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Stand der Technik
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Im Zusammenhang mit künftigen gesetzlichen Vorgaben ist eine Verminderung von Stickoxidemissionen von Verbrennungskraftmaschinen zur Erreichung und Einhaltung von festgelegten Abgasgrenzwerten erforderlich. Zu dieser Erfüllung und Einhaltung kommen stromabwärts des Verbrennungsmotors, d. h. im Abgasstrang, Systeme zur Nachbehandlung von Abgasen zum Einsatz. Deren Ziel ist es beispielsweise die Partikel- und Stickoxidkonzentration im Abgas zu verringern. Hierfür beispielsweise verwendete Filter und Katalysatoren erfordern, dass beispielsweise bestimmte Oxidations- und Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingebracht werden. Solche Mittel sind typischerweise Kohlenwasserstoffe, die zur exothermen chemischen Umsetzung in einem Oxidationskatalysator verwendet werden. Als Stoff mit entsprechenden Kohlenwasserstoffen wird beispielsweise Diesel-Kraftstoff verwendet. Diese Umsetzung erfolgt mit dem Ziel, einen sogenannten Dieselpartikelfilter zu regenerieren. Systeme dieser Art sind bereits in Serie. Andere Mittel sind beispielsweise Harnstoff-Wasser-Lösungen zur selektiven katalytischen Reduktion in einem sogenannten SCR-Katalysator.
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Zwecks Einbringung der Oxidations-/Reduktionsmittel kommen am Abgasstrang an montierte Injektoren zum Einsatz. Ein erforderlicher hydraulischer Druck, um das Oxidations-/Reduktionsmittel einspritzen zu können, wird oft von separaten Pumpen bereitgestellt. Eine derartige Vorrichtung ist aus der Offenlegungsschrift der deutschen Patentanmeldung
DE 103 46 220 A1 bekannt.
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Moderne Antriebskonzepte und Funktionen zur Erfüllung gesetzlicher Emissionsgrenzwerte erhöhen stetig die Komplexität von Steuerungssystemen. In gleichem Maße wachsen somit auch die Anforderungen an die Überwachung der Funktionssicherheit im täglichen Betrieb sowie an eine sichere und zuverlässige Fehlerdiagnose bei der Wartung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Füllmenge einer Flüssigkeit in einem Behälter vorgesehen. Im Rahmen dieses Verfahrens wird ein Mittel verwendet, welches in Bezug zu einer ersten Achse und in Bezug zu einer zweiten Achse eine veränderliche Lage einnimmt. Des Weiteren kommen Mittel zur Bestimmung der Lage dieses Mittels, Mittel zur Bestimmung einer Füllhöhe an mindestens einem Ort im Behälter sowie Mittel zur Bestimmung der Füllmenge der Flüssigkeit im Behälter zum Einsatz. Dabei werden Daten verwendet, die die Füllhöhe und die Lage des Mittels kennzeichnen, um dabei verfahrensgemäß die Füllmenge im Behälter zu bestimmen. Die Flüssigkeit kann ein Kraftstoff oder ein Hilfsstoff, bspw. für eine Abgasnachbehandlung, sein.
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Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass dadurch ein Neigungswinkel des Behälters bestimmt werden kann. Es ist im Zusammenhang mit der Vorrichtung nämlich vorgesehen, dass das Mittel, welches eine veränderliche Lage einnehmen kann, so relativ zu einem Behälter befestigt ist, dass sich dieses besonders bevorzugt von seiner Lage her in der gleichen Art und Weise ändert. Das heißt beispielsweise, dass eine Änderung des Behälters um eine z-Achse um beispielsweise zehn Winkelgrade ebenso durch das Mittel, welches seine Lage verändert, vorgenommen wird. Gleichfalls wird beispielsweise eine Lageänderung um eine y-Achse um 15 Winkelgrade sowohl von dem Behälter als auch von dem Mittel zur Bestimmung der Lage eingenommen.
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Das Mittel, welches eine veränderliche Lage einnehmen kann, kann dabei so relativ zu einem Behälter befestigt sein, dass dieses im Behälter oder am Behälter oder an einem - insbesondere im wesentlichen unelastischen - Gegenstand befestigt ist, an dem auch der Behälter befestigt ist. Insbesondere kann der Gegenstand ein Fahrzeugrahmen oder z. B. eine Stelle an einer Kraftfahrzeugkarosserie sein.
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Erfindungsgemäß weist das Verfahren zur Bestimmung einer Füllmenge einer Flüssigkeit in dem Behälter mindestens zwei verschiedene Schritte auf:
- Der eine Schritt dient zur Bestimmung einer Füllhöhe an mindestens einem Ort in dem Behälter und der andere Schritt besteht darin, die veränderliche bzw. veränderte Lage zu zwei Achsen zu bestimmen. Diese in Bezug auf die erste und die zweite Achse veränderliche Lage bzw. veränderte Lage führt dazu, dass ein veränderter beispielsweise Neigungswinkel des Behälters relativ zu einer Längsachse bzw. Achse und einer Querachse zu der Längsachse bzw. Achse eine Korrektur des gemessenen Tankfüllstands (Bestimmung der Füllhöhe) ermöglicht. Dadurch kann eine Annäherung an einen tatsächlichen Tankfüllstand bzw. Behälterfüllstand mit größerer Genauigkeit vorgenommen werden. Dadurch kann beispielsweise bei einer Bergauffahrt oder bei einer Bergabfahrt ein über den Füllstandssensor gemessene Füllstand (Füllhöhe) des Behälters über den ermittelten Neigungswinkel korrigiert werden. Dies hat insbesondere bei den Fahrzeugen Vorteile, die sich vorzugsweise auf unbefestigtem Gelände bewegen bzw. befinden, so dass sich zum Beispiel bei einem Einsatz eines Baggers in unwegsamen Gelände der Kraftstoffbehälter bzw. Behälter nicht immer in einer nivellierten, d. h. in jeder Hinsicht waagerechten Position befindet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Bestimmung der Füllmenge Daten verwendet werden, die die Lage eines Mittels kennzeichnen, welches in einem Fahrzeug eine Lage eines Fahrzeugbestandteils, insbesondere einer Karosserie oder des Behälters angeben. Im Zusammenhang mit dieser weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann beispielsweise auf eine Winkel- bzw. Lageerfassung eines anderen Systems eines Kraftfahrzeugs zurückgegriffen werden. Demgemäß ist beispielsweise vorgesehen, dass Daten eines Antiblockiersystems oder eines elektronischen Stabilitätsprogramms bzw. elektronischen Stabilitätssystems des Fahrzeugs verwendet werden. Insbesondere im zuletzt genannten Fall ist dabei vorgesehen, dass zur Verwendung der Daten dieses anderen Systems des Kraftfahrzeugs, welche zur Bestimmung der Lage des Mittels vorgesehen sind, diese Daten über ein Übertragungssystem zu einem Gerät übertragen werden, welches für die Bestimmung der Füllmenge bestimmt ist. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass als typisches Übertragungssystem beispielsweise ein CAN-Bussystem verwendet wird. Das Gerät, welches die Daten über dieses System empfängt, ist vorzugsweise ein Tankfüllstandbestimmungssteuergerät.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Füllmenge einer Flüssigkeit in einem Behälter vorgesehen. Die Vorrichtung weist ein Mittel auf, welches in Bezug zu einer ersten Achse und in Bezug zu einer zweiten Achse eine veränderliche Lage einnehmen kann. Des Weiteren weist diese Vorrichtung ein Mittel zur Bestimmung der Lage des Mittels auf, ein Mittel zur Bestimmung einer Füllhöhe an mindestens einem Ort im Behälter, sowie Mittel zur Bestimmung der Füllmenge der Flüssigkeit. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das eine veränderliche Lage einnehmende Mittel mindestens ein mikromechanisches Bauteil umfasst, insbesondere einen Mikrospiegel oder einen Winkelsensor, der insbesondere Teil einer Vorrichtung eines Systems eines Kraftfahrzeugs ist, welches eine Fahrdynamik eines Fahrzeugs beeinflussen kann, insbesondere Antiblockiersystem oder elektronisches Stabilitätssystem.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen angezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Füllmenge einer Flüssigkeit in einem Behälter, welche in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist,
- 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Füllmenge einer Flüssigkeit in einem Behälter, welche ebenfalls in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist.
- 3 zeigt eine Ausgangslage eines Behälters, welcher teilweise mit einer Flüssigkeit befüllt ist,
- 4 zeigt ein kartesisches Koordinatensystem mit einem beispielhaft in diesem System gelagerten Volumen eines Stoffs in einer Ausgangslage,
- 5 zeigt den Behälter aus 3, welcher teilweise mit Flüssigkeit befüllt ist, in einer allgemeinen Lage,
- 6 zeigt in einer allgemeinen Lage ein Flüssigkeitsvolumen aus dem Behälter in 5 in einer entsprechenden Lage relativ zu zwei Achsen, hier insbesondere zu den Achsen z und y, aber auch zur Achse x,
- 7 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge der Flüssigkeit in dem Behälter.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 in abstrakter Weise dargestellt. Dieses Kraftfahrzeug 10 hat einen Behälter 13, welcher zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit 16 befüllt ist. In den Behälter 13 befindet sich ein Mittel 19 zur Bestimmung einer Füllhöhe und ein Mittel 22 zur Bestimmung der Lage.
Des Weiteren befindet sich dort auch ein Gerät 25, welches beispielsweise ein elektronisches Gerät ist (zum Beispiel Tankfüllstandsbefüllungssteuergerät). Sowohl das Mittel 19 zur Bestimmung der Füllhöhe als auch das Mittel 22 zur Bestimmung der Lage teilen Daten mittels einer Leitung 27 bzw. Leitung 29 an das Gerät 25 mit. Das Gerät 25 wiederum tauscht mit einer Füllstandsanzeige 30 über eine Leitung 32 Daten aus. Austausch von Daten bedeutet hier in diesem Fall zumindest das Senden von Daten vom Gerät 25 an die Füllstandsanzeige 30.
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Die Vorrichtung nach 2 unterscheidet sich im Wesentlichen durch eine Einzelheit. Diese Einzelheit betrifft die Anordnung des Mittels 22 zur Bestimmung der Lage und damit auch die Lage der Leitung 29. Während bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 das Mittel 22 zur Bestimmung der Lage sich in dem Behälter 13 oder an dem Behälter 13 befindet, ist das Mittel 22 zur Bestimmung der Lage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 an einem anderen Ort des Kraftfahrzeugs 10 befindlich und damit befestigt. So kann dieses Mittel 22 zur Bestimmung der Lage beispielsweise fest an einer Karosserie oder einem Rahmen 34 eines Fahrzeugs bzw. des Kraftfahrzeugs 10 befestigt sein. Zumindest für diesen Fall des Ausführungsbeispiels 2 ist vorgesehen, dass die Leitung 29 beispielsweise Teil eines Übertragungssystems für Daten ist, welches Teils eines Datennetzes im Kraftfahrzeug 10 ist (z. B. CAN-Bussystem).
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3 zeigt in einer idealisierten Ausgangslage 3 den Behälter 13, der teilweise mit Flüssigkeit 6 befüllt ist. Der Behälter 13, hier idealisiert ein beispielhafter Quader, ist ausgerichtet, d. h. in jeder Hinsicht waagerecht, so dass eine Füllhöhe h1, h2 zu beiden Seiten des Behälters 13 gleich hoch ist. Würde man in diesem Behälter 13 die Füllhöhe auch auf der anderen hier nicht sichtbaren Seite des Behälters 13 messen, würde man feststellen, dass die entsprechenden Höhen gleich groß wie die Höhen h1 und h2 wären. Das Mittel 19 zur Bestimmung der Füllhöhe stellt im Rahmen des Verfahrens beispielsweise an einem Ort die Füllhöhe h fest, bzw. ermittelt mindestens eine Größe, aus der bspw. das Gerät 25 die Füllhöhe feststellt. Aufgrund der hier dargestellten Anordnung, wonach ein Abstand eines Flüssigkeitsspiegels 35 zu einem Boden des Behälters 13 überall gleich ist, würde mittels dem Mittel 19 eine an mehreren Stellen oder überall konstante Höhe festgestellt werden. Das Mittel 22 zur Bestimmung der Lage, hier entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1 ebenfalls im Behälter 13 (alternativ am Behälter 13) angeordnet, stellt eine Lage des Behälters 13 fest, bzw. ermittelt mindestens eine Größe, aus der bspw. das Gerät 25 die Lage feststellt. In diesem Fall wird durch das Verfahren festgestellt, dass keine Drehung um eine y-Achse und keine Drehung um eine z-Achse vorliegt, man vergleiche mit 4. Das Gerät 25 kann dann bspw. aus den vom Mittel 22 und vom Mittel 19 gesendeten Daten unter bspw. Berücksichtigung von einer räumlichen Form des Behälters 13 beschreibenden Daten die Füllmenge V16 bestimmen.
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Mit den hier beschriebenen Anordnungen ist somit ein Verfahren zur Bestimmung einer Füllmenge V16 einer Flüssigkeit 16 in einem Behälter 13 möglich, welches mit einem Mittel 22, welches in Bezug zu einer ersten Achse (y-Achse) und in Bezug zu einer zweiten Achse (z-Achse) eine veränderliche Lage einnimmt und mit Mitteln (Gerät 25) zur Bestimmung der Lage durchführbar, wobei des Weiteren ein Mittel 19 zur Bestimmung einer Füllhöhe h, h2 an mindestens einem Ort im Behälter 13, sowie mit Mitteln (Gerät 25) zum Bestimmen der Füllmenge V16 der Flüssigkeit 16, wobei unter Verwendung von Daten, die die Füllhöhe und die Lage des Mittels 22 kennzeichnen, die Füllmenge V16 bestimmt wird.
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Gemäß der bisherigen Beschreibung ist beschrieben, dass das Gerät 25 sowohl als Mittel zur Bestimmung der Lage als auch als Mittel zur Bestimmung der Füllmenge dient. Hierbei wird beispielsweise angenommen, dass die Mittel zur Bestimmung der Lage und die Mittel zur Bestimmung der Füllmenge beispielsweise Rechenmittel und/oder Speichermittel umfasst. Es wird dabei davon ausgegangen, dass eine Füllhöhe nicht unmittelbar durch das Mittel 19 zur Bestimmung der Füllhöhe in Klardaten, z. B. Füllhöhe in Millimeter, geliefert wird, sondern andere Daten, die eine Interpretation durch ein Mittel zur Bestimmung einer Füllhöhe bedürfen. Es wird des Weiteren davon ausgegangen, dass die Füllmenge als Funktion der Füllhöhe, der Lage und der speziellen Gestalt des Behälters 13 (räumliche Form des Behälters 13) ebenfalls Mittel bedarf, die sowohl Rechenmittel als auch Speichermittel erfordert. Zu den Speichermitteln können beispielsweise Daten über die Gestalt des Behälters 13 in Abhängigkeit von seiner Lage umfassen.
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Weist das Kraftfahrzeug 10 ein Mittel 22 zur Bestimmung der Lage auf, welches an einer Karosserie bzw. einem Rahmen 34 eines Kraftfahrzeugs 10 befestigt ist, auf, ist also dieses Mittel 22 nicht am Behälter 13 oder im Behälter 13 befestigt, so ist vorgesehen, dass im Rahmen des Verfahrens bei der Bestimmung der Füllmenge V16 Daten verwendet werden, die die Lage eines Mittels 22 kennzeichnen, welche in einem Kraftfahrzeug 10 eine Lage eines Kraftfahrzeugbestandteils, wie beispielsweise einer Karosserie oder eines Rahmens 34 oder eines anderen Behälters, angeben.
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Es kann dann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass zur Verwendung der Daten zur Bestimmung der Lage des Mittels 22 die Daten über ein Übertragungssystem (zum Beispiel CAN) dem Gerät 25 übertragen werden, welches für die Bestimmung der Füllmenge V16 bestimmt ist (Tankfüllstandsbestimmungssteuergerät).
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In 5 ist der beispielhafte Behälter 13 aus 3 in einer willkürlichen Lage dargestellt, in der ein Flüssigkeitsspiegel 35 zwar horizontal (waagerecht) ausgerichtet ist, jedoch zu einem Boden 37 nicht mehr parallel ausgebildet ist. Es ergibt sich somit entsprechend dem Beispiel nach 5 an vielen Stellen des Flüssigkeitsspiegels, an der eine Höhe h zum Boden 37 ermittelt werden kann, eine unterschiedliche Höhe. Beispielsweise sind hier die Höhen h1', h2', h2'' und h1'' dargestellt. Die Höhen h1' und h12' unterscheiden sich von den hier in diesem Beispiel gleich großen Höhen h2' und h2''.
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In 6 ist in Bezug auf 5 und auch 3 und 4 angegeben, wie sich ein bestimmter Flüssigkeitswürfel aufgrund der zweiachsig gekippten Lage des Behälters 13 verlagert hat. In diesem Fall hat sich dieser Würfel beispielsweise in Bezug auf die y-z-Ebene um die z-Achse um den Winkel b verdreht. Zudem hat sich dieser Würfel in Bezug auf die y-z-Ebene um den Winkel a um die y-Achse gedreht.
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Im Gerät 25 liegen wie bereits erwähnt beispielsweise Daten über die Gestalt des Behälters 13 vor, die für bestimmte verschiedene Lagen dieses Behälters 13 und damit unterschiedliche Koordinaten vorliegen.
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Dementsprechend werden - wie in 7 dargestellt - in dem Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge V16 der Flüssigkeit 16 in den Behälter 13 die folgenden Verfahrensschritte vorgenommen:
- In einem Schritt 50 werden mit dem Mittel 22, welches in Bezug zu einer ersten Achse (y-Achse) und in Bezug zu einer zweiten Achse (z-Achse) eine veränderliche und ggf. veränderte Lage (Winkel a, Winkel b) eingenommen hat Daten, die die Lage des Mittels 22 kennzeichnen aufgenommen bzw. ermittelt. In einem anderen Schritt 60 wird mit dem Mittel 19 zur Bestimmung der Füllhöhe h an mindestens einem Ort in dem Behälter 13 ein Datum ermittelt, welches die Füllhöhe h kennzeichnet und somit ein Maß für eine Füllhöhe ermittelt. In einem weiteren Schritt 70 wird mit Mitteln (Gerät 25) zur Bestimmung der Füllmenge V16 der Flüssigkeit 16 in dem Behälter 13 unter Verwendung von Daten, die die Füllhöhe der Flüssigkeit 16 und die Lage des Mittels 22 kennzeichnen, insbesondere unter Verwendung von Daten über die räumliche Gestalt des Behälters 13, die Füllmenge V16 bestimmt. In einem weiteren Schritt 80 kann danach beispielsweise über die bereits erwähnte Füllstandsanzeige 30 der Füllstand angezeigt werden.
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Das Mittel 22 zur Bestimmung der Lage, kann beispielsweise ein sogenannter „3D-MEMS-Winkel-Sensor“ sein. Ein derartiger Winkel-Sensor ist ein mikromechanisches Bauteil, welches dazu dient, Winkel in Bezug zu drei Achsen zu ermitteln. Ein solcher Sensor wäre beispielsweise in der Lage, eine Neigung des Behälters 13 oder eines Kraftfahrzeugs 10 in eine Längs- und in eine Querrichtung zu ermitteln. Eine Längsrichtung wäre beispielsweise als eine erste Achse eine Fahrzeuglängsrichtung, die beispielsweise einer Fahrrichtung bei Geradeausfahrt entspricht. Eine zweite Achse bzw. Querrichtung könnte beispielsweise eine Querachse sein, welche quer zur ersten Achse angeordnet ist, aber gleichzeitig horizontal ist (keine Vertikale). In einer alternativen Ausgestaltung eines Mittels 22 zur Bestimmung der Lage kann auch ein Spiegel verwendet werden, der beispielsweise als sogenannter mikromechanischer Spiegel ausgeführt ist. Würde man einen derartigen Spiegel durch Änderung der Ansteuerung in Längs- und Querrichtung bzw. zu einer Kreisbewegung ansteuern, könnte die daraus entwickelte Neigung zur Korrektur des Tankfüllstands eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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