindest einem Schallwandler, der zum Senden und Empfangen von Schallsignalen ausgebildet ist, eine Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der Qualität des Fluids mit zumindest zwei Elektroden, die dazu ausgebildet sind, mit dem Fluid in direktem Kontakt zu stehen und elektrische Eigenschaften des Fluids zu erfassen, und eine Steuereinheit aufweist, die mit der Fluidlevelbestimmungsvorrichtung und der Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung elektrisch verbunden und dazu ausgebildet ist, aus den Signalen der Fluidlevelbestimmungsvorrichtung das Fluidlevel und aus den von der Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung erfassten elektrischen Eigenschaften die Qualität des Fluids zu bestimmen.Thus, there is disclosed an apparatus for determining a fluid level and a quality of a fluid in a fluid container comprising a fluid level determining device for determining the fluid level with at least one sound transducer configured to transmit and receive sound signals, a fluid quality determining device for determining the quality of the fluid at least two electrodes adapted to be in direct contact with the fluid and to detect electrical properties of the fluid, and a control unit electrically connected to the fluid level determining device and the fluid quality determining device and configured to sense the signals from the fluid level determining device the fluid level and from the electrical properties detected by the fluid quality determining device to determine the quality of the fluid.

Somit kann durch Erweiterung einer bestehenden Fluidlevelbestimmungsvorrichtung um die zumindest zwei Elektroden eine einfache Vorrichtung geschaffen werden, mit der neben der Bestimmung des Fluidlevels auch die Qualität des Fluids auf kostengünstige, einfache und genaue Weise bestimmt werden kann. Thus, by expanding an existing fluid leveling device around the at least two electrodes, a simple device can be created with which, in addition to the determination of the fluid level, the quality of the fluid can also be determined in a cost-effective, simple and accurate manner.

Vorzugsweise handelt es sich bei den von den zumindest zwei Elektroden gemessenen elektrischen Eigenschaften um die elektrische Leitfähigkeit des Fluids oder die Dielektrizitätszahl des Fluids.Preferably, the electrical properties measured by the at least two electrodes are the electrical conductivity of the fluid or the dielectric constant of the fluid.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung ferner einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand zum Erfassen der Temperatur des Fluids auf, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, die Qualität des Fluids zumindest teilweise basierend auf der erfassten Temperatur des Fluids zu bestimmen.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, the fluid quality determination device further comprises a temperature-dependent electrical resistance for detecting the temperature of the fluid, wherein the control unit is further adapted to determine the quality of the fluid based at least partially on the detected temperature of the fluid.

Dabei kann es bevorzugt sein, dass die Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung ferner eine Auswahlvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, wahlweise entweder die zumindest zwei Elektroden oder den temperaturabhängigen elektrischen Widerstand mit der Steuereinheit elektrisch zu verbinden. Vorzugsweise ist die Auswahlvorrichtung in der Form von elektrischen Schaltvorrichtungen vorgesehen, die derart geschaltet werden können, dass in einer ersten Schaltposition nur die zumindest zwei Elektroden mit der Steuereinheit elektrisch verbunden sind und in einer zweiten Schaltposition nur der temperaturabhängige elektrische Widerstand mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist. Folglich ist es durch die Auswahlvorrichtung gewährleistet, dass es nicht zu einem Zustand kommen kann, bei dem sowohl die zumindest zwei Elektroden als auch der temperaturabhängige elektrische Widerstand mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist. Beispielsweise ist der temperaturabhängige elektrische Widerstand in der Form eines PTC- oder NTC-Elements vorgesehen.In this case, it may be preferred that the fluid quality determination device further comprises a selection device that is designed to electrically connect either the at least two electrodes or the temperature-dependent electrical resistance to the control unit. Preferably, the selection device is provided in the form of electrical switching devices that can be switched such that in a first switching position only the at least two electrodes are electrically connected to the control unit and in a second switching position only the temperature-dependent electrical resistance is electrically connected to the control unit , Consequently, it is ensured by the selection device that it can not come to a state in which both the at least two electrodes and the temperature-dependent electrical resistance is electrically connected to the control unit. For example, the temperature-dependent electrical resistance in the form of a PTC or NTC element is provided.

Es ist vorteilhaft, wenn die zwei Elektroden unter einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind und zwischen sich eine Messstrecke festlegen, in die das Fluid eindringen kann.It is advantageous if the two electrodes are arranged at a predetermined distance from one another and define between them a measuring path into which the fluid can penetrate.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Qualität eines sich in einem Fluidbehälter befindenden Fluids offenbart, wobei das Verfahren ein Erfassen von zumindest einer elektrischen Eigenschaft des Fluids und ein Bestimmen der Qualität des Fluids zumindest teilweise basierend auf der zumindest einen erfassten elektrischen Eigenschaft des Fluids aufweist.According to another aspect of the present invention, there is disclosed a method of determining a quality of a fluid in a fluid container, the method comprising detecting at least one electrical property of the fluid and determining the quality of the fluid based at least in part on the at least one having electrical property of the fluid.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine elektrische Eigenschaft mittels zumindest zwei Elektroden erfasst wird, die mit dem Fluid in direkten Kontakt stehen.In particular, it is advantageous if the at least one electrical property is detected by means of at least two electrodes which are in direct contact with the fluid.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Erfassen der Temperatur des Fluids auf, wobei das Bestimmen der Qualität des Fluids zumindest teilweise auf der erfassten Temperatur des Fluids basiert. Beispielsweise kann die Temperatur des Fluids mittels eines temperaturabhängigen elektrischen Widerstands erfasst werden.In a further preferred embodiment, the method according to the invention further comprises detecting the temperature of the fluid, wherein the determination of the quality of the fluid is based at least in part on the detected temperature of the fluid. For example, the temperature of the fluid can be detected by means of a temperature-dependent electrical resistance.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Fluid deionisiertes oder demineralisiertes Wasser zur Einspritzung in eine Brennkraftmaschine, wobei das Bestimmen der Qualität des Wassers ein Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit als Maß für die Verunreinigung des Wassers, beispielsweise mit Salzen, umfasst.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the fluid is deionized or demineralized water for injection into an internal combustion engine, wherein determining the quality of the water comprises determining the electrical conductivity as a measure of the contamination of the water, for example with salts.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Temperatur und/oder die Schallgeschwindigkeit des Fluids erfasst werden, wobei zur Bestimmung der Qualität des Fluids neben der erfassten elektrischen Eigenschaft des Fluids die Temperatur und/oder die Schallgeschwindigkeit berücksichtigt werden.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the temperature and / or the speed of sound of the fluid can be detected, wherein the temperature and / or the speed of sound are taken into account in addition to the detected electrical property of the fluid for determining the quality of the fluid.

Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Fluidlevels und einer Qualität eines sich in einem Fluidbehälter befindenden Fluids zeigt,
2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Fluidlevels eines sich in einem Fluidbehälter befindenden Fluids zeigt,
3 eine Draufsicht auf die zwei Elektroden der Vorrichtung der 2 zeigt, und
4 eine Schnittansicht durch einen Bereich der Vorrichtung der 2 zeigt,
5 eine Schnittansicht durch einen Bereich einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Other objects and features of the present invention will become apparent to those skilled in the art by exercising the present teachings and considering the accompanying drawings, in which:

1 FIG. 2 shows a schematic block diagram of a device according to the invention for determining a fluid level and a quality of a fluid located in a fluid container, FIG.
2 FIG. 3 shows a perspective view of a device according to the invention for determining a fluid level of a fluid in a fluid container, FIG.
3 a plan view of the two electrodes of the device of 2 shows, and
4 a sectional view through an area of the device of 2 shows,
5 a sectional view through an area of an alternative embodiment of the device according to the invention shows.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht in allen dargestellten Figuren sämtliche Elemente mit Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are identified across the figures with the same reference numerals. For reasons of clarity, all elements may not be marked with reference numerals in all figures shown.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff „Fluidqualität“ einen ein Fluid charakterisierenden Parameter. Beispielsweise kann die Schallgeschwindikeit des Fluids, die chemische Zusammensetzung des Fluids und die elektrischen Eigenschaften des Fluids als Parameter aufgefasst werden, die die Fluidqualität charakterisieren. In the context of the present disclosure, the term "fluid quality" describes a fluid characterizing parameter. For example, the sound velocity of the fluid, the chemical composition of the fluid, and the electrical properties of the fluid can be considered as parameters that characterize fluid quality.

Ferner beschreibt im Rahmen der vorliegenden Offenbarung der Begriff „elektrische Fluideigenschaft“ einen elektrischen Parameter des Fluids, mittels dem die Fluidqualität bestimmt werden kann. Beispielsweise ist die elektrische Leitfähigkeit des Fluids als „elektrische Fluideigenschaft“ zu verstehen.Furthermore, in the context of the present disclosure, the term "electrical fluid property" describes an electrical parameter of the fluid by means of which the fluid quality can be determined. For example, the electrical conductivity of the fluid is to be understood as an "electrical fluid property".

Die 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Fluidlevels und einer Qualität eines sich in einem Fluidbehälter (nicht explizit dargestellt) befindenden Fluids. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Fluidlevelbestimmungsvorrichtung 110 mit zumindest einem Schallwandler 112, der zum Senden und Empfangen von Schallsignalen 114 ausgebildet ist. Die vom Schallwandler 112 ausgesandten Schallsignale 114 sind insbesondere Ultraschallwellen, die dazu ausgebildet sind, an einer Oberfläche des Fluids reflektiert zu werden, um wiederum dann vom Schallwandler 112 empfangen zu werden. Alternativ können zum Aussenden und Empfangen separate Schallwandler 112 vorgesehen werden. Aus der Laufzeitmessung der Schallsignale 114 des Schallwandlers 112 kann der Fluidlevel bestimmt werden.The 1 shows a schematic block diagram of an inventive device for determining a fluid level and a quality of a in a fluid container (not explicitly shown) located fluid. The device 100 includes a fluid level determining device 110 with at least one sound transducer 112 which is used to send and receive sound signals 114 is trained. The from the sound transducer 112 emitted sound signals 114 In particular, ultrasound waves that are designed to be reflected on a surface of the fluid, in turn, then from the transducer 112 to be received. Alternatively, separate transducers can be used to send and receive 112 be provided. From the transit time measurement of the sound signals 114 of the sound transducer 112 the fluid level can be determined.

Die Vorrichtung weist ferner eine Steuereinheit 130 auf, die über eine elektrische Verbindungsleitung 132 mit dem Schallwandler 112 verbunden und dazu ausgebildet ist, aus der Laufzeitmessung der Schallsignale 114 den Fluidlevel des Fluids zu bestimmen.The device further comprises a control unit 130 on that over an electrical connection line 132 with the sound transducer 112 connected and adapted to, from the transit time measurement of the sound signals 114 to determine the fluid level of the fluid.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 weist ferner eine Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung 120 auf, die zumindest zwei Elektroden 122, 124 und einen temperaturabhängigen Widerstand 126 aufweist, die jeweils wahlweise über eine Auswahlvorrichtung, die zwei Schaltvorrichtungen 128, 129 umfasst, mit der Steuereinheit 130 elektrisch verbunden werden können. Hierfür sind elektrische Verbindungsleitungen 134 vorgesehen.The device according to the invention 100 further includes a fluid quality determination device 120 on, the at least two electrodes 122 . 124 and a temperature dependent resistor 126 each optionally via a selection device, the two switching devices 128 . 129 includes, with the control unit 130 can be electrically connected. For this purpose, electrical connection cables 134 intended.

Die zumindest zwei Elektroden 122, 124 sind derart angeordnet, dass diese in direkten Kontakt mit den Fluid stehen können und voneinander unter einem vorbestimmten Abstand derart beabstandet sind, dass diese dazwischen eine Messstrecke 123 definieren. Beispielsweise bilden die beiden Elektroden 122, 124 einen Kondensator, wobei das sich dazwischen befindliches Fluid als Dielektrikum wirkt und folglich unter Kenntnis des Abstands der beiden Elektroden 122, 124 zueinander die Dielektrizitätszahl des Fluids bestimmbar ist. Mit dieser Anordnung kann auch die elektrische Leitfähigkeit des Fluids bestimmt werden. Beide elektrischen Eigenschaften korrelieren jeweils mit der Qualität des Fluids. Beispielweise sind die Elektroden 122, 124 unter einem Abstand zwischen ungefähr 2 mm und ungefähr 10 mm voneinander beabstandet und können mit einer Spannung von ungefähr 5 V beaufschlagt werden.The at least two electrodes 122 . 124 are arranged so that they can be in direct contact with the fluid and are spaced from each other at a predetermined distance such that a measuring distance between them 123 define. For example, the two electrodes form 122 . 124 a capacitor, wherein the intervening fluid acts as a dielectric and thus with knowledge of the distance between the two electrodes 122 . 124 to each other, the dielectric constant of the fluid can be determined. With this arrangement, the electrical conductivity of the fluid can be determined. Both electrical properties correlate with the quality of the fluid. For example, the electrodes 122 . 124 spaced apart by a distance of between about 2 mm and about 10 mm, and can be subjected to a voltage of about 5V.

Der temperaturabhängige elektrische Widerstand 126 ist dazu ausgebildet, die Temperatur des Fluids zu ermitteln. Die durch den temperaturabhängigen elektrischen Widerstand 126, der beispielsweise ein NTC oder PTC sein kann, ermittelte Fluidtemperatur kann für die Bestimmung der Qualität des Fluids herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die mittels des temperaturabhängigen elektrischen Widerstands 126 erfasste Temperatur bei der Ermittlung oder Auswertung der Schallgeschwindigkeit des Fluids berücksichtigt werden. Hierzu weist die Fluidlevelbestimmungsvorrichtung eine Referenzstrecke mit zumindest einem Referenzreflektor auf, die eine bekannte Laufstrecke für die Ultraschallsignale 114 bereitstellt, woraus die auch für die Fluidlevelbestimmung benötigte Schallgeschwindigkeit ermittelt werden kann.The temperature-dependent electrical resistance 126 is designed to determine the temperature of the fluid. The temperature-dependent electrical resistance 126 , which may be an NTC or PTC, for example, determined fluid temperature can be used to determine the quality of the fluid. Alternatively or additionally, the means of the temperature-dependent electrical resistance 126 detected temperature in the determination or evaluation of the speed of sound of the fluid are taken into account. For this purpose, the fluid level determination device has a reference path with at least one reference reflector, which has a known travel path for the ultrasound signals 114 provides, from which the speed of sound required for fluid level determination can be determined.

Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 weist ein Gehäuseunterteil 102 und ein Gehäuseoberteil 104 auf, die miteinander mittels Schrauben 140 (siehe 4 und 5) verbunden sind. Die Vorrichtung 100 ist dazu ausgebildet, von unten in eine Öffnung im Fluidbehälter (nicht dargestellt) derart eingesetzt zu werden, dass im Wesentlichen das gesamte Gehäuseoberteil 104 im Fluidbehälter angeordnet ist und folglich in direkten Kontakt mit dem Fluid steht. Die Schallsignale 114 werden in bekannter Weise an zwei Reflektoren 115, 116 in Richtung der Fluidoberfläche zweifach umgelenkt. Wie in der 2 gezeigt ist der Reflektor 117 mit einem Beruhigungsrohr 118 gekoppelt, das dazu ausgebildet ist, das sich darin befindliche Fluid zumindest teilweise zu beruhigen, so dass eine zuverlässige Ermittlung des Fluidlevels ermöglicht ist. Der Referenzreflektor 117 ist dazu vorgesehen und ausgebildet, auch bei starker Fahrzeugneigung ein Echosignal zu liefern, wenn der Füllstand größer oder gleich der Länge des Beruhigungsrohrs 118 ist.The 2 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a device according to the invention 100 , The device 100 has a lower housing part 102 and an upper housing part 104 on, with each other by means of screws 140 (please refer 4 and 5 ) are connected. The device 100 is adapted to be inserted from below into an opening in the fluid container (not shown) such that substantially the entire upper housing part 104 is disposed in the fluid container and thus is in direct contact with the fluid. The sound signals 114 be in a known manner to two reflectors 115 . 116 deflected twice in the direction of the fluid surface. Like in the 2 shown is the reflector 117 with a calming tube 118 coupled, which is adapted to at least partially calm the fluid therein, so that a reliable determination of the fluid level is made possible. The reference reflector 117 is intended and designed to deliver an echo signal even with strong vehicle inclination, if the level is greater than or equal to the length of the calming tube 118 is.

Die Fluidlevelbestimmungsvorrichtung 110 weist, wie bereits erwähnt, zumindest einen Referenzreflektor 119 an bekannter Position auf, der zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit des Fluids in bekannter Weise dient.The fluid level determining device 110 has, as already mentioned, at least one reference reflector 119 at a known position, which serves to determine the speed of sound of the fluid in a known manner.

Erfindungsgemäß ist nun die Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung 120 vorgesehen, die zumindest zwei außerhalb des Schallsignalpfads angeordnete Elektroden 122, 124 aufweist, die dazu ausgebildet sind, zumindest eine elektrische Eigenschaft des Fluids zu bestimmen, woraus dann von der Steuereinheit 130 eine Qualität des Fluids ermittelt werden kann. Die beiden Elektroden 122, 124 sind dazu ausgebildet, derart angeordnet zu werden, dass diese in direktem Kontakt mit dem Fluid stehen.According to the invention, the fluid quality determination device is now 120 provided that at least two outside the sound signal path arranged electrodes 122 . 124 which are adapted to determine at least one electrical property of the fluid, and then from the control unit 130 a quality of the fluid can be determined. The two electrodes 122 . 124 are adapted to be arranged so that they are in direct contact with the fluid.

Unter zusätzlichen Verweis auf die 3 ist dargestellt, dass die zumindest zwei Elektroden 122, 124 von zwei Isolationselementen 121, 123, die beispielsweise aus Kunststoff gebildet sind, unter einem vorbestimmten Abstand zueinander gehalten werden. Die Anbindung der zumindest zwei Elektroden 122, 124 am Gehäuseoberteil 104 kann, wie in den 2, 3 und 4 gezeigt, derart erfolgen, dass bereits bestehende, im Wesentlichen als zylindrische Vorsprünge ausgebildete Schraubdome 103, 105 als Befestigungspunkt für die zumindest zwei Elektroden 122, 124 dienen. Wie der 3 zu entnehmen ist, weisen die beiden Elektroden 122, 124 jeweils Aufnahmeöffnungen 125, 126 auf, die dazu ausgebildet sind, jeweils eine elektrisch leitende Gewindehülse 127 aufzunehmen (siehe 4).With additional reference to the 3 is shown that the at least two electrodes 122 . 124 of two insulation elements 121 . 123 , which are formed for example of plastic, are held at a predetermined distance from each other. The connection of the at least two electrodes 122 . 124 on the upper part of the housing 104 can, as in the 2 . 3 and 4 shown, carried out in such a way that already existing, designed essentially as a cylindrical projections Schraubdome 103 . 105 as attachment point for the at least two electrodes 122 . 124 serve. Again 3 can be seen, the two electrodes 122 . 124 respectively receiving openings 125 . 126 on, which are each designed to have an electrically conductive threaded sleeve 127 to record (see 4 ).

Die 4 zeigt eine Schnittansicht durch den Schraubdom 103, mit dem die Elektrode 122 mittels einer elektrisch leitenden Gewindehülse 127 und mittels einer Schraube 140 gekoppelt ist. Bekannt ist es, das Gehäuseunterteil 102 mit dem Gehäuseoberteil 104 mittels zumindest einer Schraube 140 zu verbinden, wobei die Schraubdome im Stand der Technik lediglich eine gewindefreie Sackloch-Bohrung aufweisen, in die die selbstschneidende Schraube 140 zur Verbindung der beiden Gehäuseteile 102, 104 eingeschraubt werden.The 4 shows a sectional view through the screw dome 103 with which the electrode 122 by means of an electrically conductive threaded sleeve 127 and by means of a screw 140 is coupled. It is known, the lower housing part 102 with the upper housing part 104 by means of at least one screw 140 in the prior art, the screw domes only have a threadless blind hole bore into which the self-tapping screw 140 for connecting the two housing parts 102 . 104 be screwed.

Erfindungsgemäß werden können die bereits vorhandenen Schraubdome 103, 105 derart modifiziert werden, dass die Bohrungen nun durchgängig sind, wobei die Gewindehülse 127 ein Innengewinde aufweist, in das die Schraube 140 zur festen Verbindung der Gehäuseteile 102, 104 geschraubt werden kann. Zur sicheren Abdichtung des Gehäuseinneren kann eine Dichtung 150 vorgesehen werden. Die Schraube 140, die dazu ausgebildet ist, elektrisch leitfähig zu sein, ist dann mittels der elektrischen Verbindungsleitung 134 mit der Steuereinheit 130 elektrisch verbunden.According to the invention can be the existing screw domes 103 . 105 be modified so that the holes are now continuous, the threaded sleeve 127 has an internal thread into which the screw 140 for firm connection of the housing parts 102 . 104 can be screwed. For secure sealing of the housing interior, a seal 150 be provided. The screw 140 , which is adapted to be electrically conductive, is then by means of the electrical connection line 134 with the control unit 130 electrically connected.

Folglich kann zwischen der Elektrode 122 und der Steuereinheit 130 über die elektrisch leitende Gewindehülse 127, der elektrisch leitenden Schraube 140 und der elektrisch leitenden Verbindungleitung 134 eine elektrische Verbindung zur Ansteuerung der Elektrode 122 hergestellt werden. In gleicher Weise erfolgt die elektrische Anbindung der Elektrode 124 am Schraubdom 105 mit einer entsprechend vorgesehenen Schraube 140 und einer entsprechend vorgesehenen Gewindehülse 127.Consequently, between the electrode 122 and the control unit 130 over the electrically conductive threaded sleeve 127 , the electrically conductive screw 140 and the electrically conductive connection line 134 an electrical connection for driving the electrode 122 getting produced. The electrical connection of the electrode takes place in the same way 124 at the screw dome 105 with a correspondingly provided screw 140 and a correspondingly provided threaded sleeve 127 ,

Durch die in den 2, 3 und 4 gezeigten zwei Elektroden 122, 124, die beispielsweise als Stabelektroden ausgebildet sein können, kann eine Fluidqualitätsbestimmungsvorrichtung 120 in einfacher Weise bereitgestellt werden, wobei die zumindest zwei Elektroden 122, 124 dazu ausgebildet sind, mit dem Fluid in direktem Kontakt zu stehen. Alternativ zur Anbindung der Elektroden 122, 124 über die bereits vorhandenen Schraubdome 103, 105 kann jegliches weitere Funktionselement verwendet werden, das neben seiner vorbestimmten Hauptfunktion dazu ausgebildet ist, eine elektrische Anbindung an die Elektroden 122, 124 bereitzustellen.By in the 2 . 3 and 4 shown two electrodes 122 . 124 , which may be formed, for example, as a stick electrode, may be a fluid quality determining device 120 be provided in a simple manner, wherein the at least two electrodes 122 . 124 are adapted to be in direct contact with the fluid. Alternatively to the connection of the electrodes 122 . 124 over the existing screw domes 103 . 105 Any other functional element can be used which, in addition to its predetermined main function, is designed to provide electrical connection to the electrodes 122 . 124 provide.

Die 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Elektroden 122, 124. Wie der 5 entnommen werden kann, ist die Elektrode 122 nach dem Verbinden mit dem Schraubdom 103 gemäß der bereits in der 4 gezeigte Kopplungsmöglichkeit um den zugeordneten Schraubdom 103 herum angeformt. Beispielsweise kann die Elektrode aus einem geeigneten Blech in eine zum Schraubdom 103, 105 passende Form tiefgezogen werden oder auch einstückig mit der Gewindehülse hergestellt werden, beispielsweise durch ein spanendes Verfahren. Beispielweise sind die Elektroden 122, 124 der 5 unter einem Abstand zwischen ungefähr 15 mm und ungefähr 30 mm voneinander beabstandet und können mit einer Spannung von ungefähr 5 V beaufschlagt werden.The 5 shows an alternative embodiment of the electrodes 122 . 124 , Again 5 can be taken, is the electrode 122 after connecting with the screw dome 103 according to the already in the 4 shown coupling possibility to the associated Schraubdom 103 formed around. For example, the electrode can be made of a suitable sheet metal into a screw dome 103 . 105 suitable shape to be deep-drawn or produced in one piece with the threaded sleeve, for example by a cutting process. For example, the electrodes 122 . 124 of the 5 spaced apart by a distance of between about 15 mm and about 30 mm and may be subjected to a voltage of about 5V.

Die Ausgestaltung der Elektrode 122 der 5 weist gegenüber der Ausgestaltung der Elektrode 122 der 4 den Vorteil auf, dass diese im Hinblick auf mechanische Stabilität deutlich robuster ist und somit der vorbestimmte Abstand zwischen den Elektroden 122, 124 noch zuverlässiger auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann. Zudem ist die Gefahr einer Beschädigung der Elektrode der 5 durch Einfrieren des Fluids oder durch im Fluid schwimmende Eisstücke wesentlich geringer. Auch der Fertigungsaufwand kann geringer sein, da die Isolationselemente 121, 123 entfallen.The configuration of the electrode 122 of the 5 points towards the configuration of the electrode 122 of the 4 the advantage that this is much more robust in terms of mechanical stability and thus the predetermined distance between the electrodes 122 . 124 even more reliable can be set to a predetermined value. In addition, the risk of damaging the electrode is the 5 by freezing the fluid or floating in the fluid pieces of ice much lower. Also, the production cost can be lower, since the insulation elements 121 . 123 omitted.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012014307 A1 [0004]

Claims

Apparatus (100) for determining a fluid level and quality of a fluid in a fluid container, comprising: a fluid level determining device (110) for determining the fluid level with at least one sound transducer (112), which is designed for transmitting and receiving sound signals (114), a fluid quality determination device (120) for determining the quality of the fluid having at least two electrodes (122, 124) adapted to be in direct contact with the fluid and to detect electrical properties of the fluid, and a control unit (130) electrically connected to the fluid level determining device (110) and the fluid quality determining device (120) and adapted to derive the Fuidlevel from the signals of the Fluidlevelbestimmungsvorrichtung (110) and from the detected by the fluid quality determining device (120) electrical properties Fluids to determine the quality of the fluid.

Device (100) according to Claim 1 wherein the sensed electrical properties include the electrical conductivity of the fluid, the dielectric constant of the fluid, or combinations thereof.

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the fluid quality determination device (120) further comprises a temperature dependent electrical resistance (126) for detecting the temperature of the fluid, wherein the control unit (130) is further configured to determine the quality of the fluid at least partially based on the sensed temperature of the fluid.

Device (100) according to Claim 3 wherein the fluid quality determination device (120) further comprises a selection device (128, 129) configured to electrically connect either the at least two electrodes (122, 124) or the temperature dependent electrical resistance (126) to the control unit (130) ,

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the electrodes (122, 124) are spaced apart at a predetermined distance such that they define therebetween a measuring path (123) into which the fluid can penetrate.

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the fluid is deionized or demineralized water, which is designed for injection into an internal combustion engine.

A method of determining a quality of a fluid in a fluid container, the method comprising: - Detecting at least one electrical property of the fluid, and Determining the quality of the fluid based at least in part on the at least one detected electrical property of the fluid.

Method according to Claim 7 wherein the at least one electrical characteristic is detected by at least two electrodes (122, 124) adapted to be in direct contact with the fluid.

Method according to one of Claims 7 and 8th , further comprising: - detecting the temperature of the fluid, wherein determining the quality of the fluid is based at least in part on the sensed temperature of the fluid.

Method according to one of Claims 7 to 9 wherein the fluid is deionized or demineralized water adapted for injection into an internal combustion engine, wherein determining the quality of the water comprises determining the purity of the water.