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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystem und ein Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmessverfahren in einem Flüssigkeitstank zur Kraftstofffüllstandmessung in einem Kraftstofftank.
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Heutzutage wird in den meisten Fahrzeugen den Fahrzeuginsassen z.B. über Anzeigevorrichtungen ein aktueller Flüssigkeitsfüllstand in einem Flüssigkeitstank, insbesondere ein aktueller Kraftstofffüllstand in einem Kraftstofftank mitgeteilt. In üblichen Kraftstofffüllstandmesssystemen wird der Kraftstofftankinhalt mit einem Hebelgeber gemessen. Durch eine Veränderung des Kraftstofftankinhalts bewegt sich ein schwenkbarer Auftriebskörper, der fest mit einem Winkelgeber verbunden ist, im Wesentlichen in einer Halbkreisbahn in vertikaler Richtung. Die Schwenkbewegung des Auftriebskörpers führt zu einer Veränderung der Position des Winkelgebers, welche elektronisch ausgewertet und einem bestimmten Kraftstofftankinhalt zugeordnet werden kann.
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Allerdings setzen die üblichen Ausführungsformen der Hebelgeber eine Kraftstofftankform voraus, die nur eine Kreissegmentbahn des Auftriebskörpers erlaubt. Somit kann das Kraftstofftankvolumen nicht optimiert werden und für jede Kraftstofftankform ist eine bestimmte Ausführungsvariante des Hebelgebers notwendig.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, die oben beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zu beheben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystem in einem Flüssigkeitstank mit einem ersten Drucksensor, der in einem, eine tiefste Stelle des Flüssigkeitstanks aufweisenden Bodenbereich des Flüssigkeitstanks angeordnet ist, einem zweiten Drucksensor, der in einem, eine höchste Stelle des Flüssigkeitstanks aufweisenden oberen Wandbereich des Flüssigkeitstanks angeordnet ist, und einer mit den Drucksensoren gekoppelten Auswerteeinheit zur Bestimmung des Flüssigkeitsfüllstands auf Basis der von den Drucksensoren ermittelten Werte gelöst. Alternativ kann anstelle des ersten und zweiten Drucksensors auch ein Differenzdrucksensor verwendet werden, der durch Kanäle einerseits mit einem, eine tiefste Stelle des Flüssigkeitstanks aufweisenden Bodenbereich des Flüssigkeitstanks und andererseits mit einem, eine höchste Stelle des Flüssigkeitstanks aufweisenden oberen Wandbereich des Flüssigkeitstanks strömungstechnisch gekoppelt ist. In diesem Fall ist der Differenzdrucksensor im oberen Wandbereich des Flüssigkeitstanks zu platzieren, um ein Volllaufen der Kanäle zu verhindern. Damit ist eine uneingeschränkte Freiheit bei der geometrischen Gestaltung des Flüssigkeitstanks möglich. Zudem ist das erfindungsgemäße Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystem platzsparend und aufgrund der kompakten Form kann eine größtmögliche Flüssigkeitsfüllstanddifferenz erfasst werden. Des Weiteren ist die Methodik für verschiedene Anwendungsbereiche (z.B. Flüssigkeitsfüllstandmessung in Fahrzeug-Waschwassertanks oder Fahrzeug-Ölwannen) ähnlich oder identisch, sodass keine unterschiedlichen Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystems für verschiedene Flüssigkeitstanks notwendig sind.
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Insbesondere ist der zweite Drucksensor im Flüssigkeitstank so angeordnet, dass er bei horizontalem Flüssigkeitsspiegel stets in einer Luftumgebung ist oder der Differenzdrucksensor ermittelt über Kanäle eine Druckdifferenz. Ein Kanal endet an einer Position im Flüssigkeitstank, die bei horizontalem Flüssigkeitsspiegel stets in einer Luftumgebung ist. Dadurch kann der aktuelle Luftdruck im Flüssigkeitstank gemessen werden und der Einfluss dieses veränderlichen Luftdrucks auf den hydrostatischen Flüssigkeitsdruck stets kompensiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystem kann sich Flüssigkeit unterhalb einer Messebene des ersten Drucksensors befinden. Als Folge kann ab einem bestimmten Flüssigkeitsfüllstand im Flüssigkeitstank der erste Drucksensor keinen hydrostatischen Flüssigkeitsdruck mehr messen. Ab diesem Zeitpunkt wird den Fahrzeuginsassen z.B. über Anzeigevorrichtungen signalisiert, dass sich keine Flüssigkeit mehr im Flüssigkeitstank des Fahrzeugs befindet und diese schnellstmöglich aufgefüllt werden muss. Das Flüssigkeitsvolumen, dass sich unterhalb der Messebene des ersten Drucksensors befinden kann, dient als heimliches Reservevolumen an Flüssigkeit im Flüssigkeitstank und trägt somit zur Prävention von Schaden am Fahrzeug bei. Alternativ kann ab diesem Zeitpunkt der Flüssigkeitstankinhalt durch Auswertung der Einspritzmenge errechnet werden. Der Zeitpunkt der Reservewarnung kann durch elektronische Signalauswertung frei gewählt werden.
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Ist das Volumen an Flüssigkeit, welches sich unterhalb der Messebene des ersten Drucksensors befinden kann, vernachlässigbar gering, insbesondere geringer als 1 % eines maximalen Flüssigkeitsfüllvolumens des Flüssigkeitstanks, kann eine exakte Messung des Flüssigkeitsfüllstands im Flüssigkeitstank sichergestellt werden. Eine Signalisierung für die Fahrzeuginsassen, dass sich nur noch Sicherheitsvolumen an Flüssigkeit im Flüssigkeitstank des Fahrzeugs befindet, kann hierbei z.B. über Anzeigevorrichtungen ab einem bestimmten, in der mit den Drucksensoren gekoppelten Auswerteeinheit eingestellten Sicherheitsflüssigkeitsfüllstand erfolgen.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystem beträgt ein Volumen an Flüssigkeit, das sich unterhalb einer Messebene des ersten Drucksensors befinden kann, höchstens 5 % eines maximalen Flüssigkeitsfüllvolumens des Flüssigkeitstanks. Somit bleibt eine ausreichend genaue Messung des Flüssigkeitsfüllstands im Flüssigkeitstank bestehen und das Reservevolumen an Flüssigkeit im Flüssigkeitstank des Fahrzeugs ist ausreichend groß.
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Gemäß einem Aspekt ist mindestens ein Drucksensor in einer Einbuchtung des Flüssigkeitstanks vorgesehen. Dadurch kann das Volumen an Flüssigkeit, welches sich unterhalb der Messebene des ersten Drucksensors befinden kann, verringert oder vernachlässigbar klein gehalten werden. Dadurch kann eine exakte Messung des Flüssigkeitsfüllstands im Flüssigkeitstank erreicht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt sind die Drucksensoren flüssigkeitsdicht. Aufgrund dieser Eigenschaft ist es möglich, dass die Drucksensoren auch bei temporärer oder permanenter Flüssigkeitsexposition funktionstüchtig bleiben.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass ein Signal, insbesondere ein unidirektionales Signal, von mindestens einem Sensor zur Auswerteeinheit drahtlos oder drahtgebunden übertragen wird. So können die von den Drucksensoren ermittelten Werte in der entfernten Auswerteeinheit weiterverarbeitet werden und aufbauend darauf der Flüssigkeitsfüllstand im Flüssigkeitstank bestimmt werden.
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Bevorzugt ist der Flüssigkeitstank ein Fahrzeug-Kraftstofftank, insbesondere eines einspurigen Fahrzeugs. Denn vor allem bei Fahrzeug-Kraftstofftanks ist es von Vorteil, eine uneingeschränkte Freiheit bei deren geometrischen Gestaltung zu haben. Darüber hinaus ist bei einspurigen Fahrzeugen der Platz im Fahrzeug-Kraftstofftank besonders gering und die Möglichkeit einer freien Formgebung des Fahrzeug-Kraftstofftanks aus ästhetischen und funktionalen Gründen besonders wichtig.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystem ist durch das physikalische Messprinzip insbesondere für Flüssigkeitstanks geeignet, die ein hohes Verhältnis von Höhe zu Volumen aufweisen. Dies ist typischerweise bei Fahrzeug-Kraftstofftanks einspuriger Fahrzeuge gegeben.
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Ferner sieht die Erfindung ein Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmessverfahren in einem Flüssigkeitstank mit den folgenden Schritten vor. Zuerst werden ein hydrostatischer Flüssigkeitsdruck im Bodenbereich des Flüssigkeitstanks und ein aktueller Luftdruck im oberen Wandbereich des Flüssigkeitstanks gemessen. Die von einem oder mehreren Drucksensoren ermittelten Werte werden als Signale zu der mit den Drucksensoren gekoppelten Auswerteeinheit übertragen. In der Auswerteeinheit wird aus den von den Drucksensoren ermittelten Werten ein effektiver hydrostatischer Flüssigkeitsdruck bestimmt. Alternativ ist der vom Differenzdrucksensor ermittelte Wert eine Druckdifferenz zwischen einem im, die tiefste Stelle des Flüssigkeitstanks aufweisenden Bodenbereich des Flüssigkeitstanks gemessenen Druck und einem im, die höchste Stelle des Flüssigkeitstanks aufweisenden oberen Wandbereich des Flüssigkeitstanks gemessenen Druck. Diese gemessene Druckdifferenz entspricht somit bereits einem effektiven hydrostatischen Flüssigkeitsdruck. Basierend auf dem bestimmten bzw. gemessenen effektiven hydrostatischen Flüssigkeitsdruck wird der Flüssigkeitsfüllstand im Flüssigkeitstank bestimmt.
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Insbesondere sind ein erster Drucksensor zur Messung im Bodenbereich und ein zweiter Drucksensor zur Messung im oberen Wandbereich vorgesehen, deren Signale zur Auswerteeinheit gesandt werden, oder über einen Differenzdrucksensor wird eine Druckdifferenz von Drücken im Bodenbereich und im oberen Wandbereich bestimmt und dessen Signal zur Auswerteeinheit gesandt.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Perspektivansicht eines Hebelgebers nach dem Stand der Technik,
- - 2 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform mit zwei Drucksensoren eines erfindungsgemäßen Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- - 3 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform mit zwei Drucksensoren des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystems, ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- - 4 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform mit einem Differenzdrucksensor des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystems, ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist ein übliches Fahrzeug-Kraftstofffüllstandmesssystem in Form eines Hebelgebers 1 zur Messung eines Kraftstofffüllstands in einem Fahrzeug-Kraftstofftank nach dem Stand der Technik gezeigt. Im Allgemeinen umfasst der Hebelgeber 1 einen Auftriebskörper 3, der sich in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsspiegel im Fahrzeug-Kraftstofftank im Wesentlichen in einer halbkreisförmigen Bahn 5 in vertikaler Richtung bewegt, wie die zahlreichen verschiedenen Positionen in 1 zeigen. Der Auftriebskörper 3 ist fest mit einem Winkelgeber 9 verbunden, der in Kontakt mit einem Schleifpotentiometer 7 steht. Bei Bewegung des Auftriebskörpers 3 längs der halbkreisförmigen Bahn 5 in vertikaler Richtung verändert sich die Position des Winkelgebers 9, was von dem Schleifpotentiometer 7 erfasst und anschließend elektronisch ausgewertet und einem bestimmten Kraftstofftankinhalt zugeordnet werden kann.
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Aufgrund der halbkreisförmigen Bahn 5 des Auftriebskörpers 3 kann der Kraftstofftank nicht uneingeschränkt frei gestaltet werden. Umgekehrt ist für jede Kraftstofftankform eine bestimmte Ausführungsvariante des Hebelgebers 1 notwendig.
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In 2 ist ein Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystem 10 dargestellt, das unabhängig von der Form eines Flüssigkeitstanks 12, in dem es zum Einsatz kommt, zur Flüssigkeitsfüllstandmessung angewendet werden kann.
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Das Fahrzeug-Flüssigkeitsfüllstandmesssystem 10 zur Flüssigkeitsfüllstandmessung im Flüssigkeitstank 12 umfasst einen ersten Drucksensor 14 und einen zweiten Drucksensor 20.
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Der erste Drucksensor 14 ist in einem, eine tiefste Stelle 16 des Flüssigkeitstanks 12 aufweisenden Bodenbereich 18 des Flüssigkeitstanks 12 angeordnet.
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Der erste Drucksensor 14 misst den hydrostatischen Flüssigkeitsdruck, den das Volumen der Flüssigkeit 30, das sich über einer Messebene 32 des ersten Drucksensors 14 befindet, auf den ersten Drucksensor 14 ausübt. Solange sich Flüssigkeit 30 über der Messebene 32 des ersten Drucksensors 14 befindet, ist der erste Drucksensor 14, zumindest bei horizontalem Flüssigkeitsspiegel 36, permanent von der Flüssigkeit 30 umgeben. Aus diesem Grund ist der erste Drucksensor 14 flüssigkeitsdicht.
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Je nachdem wo und wie der erste Drucksensor 14 im Bodenbereich 18 des Flüssigkeitstanks 12 angeordnet ist, befindet sich unter der Messebene 32 mehr oder weniger Volumen an Flüssigkeit 30. Je größer dieses Volumen an Flüssigkeit 30 unter der Messebene 32 des ersten Drucksensors 14 ist, desto größer ist ein Reservevolumen 34 an Flüssigkeit 30 im Flüssigkeitstank 12, das nicht vom ersten Drucksensor 14 erfasst werden kann. Um ein nicht zu großes Volumen an Flüssigkeit 30 zu erzeugen, das vom ersten Drucksensor 14 nicht mehr erfasst werden kann, sollte das Reservevolumen 34 nicht mehr als 5 % eines maximalen Flüssigkeitsfüllvolumens des Flüssigkeitstanks 12 betragen.
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Sobald der Flüssigkeitsspiegel 36 die Messebene 32 erreicht oder unterschreitet, wird den Fahrzeuginsassen z.B. über Anzeigevorrichtungen mitgeteilt, dass sich keine Flüssigkeit 30 mehr im Flüssigkeitstank 12 befindet und schnellstmöglich aufgefüllt werden muss. Das Reservevolumen 34 stellt somit einen Puffer zur kompletten Entleerung des Flüssigkeitstanks 12 dar, wodurch Schaden am Fahrzeug vorgebeugt werden kann.
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Der zweite Drucksensor 20 ist in einem, eine höchste Stelle 22 des Flüssigkeitstanks 12 aufweisenden oberen Wandbereich 24 des Flüssigkeitstanks 12 angeordnet. Dort befindet sich der zweite Drucksensor 20 bei horizontalem Flüssigkeitsspiegel 36 stets in einer Luftumgebung 28. Allerdings bewegt sich die Flüssigkeit 30 im Flüssigkeitstank 12 bei einer Bewegung des Fahrzeugs. Es kann also vorkommen, dass der zweite Drucksensor 20 temporär mit der Flüssigkeit 30 in Kontakt kommt. Deswegen ist auch der zweite Drucksensor 20 flüssigkeitsdicht.
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Da sich der zweite Drucksensor 20 hauptsächlich in einer Luftumgebung 28 befindet, misst der zweite Drucksensor 20 den aktuellen Luftdruck im Flüssigkeitstank 12. Dieser Luftdruck ist jedoch veränderlich.
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Der Luftdruck in der Luftumgebung 28 „drückt“ auf die Flüssigkeit 30 und hat dadurch Einfluss auf die Messung des hydrostatischen Flüssigkeitsdrucks durch den ersten Drucksensor 14.
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Um einen „ungestörten“ hydrostatischen Flüssigkeitsdruck bestimmen zu können, werden die von den Drucksensoren 14, 20 gemessenen Werte an eine mit den Drucksensoren 14, 20 gekoppelte Auswerteeinheit 26 übertragen. Die von den Drucksensoren 14, 20 ausgesendeten Signale 38, 40 sind unidirektional 38a, 40a und können drahtlos oder drahtgebunden an die Auswerteeinheit 26 übertragen werden.
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In der Auswerteeinheit 26 wird aus dem vom ersten Drucksensor 14 gemessenen hydrostatischen Flüssigkeitsdruck und dem vom zweiten Drucksensor 20 gemessenen aktuellen Luftdruck ein effektiver hydrostatischer Flüssigkeitsdruck bestimmt. Der mit dem Volumen der Flüssigkeit 30, das sich über der Messebene 32 des ersten Drucksensors 14 befindet, veränderliche effektive hydrostatische Flüssigkeitsdruck kann einem bestimmten Flüssigkeitsfüllstand im Flüssigkeitstank 12 zugeordnet werden.
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Die in 3 dargestellte Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch zu der in 2 gezeigten. Deshalb wird von einer Wiederholung der Erklärung von gleichen Bauteilen abgesehen.
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Der Unterschied des in 3 gezeigten Flüssigkeitstanks 12 zu dem in 2 gezeigten liegt darin, dass der erste Drucksensor 14 in einer eigenen Einbuchtung 42 angeordnet ist, die komplementär zum Drucksensor 14 ausgebildet ist.
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In der in 3 dargestellten Ausführungsform befindet sich unter der Messebene 32 des ersten Drucksensors 14 kein oder ein vernachlässigbar geringes Volumen an Flüssigkeit 30. Somit kann eine exakte Messung des hydrostatischen Flüssigkeitsdrucks durch den ersten Drucksensor 14 und folglich eine exakte Bestimmung des Flüssigkeitsfüllstands im Flüssigkeitstank 12 erreicht werden.
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Dabei kann ein Reservevolumen 34 von weniger als 1 % des maximalen Flüssigkeitsfüllvolumens des Flüssigkeitstanks 12 als vernachlässigbar geringes Volumen an Flüssigkeit 30 betrachtet werden.
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Um eine vollkommene Entleerung des Flüssigkeitstanks 12 zu verhindern, kann den Fahrzeuginsassen z.B. über Anzeigevorrichtungen ab einem bestimmten, in der mit den Drucksensoren 14, 20 gekoppelten Auswerteeinheit 26 eingestellten Sicherheitsflüssigkeitsfüllstand 44 signalisiert werden, dass sich nur noch ein Sicherheitsvolumen 46 an Flüssigkeit 30 im Flüssigkeitstank 12 des Fahrzeugs befindet.
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In weiteren Ausführungsformen muss der erste Drucksensor 14 oder zweite Drucksensor 20 nicht zwangsläufig an exakt der tiefsten 16 bzw. höchsten Stelle 22 des Flüssigkeitstanks 12 angeordnet werden, sondern kann in einem Bodenbereich 18 bzw. oberen Wandbereich 24, der die tiefste 16 bzw. höchste Stelle 22 aufweist, um die tiefste 16 bzw. höchste Stelle 22 angeordnet werden.
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Dabei ist zu beachten, dass sich dadurch bei einem in einer Einbuchtung 42 angeordneten ersten Drucksensor 14 ein unter Umständen nicht vernachlässigbares Volumen an Flüssigkeit 30 (Reservevolumen 34) unter der Messebene 32 des ersten Drucksensors 14 bilden kann.
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Die in 4 dargestellte Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch zu den in 2 und 3 gezeigten. Deshalb wird im Folgenden ebenfalls von einer Wiederholung der Erklärung von gleichen Bauteilen abgesehen.
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Im Unterschied zu den in 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen ist anstelle von zwei Drucksensoren 14, 20 ein Differenzdrucksensor 48 in einem, eine höchste Stelle 22 des Flüssigkeitstanks 12 aufweisenden oberen Wandbereich 24 des Flüssigkeitstanks 12 angeordnet.
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Der Differenzdrucksensor 48 ist über einen ersten Kanal 50 mit einem luftgefüllten Bereich 29 und über einen zweiten Kanal 52 mit einem flüssigkeitsgefüllten Bereich 31 des Flüssigkeitstanks 12 strömungstechnisch gekoppelt.
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Der zweite Kanal 52 ist aus Gründen der Übersicht abgeschnitten dargestellt.
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Der erste Kanal 50 mündet mit seinem Mündungsende im luftgefüllten Bereich 29 des Flüssigkeitstanks 12. Das Mündungsende des ersten Kanals 50 ist so im luftgefüllten Bereich 29 des Flüssigkeitstanks 12 angeordnet, dass es sich bei horizontalem Flüssigkeitsspiegel 36 stets in einer Luftumgebung 28 befindet.
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Der zweite Kanal 52 mündet mit seinem Mündungsende im flüssigkeitsgefüllten Bereich 31. Um einen gesamten hydrostatischen Flüssigkeitsdruck erfassen zu können, ist das Mündungsende des zweiten Kanals 52 an einer Öffnung des Flüssigkeitstanks 12 vorgesehen, die in einem eine tiefste Stelle 16 des Flüssigkeitstanks 12 aufweisenden Bodenbereich 18 des Flüssigkeitstanks 12 angeordnet ist.
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Beide Kanäle 50, 52 sind mit jeweils einem anderen Ende, also nicht dem Mündungsende, mit dem Differenzdrucksensor 48 verbunden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Differenzdrucksensor 48 lediglich über eine Öffnung im Differenzdrucksensorgehäuse, also ohne einen Kanal, mit dem luftgefüllten Bereich 29 des Flüssigkeitstanks 12 gekoppelt sein.
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Aufgrund der strömungstechnischen Kopplung des Differenzdrucksensors 48 über die Kanäle 50, 52 mit dem luftgefüllten Bereich 29 und dem flüssigkeitsgefüllten Bereich 31 erfasst der Differenzdrucksensor 48 gleichzeitig den Druck im luftgefüllten Bereich 29 und den Druck im flüssigkeitsgefüllten Bereich 31.
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Der so ermittelte Differenzdruck wird als unidirektionales Signal 54, 54a an die mit dem Differenzdrucksensor 48 gekoppelte Auswerteeinheit 26 übertragen.
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Der Differenzdrucksensor 48 ist vorzugsweise in einem oberen Wandbereich 24 des Flüssigkeitstanks 12 vorgesehen, um ein Volllaufen des Kanals mit Flüssigkeit zu verhindern, der mit dem unteren Bodenbereich 18 des Flüssigkeitstanks 12 strömungstechnisch gekoppelt ist.
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In anderen Ausführungsformen kann der Differenzdrucksensor 48 auch außerhalb des Flüssigkeitstanks 12 frei liegen und nur über die Kanäle 50, 52 mit dem Inneren des Flüssigkeitstanks 12 strömungstechnisch gekoppelt sein.
