DE10252562A1

DE10252562A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10252562A1
Application number: DE10252562A
Authority: DE
Inventors: Werner Rossmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-05-27
Also published as: EP1565712A1; WO2004044535A1

Abstract

In einem Kraftfahrzeug wird in Abhängigkeit eines Ausgangssignals eines Füllstandssensors (1, 2), der einem Behälter (3, 4) zugeordnet ist, der Füllstand in dem Behälter (3, 4) mittels einer Füllstandsanzeige (5) angezeigt. Weiterhin wird das Ausgangssignal des Füllstandgebers (1, 2) dahingehend überwacht, ob der Füllstand im Behälter (3, 4) unter einen bestimmten Grenzwert sinkt. Sobald dieser Fall eintritt, wird der Betrieb einer Förderpumpe (12) zur Entnahme von Flüssigkeit (11) aus dem Behälter (3, 4) beendet oder verhindert. Dadurch kann ein vollständiges Entleeren des Behälters (3, 4) und ein Eindringen von Luft in das Entnahmesystem verhindert werden. Bei der Auswertung des Ausgangssignals des Füllstandgebers (1, 2) zur Ansteuerung der Füllstandsanzeige (5) und/oder zum Überwachen des Grenzwerts für den Füllstand in Bezug auf das Abschalten der Förderpumpe (12) werden zusätzlich Korrektursignale berücksichtigt, die die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs und/oder Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs betreffen und als Hinweis auf eine Situation dienen können, in der eine zuverlässige Ermittlung des Füllstands durch Auswertung des Ausgangssignals des Füllstandgebers (1, 2) nicht mehr möglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. ein System zur Durchführung des Verfahrens zum Ermitteln eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter eines Kraftfahrzeugs.

In einem Kraftfahrzeug befinden sich viele Behälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit, die mittels einer Förderpumpe aus dem Behälter entnommen wird und in Bezug auf den Füllstand überwacht werden soll. Ein derartiger Fall liegt insbesondere beim Kraftstoffbehälter vor, aus dem im Betrieb des Kraftfahrzeugs laufend Kraftstoff- bzw. Flüssigkeit entnommen wird und dessen Füllstand vorteilhafterweise überwacht wird. Falls der Füllstand einer Flüssigkeit in einem Behälter falsch ermittelt oder nicht überwacht wird, besteht die Gefahr einer vollständigen Entleerung des Behälters. Im Fall des Kraftstoffbehälters bleibt das Kraftfahrzeug stehen und es kann Luft in die Leitungen zur Entnahme der Flüssigkeit eintreten. Ferner besteht die Gefahr, dass die Förderpumpe zur Entnahme der Flüssigkeit trocken geht und dabei Schaden nimmt. Im Falle anderer Flüssigkeiten können zusätzlich noch Schäden am Kraftfahrzeug entstehen.

Bekannterweise wird bei einem Kraftfahrzeug der Füllstand des Kraftstoffs mittels einer Füllstandanzeige angezeigt. Diese Füllstandsanzeige ist relativ ungenau und wird zudem von der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs und dessen Neigung beeinflusst, so dass unter Umständen die Anzeigegenauigkeit noch weiter verschlechtert wird.

Durch die EP 152 042 ist ein System zur Verhinderung des Trockengehens einer Förderpumpe bekannt, bei dem zwischen dem Behälter und der Förderpumpe ein Hilfsbehälter kleineren Volumens geschaltet ist, in dem ein Füllstandssensor bei Unterschreiten eines bestimmten Pegels im Hilfsbehälter die Förderpumpe abschaltet. Dies erfordert nachteiligerweise einen zusätzlichen Hilfsbehälter mit einem zusätzlichen Füllstandgeber.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. ein System zur Durchführung des Verfahrens zum Ermitteln eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Be hälter eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, mit denen mit geringem Aufwand sowohl der Füllstand angezeigt als auch die Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß wird ein Füllstand einer Flüssigkeit in einem Behälter mittels wenigstens eines Füllstandgebers ermittelt, der ein Ausgangssignal liefert. In Abhängigkeit dieses Ausgangssignals wird sowohl eine Füllstandsanzeige angesteuert als auch eine Auswertung dahingehend durchgeführt, ob der Füllstand in dem Behälter unter einem bestimmten Grenzwert liegt, und in diesem Fall der Betrieb einer Förderpumpe zur Entnahme der Flüssigkeit beendet oder verhindert bzw. blockiert.

Der Füllstandgeber kann dabei innerhalb des Behälters angeordnet sein oder kann außerhalb des Behälters angeordnet sein und mit dem Behälter über wenigstens eine Leitung verbunden sein.

Einem Behälter können auch mehrere Füllstandgeber zugeordnet sein, wobei in diesem Fall die Ausgangssignale der Füllstandgeber vorteilhafterweise miteinander verknüpft werden, um ein Gemeinschaftssignal zu erzeugen. Ferner kann die vorliegende Erfindung auch bei miteinander in Verbindung stehenden Behältern angewendet werden, wobei wenigstens einem Behälter wenigstens ein Füllstandgeber zugeordnet wird. Die Zuordnung wenigstens eines Füllstandgebers jedem der miteinander verbundenen Behälter empfiehlt sich insbesondere dann, wenn zu besorgen ist, dass beim Fahren des Kraftfahrzeugs die Flüssigkeit in den miteinander verbundenen Behältern umherschwappt.

Vorteilhafterweise wird ein Füllstandgeber verwendet, der zumindest im Bereich geringer Füllstände eine ausreichende Genauigkeit aufweist, um auch niedrige Füllstände mit hoher Sicherheit und/oder Genauigkeit erfassen zu können.

Der Füllstandgeber kann einen Schwimmer aufweisen, dessen Position mechanisch, magnetisch oder optisch erfasst wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Füllstandgeber jedoch ein kapazitiver Sensor ohne bewegliche Teile. Ein derartiger kapazitiver Füllstandgeber kann beispielsweise eine Referenzkapazität, eine Messkapazität und eine Messelektronik umfassen, die in Abhängigkeit der Messkapazität eine erste Impulsfolge mit einer ersten Frequenz und in Abhängigkeit der Referenzkapazität eine zweite Impulsfolge mit einer zweiten Frequenz erzeugt. Die Ermittlung des Füllstands geschieht durch Vergleich der ersten und zweiten Frequenz. Vorzugsweise ist die Referenzkapazität am tiefsten Punkt des Behälters angeordnet, so dass die Kapazität mit der Flüssigkeit gefüllt ist und so die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit geringeren Einfluss auf die Füllstandmessung hat. Die Messkapazität, die ebenso wie die Referenzkapazität einen Kondensator mit zwischen den Platten bzw. Elektroden angeordneter Luft oder Flüssigkeit ist, ist vorteilhafterweise über der Referenzkapazität angeordnet und erstreckt sich vorteilhafterweise in einem Bereich, der sämtliche mögliche Füllstände in dem Behälter abdeckt.

Mit Hilfe eines kapazitiven Füllstandgebers kann auch ein Maß für die Kraftstoffart und auch die Kraftstoffqualität gewonnen werden, da von einem derartigen Füllstandgeber die Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffs ausgewertet werden kann. Dabei wird die Kraftstoffqualität vorzugsweise mit Elektroden ausgewertet, zwischen denen der Raum vollständig mit Kraftstoff gefüllt ist, wie es beispielsweise bei der Referenzkapazität ab bereits geringen Füllständen der Fall ist.

Der Kapazitätswert der Referenzkapazität oder allgemein einer Kapazität zur Erfassung der Kraftstoffqualität wird absolut erfasst, wobei sichergestellt sein muss, dass die zur Messung verwendete Kapazität vollständig mit Kraftstoff gefüllt ist, oder es wird bei bekannter teilweiser Füllung das Messergebnis korrigiert.

Bei Verwendung eines Füllstandgebers mit einer ausreichenden Genauigkeit im Bereich geringer Füllstände, insbesondere durch Verwendung eines kapazitiven Füllstandgebers, kann mit diesem Füllstandgeber sowohl die Füllstandanzeige angesteuert werden als auch eine Sicherheitsabschaltfunktion realisiert werden, bei der rechtzeitig vor vollständiger Entleerung des Behälters eine Förderpumpe abgeschaltet wird oder ein Einschalten verhindert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden bei der Auswertung des Ausgangssignals des Füllstandgebers Korrekturfaktoren berücksichtigt. Die Korrekturfaktoren können sowohl in Bezug auf die Ansteuerung der Füllstandsanzeige als auch bei der Überwachung des Füllstands zum Abschalten einer Förderpumpe berücksichtigt werden. Die Korrekturfaktoren betreffen insbesondere Faktoren, die das Ausgangssignal des Füllstandgebers beeinflussen. Diese Korrekturfaktoren können beispielsweise die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs betreffen, da abhängig von insbesondere Beschleunigungen und Neigungen des Kraftfahrzeugs sich die Flüssigkeit in dem Behälter bewegt und so sich auf das Ausgangssignal des Füllstandgebers auswirkt. Weiterhin können Korrekturfaktoren auch sich auf Betriebsmerkmale des Kraftfahrzeugs, beispielsweise die Drehzahl oder das Moment des Motors, richten.

Die Korrekturfaktoren können auf verschiedene Weise berücksichtigt werden. Zum Einen kann eine Auswertung des Ausgangssignals zur Ansteuerung der Füllstandsanzeige und/oder zur Überwachung des Grenzwerts für den Füllstand bei bestimmten Bedingungen der Korrekturfaktoren gänzlich unterbleiben, um eine falsche Auswertung zu verhindern. In einem solchen Fall kann das zuletzt gewonnene Ausgangssignal des Füllstandgebers beibehalten werden, um beispielsweise eine Unterbrechung der Füllstandsanzeige zu verhindern. Daneben können die Korrekturfaktoren auch zur Korrektur des Ausgangssignals herangezogen werden. Dazu ist in der Regel jedoch Kenntnis darüber erforderlich, wie der Korrekturfaktor sich auf das Ausgangssignal auswirkt. Beispielsweise kann bei einer gemessenen Beschleunigung berechnet werden, wie sich die Flüssigkeit in dem Behälter bewegt und wie sich diese Bewegung auf den vom Füllstandsgeber gemessenen Füllstand und somit auf das Ausgangssignal auswirkt und diese Auswirkung zur Korrektur des Ausgangssignals verwendet werden, um dennoch eine korrekte Ermittlung des Füllstands des Behälters zu erhalten.

Mit Hilfe einer unterdrückten Auswertung des Ausgangssignals kann beispielsweise bei Kurvenfahrten, starker Neigung oder einer starken Beschleunigung insbesondere verhindert werden, dass bei niedrigem Füllstand von Kraftstoff im Kraftstoffbehälter die Kraftstoffpumpe irrtümlicherweise abgeschaltet wird.

Die Korrekturfaktoren betreffend die Fahrdynamik können beispielsweise die Querbeschleunigung, eine Rotation, die Längsbeschleunigung oder auch die Geschwindigkeit sein. Den Betrieb des Kraftfahrzeugs kennzeichnende Korrekturfaktoren können das Verbrauchssignal, die Drehzahl, der Lastfaktor oder die Temperatur sein. Zusätzlich können auch Bedienhandlungen des Fahrers wie z.B. der eingestellte Lenkwinkel berücksichtigt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein schematisches System zur Ermittlung eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter zusammen mit einer Förderpumpe zur Entnahme der Flüssigkeit.

Das dargestellte System zeigt zwei miteinander verbundene Behälter 2, 3 eines Kraftfahrzeugs, in denen sich eine Flüssigkeit 11 befindet. Die Flüssigkeit 11 ist Kraftstoff zum Betrieb des Kraftfahrzeugs. Jedem Behälter 2, 3 ist ein Füllstandgeber 1, 2 zugeordnet.

An beide Behälter 3, 4 ist eine Förderpumpe 12 angeschlossen, die die Flüssigkeit 11 bzw. den Kraftstoff 11 zu einem nicht dargestellten Motor des Kraftfahrzeugs liefert. Die beiden Füllstandgeber 1, 2 sind kapazitiver Art und umfassen jeweils einen Messkondensator und einen Referenzkondensator, die eine Referenzkapazität bzw. eine Messkapazität bilden. Die jeweiligen Kondensatoren sind so ausgebildet, dass in dem Raum zwischen den beiden Platten bzw. Elektroden die Flüssigkeit 11 eintreten kann. Weiterhin sind die Elektroden der Kondensatoren isoliert. Der Referenzkondensator ist an einem tiefen Punkt in dem jeweiligen Behälter 3, 4 angeordnet, so dass sich bis nahezu zuletzt die Flüssigkeit 11 in diesem Kondensator befindet. Der Messkondensator ist darüber angeordnet und erstreckt sich über den gesamten restlichen Höhenbereich des jeweiligen Behälters 3, 4. Abhängig vom Füllstand der Flüssigkeit 11 im Behälter 3, 4 ist der Platten- bzw. Elektrodenzwischenraum der Messkapazität bzw. des Messkondensators mehr oder weniger mit Flüssigkeit 11 gefüllt. Da die Luft anstelle der Flüssigkeit 11 eine andere Dielektrizitätskonstante aufweist, verändert sich abhängig mit dem Füllstand der Flüssigkeit 11 die Kapazität des Messkondensators. In einer Messelektronik des jeweiligen Füllstandgebers 1, 2 werden abhängig von den beiden Kapazitäten Impulsfolgen erzeugt, deren Frequenz abhängig von der jeweiligen Kapazität ist. Die beiden Impulsfolgen werden miteinander verglichen und so ein Maß für den Füllstand ermittelt und entsprechend ein Ausgangssignal erzeugt und ausgegeben.

Die Ausgangssignale der beiden Füllstandgeber 1, 2 werden zum einen zu einer Anzeigevorrichtung 5 geleitet, die in Abhängigkeit der Ausgangssignale der beiden Füllstandgeber 1, 2 den Füllstand anzeigt.

Weiterhin werden die Ausgangssignale der beiden Füllstandgeber 1, 2 zu einer Auswerteschaltung 6 geleitet, die die beiden Ausgangssignale dahingehend überwacht, ob der Füllstand in dem jeweiligen Behälter unter einen gewissen Grenzwert sinkt. Sobald in einem der beiden Behälter 3, 4 der Füllstand der Flüssigkeit 11 unter den Grenzwert sinkt und dies von der Auswerteschaltung 6 durch Auswertung der Ausgangssignale der Füllstandgeber 1, 2 erkannt wird, steuert die Auswerteschaltung 6 eines der beiden Relais 7, 8 an, welche jeweils einem der beiden Füllstandgeber zugeordnet sind.

Die beiden Relais 7, 8 sind in Serie mit der Stromzufuhr für die Förderpumpe 12 geschaltet, so dass bei Ansteuern wenigstens eines der beiden Relais 7, 8 die Stromzufuhr zur Förderpumpe 12 unterbrochen und sie auf diese Weise abgeschaltet wird. Die Auswerteschaltung 6 umfasst weiterhin zwei Abschaltanzeigen 9, 10, die ein Ansteuern des entsprechenden Relais 7, 8 bzw. das Unterschreiten des Füllstands in einem der Behälter 3, 4 anzeigen.

Die Auswerteschaltung 6 wird weiterhin mit Korrektursignalen bzw. Korrekturfaktoren beaufschlagt, die die Querbeschleunigung, die Längsbeschleunigung, die Rotationsgeschwindigkeit um die drei Raumachsen bezogen auf das Kraftfahrzeug, die Drehzahl des Motors, den Lastfaktor und den Lenkwinkel bezeichnen. Dabei ist die Auswerteschaltung 6 so eingerichtet, dass bei Auftreten bestimmter Bedingungen der Korrektursignale eine Auswertung der Ausgangssignale der beiden Füllstandgeber 1, 2 unterbleibt. Die Auswertung der Ausgangssignale unterbleibt insbesondere in Bezug auf das Ansteuern der beiden Relais 7, 8 zum Abschalten der Förderpumpe 12, um zu verhindern, dass bei ungünstigen Fahr- oder Betriebssituationen des Kraftfahrzeugs die Förderpumpe 12 versehentlich abgeschaltet wird, obwohl ausreichend Kraftstoff 11 in den Behältern 3, 4 enthalten war.

Bei Eintretender Bedingungen der Korrektursignale, bei denen vorteilhafterweise eine Auswertung der Ausgangssignale unterbleibt, sendet die Auswerteschaltung 6 an die Füllstandsanzeige 5 ein entsprechendes Signal, so dass diese den zuletzt angezeigten Füllstand weiterhin anzeigt, um eine falsche Anzeige des Füllstands zu vermeiden. Wenn die vorgenannten Bedingungen der Korrektursignale wegfallen, d.h. eine sichere Ermittlung des Füllstands der Behälter 3, 4 durch Auswertung der Auswertesignale möglich ist, wird die Auswertung in Bezug auf das Ansteuern der beiden Relais 7, 8 und das Ansteuern der Füllstandsanzeige 5 wieder aufgenommen.

1,2: Füllstandgeber
3, 4: Behälter
5: Füllstandanzeige
6: Auswerteschaltung
7, 8: Relais
9, 10: Abschalteanzeige
11: Flüssigkeit
12: Förderpumpe

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Füllstands einer Flüssigkeit (11) in einem Behälter (3, 4) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Verfahren in Abhängigkeit eines Ausgangssignals wenigstens eines dem Behälter (3, 4) zugeordneten Füllstandgebers (1, 2) eine Füllstandsanzeige (5) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Füllstandgebers (1, 2) dahingehend überwacht wird, ob der Füllstand der Flüssigkeit (11) im Behälter (3, 4) einen Grenzwert unterschreitet, und in diesem Fall der Betrieb einer Förderpumpe (12) zur Entnahme von Flüssigkeit (11) aus dem Behälter (3, 4) beendet oder blockiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandgeber (1, 2) ein kapazitiver Füllstandgeber ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandgeber (1, 2) eine Messkapazität, eine Referenzkapazität und eine Messelektronik aufweist, wobei die Messelektronik in Abhängigkeit der Messkapazität eine erste Impulsfolge und in Abhängigkeit der Referenzkapazität eine zweite Impulsfolge erzeugt und die Messkapazität und die Referenzkapazität sich im Behälter (3, 4) auf unterschiedlichen Höhen befinden und derart eingerichtet sind, dass deren Kapazitätswerte in Abhängigkeit des Vorhandenseins der Flüssigkeit (11) innerhalb der Messkapazität bzw der Referenzkapazität veränderlich sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkapazität mehrere Messelektroden und wenigstens eine Gegenelektrode umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale mehrerer Füllstandgeber (1, 2) miteinander verknüpft werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des Ausgangssignals des wenigstens einen Füllstandgebers (1, 2) zur Ansteuerung der Füllstandsanzeige (5) und/oder zur Überwachung dahingehend, ob der Füllstand der Flüssigkeit (11) in dem Behälter (3, 4) einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, in Abhängigkeit von Korrekturfaktoren geschieht, die die Bewegung oder Ori entierung des Kraftfahrzeugs oder eine Betriebseigenschaft des Kraftfahrzeugs betreffen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei bestimmten Bedingungen der Korrekturfaktoren das Ausgangssignal des Füllstandgebers (1, 2) nicht ausgewertet wird.
System zum Ermitteln eines Füllstands einer Flüssigkeit (11) in einem Behälter (3, 4) eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem dem Behälter (3, 4) zugeordneten Füllstandgeber (1, 2), einer Füllstandsanzeige (5), einer Auswerteschaltung (6), die derart eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit eines Ausgangssignals des Füllstandgebers (1, 2) die Füllstandsanzeige (5) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (6) weiterhin derart eingerichtet ist, dass sie das Ausgangssignal des Füllstandgebers (1, 2) dahingehend überwacht, ob der Füllstand der Flüssigkeit (11) in dem Behälter (3, 4) einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, und in diesem Fall den Betrieb einer Förderpumpe (12) zur Entnahme von Flüssigkeit (11) aus dem Behälter (3, 4) beendet oder verhindert.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.