Es ist aus dem Stand der Technik
bekannt, den Füllstand
einer Flüssigkeit
in einem Tank mit Hilfe von Drucksensoren zu ermitteln. Insbesondere durch
Ermittlung der Druckdifferenz zwischen zwei Messpunkten kann die
Höhe einer
Wassersäule
gemessen werden.
Auch in mit Harnstoff-Wasser-Lösungen gefüllten Tanks
ist es bekannt, den Füllstand
der Tanks zu ermitteln. So wird der Füllstand eines Tanks, gefüllt mit
Harnstoff-Wasser-Lösung, mit
Hilfe der sogenannten Echolot-Methode ermittelt. Ein vom Echolot ausgehender
Ultraschall-Impuls wird vom Boden des Tanks ausgesandt und an der
Flüssigkeitsoberfläche reflektiert.
Aus der bekannten Laufzeit der Schallwellen in der Flüssigkeit
wird der Füllstand
ermittelt. Diese Methode weist mehrere Nachteile auf. Zum einen ist
diese Methode kostenintensiv. Ein Echolot, welches Materialien aufweist,
die gegenüber
einer Harnstofflösung
resistent sind, ist teuer herzustellen. Zum anderen kann das Echolot
insbesondere bei großen Füllhöhen wegen
des daraus resultierenden hohen Stromverbrauchs nicht mit Batterien
betrieben werden. Dies verursacht erhöhten Energieaufwand und beeinflusst
somit beispielsweise den Energieverbrauch einer Brennkraftmaschine.
Außerdem
ist diese Methode nur bei Tanks einsetzbar, bei denen die Ultraschall-Wellen
nicht durch Hindernisse an ihrer Ausbreitung gehindert bzw. reflektiert
werden. Dies reduziert die möglichen
Bauformen des Tanks erheblich.
Eine weitere Methode der Füllstandsmessung
in Flüssigkeitstanks
stellt die Druckmessung mit kapazitiven Sensoren dar. Bei der Druckmessung
mit kapazitiven Sensoren macht man sich die Abstandsänderung
der beiden Kondensatorplatten in Abhängigkeit vom Druck zu Nutze.
Problematisch sind auch hier die relativ hohen Kosten. Der Einsatz
von kapazitiven Sensoren in einer Harnstofflösung verursacht hohe Kosten,
da spezielle harnstoffresistente Kondensatorplatten benötigt werden.
Desweiteren muss der Sensor gegen das Gefrieren der Harnstoff-Wasser-Lösung resistent
sein.
Aus der
DE 197 55 056 A1 ist bekannt,
einen Referenzdruck durch Auffüllen
eines Messrohrs bis zu einer bestimmten Höhe bereitzustellen.
Nachteilig beim bekannten Stand der
Technik ist, dass eine zuverlässige
Messung des Füllstands
nur bei zusätzlicher
Bereitstellung einer Flüssigkeitssäule von
bekannter Höhe
möglich
ist.
Vorteile der
Erfindung
Der Gegenstand des unabhängigen Anspruchs
hat demgegenüber
den Vorteil eines einfachen und robusten Aufbaus, der insbesondere
hinsichtlich der Erstarrung einer als Flüssigkeit verwendeten Harnstoff-Wasser-Lösung bei –11 Grad
Celsius von Bedeutung ist. Der erfindungsgemässe Differenzdrucksensor kann
insbesondere zur kontinuierlichen Messung der Höhe der Flüssigkeit in einem Tank für ein Dosiersystem
für aggressive
Flüssigkeiten
verwendet werden und ist bei unterschiedlichen Tankformen einsetzbar.
Weitere Vorteile ergeben sich durch
die weiteren in den abhängigen
Ansprüchen
und in der Beschreibung genannten Merkmale.
Durch die Maßnahme, einen Differenzdrucksensor
mit zumindest einem ersten, nicht verformbaren, flüssigkeitsresistenten
Drucküberträger insbesondere
zur Messung des Drucks am Boden des Tanks zu schaffen, ist es auf
einfache und kostengünstige
Art und Weise möglich,
die Höhe
auch aggressiver Flüssigkeiten
in einem Tank für
ein Dosiersystem zu bestimmen, wobei die Form des Tanks beliebig
sein kann.
Der Drucküberträger ist insbesondere gegenüber Harnstoff-Wasser-Lösung bzw.
gegen Flüssigkeiten
resistent, die als Reduktionsmittel zur Reduktion von NOX in Abgasen von Brennkraftmaschinen eingesetzt
werden. Der Drucküberträger verläuft über die
gesamte Höhe
des Tanks bis hin zum Boden. Drucküberträgern zugehörige Leitungen können innerhalb
oder außerhalb
des Tanks angeordnet sein. Die Form des Drucküberträgers kann je nach Ausgestaltung
des Tanks beliebig sein. Der Drucküberträger weist ein Material auf,
welches durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit nicht verformbar ist.
Vorteilhaft ist, dass der Differenzdrucksensor zumindest
einen ersten, durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit
möglichst
leicht verformbaren Druckaufnehmer, insbesondere eine Membran, aufweist.
Die druckdichten Drucküberträger können durch
einen leicht verformbaren Druckaufnehmer, insbesondere eine flexible
Membran, die aus Gummi, Kunststoff oder Metall bestehen kann, in
zwei Kammern unterteilt werden. Eine Kammer ist mit der Messeinheit
des Differenzdrucksensors verbunden. Unterscheidet sich der Druck
in den Kammern, so wölbt
sich die Membran in Richtung des geringeren Drucks. In weiterer
Ausgestaltung der Erfindung kann ein Druckaufnehmer als Faltenbalg
mit geringer Federkonstante ausgebildet sein. Alternativ wäre eine
Ausbildung als ein mit Flüssigkeit
gefüllter
Ballon bzw. ein Säckchen
aus einer reißfesten
Folie oder einem reißfesten
Gewebe denkbar.
Bei Verwendung nur eines Druckaufnehmers oben
im Tank ist eine Anordnung der Meßeinheit des Differenzdrucksensors
unten zweckmäßig, eine
umgekehrte Anordnung, also ein Drucküberträger unten im Tank und die Anbringung
der Meßeinheit
des Differenzdrucksensors oben wäre
auch denkbar. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist also
vorgesehen, dass zumindest der die Höhendifferenz überwindende
Drucküberträger mit
einem Druckaufnehmer verschlossen wird.
Durch das Abschließen des
die Höhendifferenz
des Tanks überwindendenden
Drucküberträgers mit
einem Druckaufnehmer wird das Problem einer zufälligen Signaländerung,
das sich bei einer offenen Leitung ergibt, vermieden. Der Differenzdrucksensor bildet
ein geschlossenes System, wobei sich in dem System das druckübertragende
Medium befindet. Eine offene Leitung hätte zum Nachteil, dass sie
eine Flüssigkeitsfalle
darstellen würde.
In diese kann durch Schwappen des Tankinhalts oder Kondensation
aus der Gasphase Flüssigkeit
hineinbefördert werden.
Umgekehrt kann in der Leitung befindliche Flüssigkeit durch Stöße aus der
Leitung heraus befördert
werden. Hierdurch ergeben sich zufällige Signaländerungen,
die eine Füllstandsmessung
stören.
Der Differenzdrucksensor weist vorteilhafterweise
zumindest einen durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit
nicht verformbaren, flüssigkeitsresistenten,
zweiten Drucküberträger auf.
Dieser zweite Drucküberträger kann
in gleicher Weise wie der erste Drucküberträger mit einem Druckaufnehmer
abgeschlossen werden. Bei zwei Druckaufnehmern kann die Meßeinheit
des Differenzdrucksensors in beliebiger Höhe positioniert sein. Werden zwei
Druckaufnehmer verwendet, so hat dies den Vorteil, daß die verwendete
Meßeinheit
des Differenzdrucksensors nicht gegen die in dem Tank vorhandene
Flüssigkeit,
sondern lediglich gegen das in den Drucküberträgern vorhandene Medium resistent sein
muß. Dies
kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die im Tank vorhandene
Flüssigkeit
gefrieren kann. Wird eine in entsprechender Weise gegen die im Tank
vorhandene Flüssigkeit
resistente Meßeinheit
des Differenzdrucksensors verwendet, so kann auf den zweiten Druckaufnehmer
verzichtet werden. Es ist auch möglich,
auf den zweiten Drucküberträger zu verzichten,
wenn die Meßeinheit
des Differenzdrucksensors direkt mit der im Tank vorhandene Flüssigkeit
oder der darüber
befindlichen Gasphase in Kontakt gebracht werden kann.
Zweckmäßigerweise weisen sowohl der
erste Drucküberträger, als
auch der zweite Drucküberträger die
Form eines länglichen
Hohlprofils auf. In diesem Hohlprofil befindet sich ein druckübertragendes
Medium. Dies kann beispielsweise Luft oder Öl sein.
Idealerweise ist ein Druckaufnehmer,
der sogenannte Mess-Druckaufnehmer,
am Boden des Behälters
angeordnet. Ein zweiter Druckaufnehmer, der sogenannte Referenz-Druckaufnehmer, befindet
sich im oberen Bereich des Tanks, nahe der Tankoberseite. Der Referenz-Druckaufnehmer
dient der Messung des Gasdrucks oberhalb des Flüssigkeitspegels, um eine temperaturunabhängige und
damit sichere Bestimmung der Füllhöhe im Tank
zu gewährleisten.
Durch die Ausdehnung des Mess-Druckaufnehmers
am Boden des Tanks wird der Messeinheit des Differenzdrucksensors über das
druckübertragende
Medium ein Signal übermittelt.
Um ein von Temperaturschwankungen unabhängiges Signal zu erhalten,
sollte sich das druckübertragende
Medium ausdehnen oder zusammenziehen können, ohne dass der Druck innerhalb
des Drucküberträgers bzw. des
Druckaufnehmers vom Umgebungsdruck abweicht. Das druckübertragende
Medium ist so beschaffen, dass Druckschwankungen in der Umgebung
nicht dazu führen,
dass der Druck innerhalb des Drucküberträgers bzw. des Druckaufnehmers
sich vom Umgebungsdruck unterscheidet. Die Druckaufnehmer weisen
Idealerweise eine möglichst
geringe Federkonstante auf. Weiterhin hat das druckübertragende
Medium eine möglichst
geringe Kompressibilität
und einen möglichst
geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
Zweckmäßigerweise ist das Material
eines Drucküberträgers und
eines Druckaufnehmers gegen die Flüssigkeit im Tank, insbesondere
gegen Harnstoff, resistent. Von Vorteil ist es, wenn das Material
eines Drucküberträgers und
eines Druckaufnehmers ein harnstoffresistenter Thermoplast bzw. harnstoffresistentes
Elastomer oder Metall ist. Thermoplaste, wie beispielsweise IXEF,
PA66, PTFE, PPS-Zusammensetzungen,
PEEK oder PVDF, erweisen sich als besonders geeignete Materialien,
die insbesondere gegenüber
Harnstoff resistent sind. Aber auch Elastomere, wie BR, CR, HNBR,
NR, FPM, EPDM oder NBR, sowie Metalle, wie V4A-Stahl, sind geeignete
Materialien.
Ein Abgleich der Kennlinie des Differenzdrucksensor
ist möglich,
wenn sowohl der Mess-Druckaufnehmer als auch der Referenz-Druckaufnehmer
so in dem Tank angeordnet sind, dass die Flüssigkeit im Tank beide Druckaufnehmer
umschließen
kann, wenn der Tank vollständig
gefüllt
ist. Der Abgleich der Kennlinie erfolgt, wenn der Tankstand höher steigt
als der Referenz-Druckaufnehmer. Dann ist das Signal an der Messeinheit
des Differenzdrucksensors unabhängig
von der Füllhöhe des Tanks.
Der Abgleich ist auch dann möglich,
wenn wie oben geschildert, auf einen zweiten Druckaufnehmer bzw. Drucküberträger verzichtet
wird. In diesem Falle muß der
Tank soweit mit Flüssigkeit
gefüllt
sein, daß der Flüssigkeitspegel
sowohl den Druckaufnehmer als auch die Meßeinheit des Referenzdrucksensors übersteigt.
Von großem Vorteil ist es, dass der
Differenzdrucksensor in einem Dosiersystem einsetzbar ist, welches
an einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines
Fahrzeugmotors, angeschlossen ist.
Weiterhin vorteilhaft ist es, dass
der Differenzdrucksensor in Flüssigkeiten,
die als Reduktionsmittel zur Verringerung der NOX-Emissionen
des Abgases einer Brennkraftmaschine dienen, einsetzbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführung der
Erfindung sind die Druckaufnehmer und im Tank angebrachte Drucküberträger durch
einen mechanischen Schutz, insbesondere durch eine Ummantelung geschützt. Dadurch
ist gewährleistet,
dass die Druckaufnehmer und Drucküberträger gegen ein etwaiges Umherschlagen
von gefrorenen Blöcken
aus Harnstoff-Wasser-Lösung geschützt ist.
Des weiteren kann der erfindungsgemäße Differenzdrucksensor
zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit verwendet werden.
Im Falle des Harnstoff-Dosiersystems lässt sich mit einer derartigen Verwendung
in einfacher Weise erkennen, ob der Tank mit einer anderen Flüssigkeit
als Harnstoff-Wasser-Lösung, z.
B. mit Wasser- oder Dieselkraftstoff, gefüllt wurde. Die Dichte des druckübertragenden
Mediums ist möglichst
gleich der des vom Fahrzeugnutzer in den Tank zu füllenden
flüssigen Mediums.
Durch diese Maßnahme
werden mögliche, durch
Schrägstellen
oder Beschleunigen des Fahrzeugs hervorgerufene Messfehler minimiert.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung
des Differenzdrucksensors kann vorgesehen sein, die beiden Drucküberträger nicht
senkrecht übereinander
sondern in zwei Raumrichtungen versetzt anzuordnen. Bei einem schrägstehenden
Fahrzeug würde sich
bei einer derartigen Anordnung der Drucküberträger kein systematischer Messfehler
ergeben (aufgrund zu geringer effektiver Messhöhe wird keine systematisch
zu geringe Dichte oder Füllhöhe angezeigt).
Die effektive Messhöhe
wird in zufälliger
Weise wechselnd erhöht
und erniedrigt. Die Auswertung des Signals erfolgt durch Mittelung über mehrere Messwerte,
somit ergibt sich ein korrektes Signal.
Zeichnung
Weitere Einzelheiten und Vorteile
des Differenzdrucksensors ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und der zugehörigen
Zeichnung, in der bevorzugte Differenzdrucksensoren mit den dazu
notwendigen Einzelheiten dargestellt sind. Es zeigen
1 einen
Differenzdrucksensor in einem Tank für aggressive Flüssigkeiten
eines Dosiersystems,
2 einen
Differenzdrucksensor in einem Tank für aggressive Flüssigkeiten
eines Dosiersystems, in einem alternativen Ausführungsbeispiel, und
3 einen
Differenzdrucksensor in einem Flüssigkeitstank,
bei dem der zweite Druckaufnehmer zur Messung eines Gasdruckes eingesetzt
wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen
1 zeigt
ein Dosiersystem 4 mit einer Dosiervorrichtung 9 und
einem Tank 3 für
aggressive Flüssigkeiten 2.
Die Flüssigkeit 2 gelangt
von dem Tank 3 über
eine Leitung 10 zu der Dosiervorrichtung 9. Das
Dosiersystem 4 ist einsetzbar, um Flüssigkeit, insbesondere Reduktionsmittel,
in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine zu befördern, damit
dadurch die NOX-Emission des Abgases verringert werden kann.
Der Differenzdrucksensor 1 zeigt
den Füllstand
der Flüssigkeit 2 im
Tank 3 des Dosiersystems 4 an. Der Differenzdrucksensor 1 weist
einen ersten Drucküberträger 5 auf,
welcher von der oberhalb des Tanks 3 liegenden Messeinheit 11 des
Differenzdrucksensor 1 über
die gesamte Höhe
des Tanks 3 bis zum Boden des Tanks 3 verläuft. Am
Ende des ersten Drucküberträgers 5 ist
ein erster Druckaufnehmer 7 angeordnet. Der erste Druckaufnehmer 7 weist ein
leicht verformbares Material auf. Dieser Druckaufnehmer 7 stellt
den Mess- Druckaufnehmer dar. Der zweite Druckaufnehmer 12 befindet
sich im oberen Bereich des Tanks 3 und stellt den Referenz-
Druckaufnehmer dar. Der Differenzdrucksensor 1 bildet ein geschlossenes
System. Drucküberträger 5, 6 und Druckaufnehmer 7, 12 umschließen ein
druckübertragendes
Medium 8 dicht. Das druckübertragende Medium 8 überträgt Druckänderungen
am ersten Druckaufnehmer 7 an die Messeinheit 11 weiter.
In Abhängigkeit
vom hydrostatischen Druck am Druckaufnehmer 7 kann die
Füllstandshöhe der Flüssigkeit 2 in
dem Tank 3 wie folgt ermittelt werden.
Der von der Messeinheit 11 gemessene
Differenzdruck Δp
errechnet sich wie folgt:
Δp = pmeß – pref mit pmeß = ρflghfl – ρÜbghges + pUmgebung und pref = –ρÜbghref + pUmgebung falls
hfl < hges – href pref = ρflg(hfl – hges + pref) – ρÜbghref + pUmgebung falls hfl > hges – href wobei: h = Höhe,
g = Erdbeschleunigung,
ρ = Dichte
mit
den Indizes: meß:
Messseite,
ref: Referenzseite,
ges: Gesamthöhe des Tanks
Üb: Druckübertragendes
Medium
fl: Flüssigkeit
im Tank
Fällt
der Flüssigkeitspegel
unter den zweiten (Referenz-) Druckaufnehmer 12, also hfl < hges – href, so ergibt sich für den gemessenen Differenzdruck Δp: Δp
= ρflghfl – ρÜbg
(hges – href)
Der gemessenen Differenzdruck Δp ist folglich
linear von der Füllstandshöhe hfl der Flüssigkeit 2 im
Tank 3 abhängig.
Da die übrigen
Größen in obiger Gleichung
bekannt sind, ergibt sich hieraus die jeweilige Füllstandshöhe der Flüssigkeit.
Für
den Fall, dass die Füllstandshöhe der Flüssigkeit über den
zweiten (Referenz-) Druckaufnehmer 12 liegt, ergibt sich
für den
gemessenen Differenzdruck Δp: Δp
= –ρÜb (hges – href) + ρfl (hges – pref)
Es ist ersichtlich, dass der gemessene
Differenzdruck von der tatsächlichen
Füllstandshöhe hfl der Flüssigkeit 2 in
diesem Fall nicht mehr abhängt.
Ein Abgleich der Kennlinie des Differenzdrucksensors 1 kann
erfolgen, wenn der Tankstand höher
steigt als der Referenzdruck-Druckaufnehmer. Das Signal wird dann
von der Füllhöhe unabhängig.
Ein voller Tank läßt sich von einem Steuergerät erkennen,
wenn zum einen eine plötzliche
Zunahme des Tankstands erkannt wird und zum anderen eine Flüssigkeitsmenge
dem Tank entnommen wird, ohne dass eine Änderung im Differenzdrucksignal beobachtet
wird. Die Entnahme der Flüssigkeit
lässt sich
zum Beispiel im Fall eines Dieselkraftstofftanks verfolgen, indem
die dem Motor zugeführte
Kraftstoffmenge im Steuergerät
verfolgt wird.
Als weiteres Kriterium für einen
vollen Tank kann herangezogen werden, dass bei Fahrbetrieb keine
oder nur geringe Schwankungen des von der Messeinheit 11 gemessenen
Differenzdrucksignals beobachtet werden.
Der in 2 gezeigte
Differenzdrucksensor 1' des
Dosiersystems 4 weist weitgehend dieselben Komponenten
wie der Differenzdrucksensor 1 aus 1 auf. An dem ersten Ducküberträger 5 ist
zusätzlich
eine Abzweigung 20 vorgesehen, welche den ersten Drucküberträger 5 und
den ersten Druckaufnehmer 7 mit einer Messeinheit zur Dichtemessung 21 verbindet.
Die Messeinheit zur Dichtemessung 21 weist einen dritten
Drucküberträger 25 auf. Am
Ende des dritten Drucküberträgers 25 ist
ein dritter Druckaufnehmer 27 angeordnet. Der dritte Druckaufnehmer 27,
welcher zur Messung der Dichte der Flüssigkeit 2 ausgebildet
ist, ist über
die Messeinheit zur Dichtemessung 21 mit dem ersten Druckaufnehmer 7,
welcher im unteren Bereich des Tanks 3 angeordnet ist,
vereinigt. Bei einer hinreichend genauen driftfreien Messeinheit
zur Dichtemessung 21 kann, ohne dass ein Abgleich erforderlich
ist, die Dichtemessung bei vollem Tank 3 geschehen.
Die mathematische Beschreibung erfolgt
gemäß der oben
angegebenen Formeln für
den Fall hfl > hges – href. Auf den zweiten Drucküberträger 6 und die
Messeinheit des Differenzdrucksensors 11 kann verzichtet
werden, wenn die dargestellte Einrichtung ausschließlich zur
Dichtemessung verwendet werden soll. Im Falle des erfindungsgemäßen Harnstoff-Dosiersystems 4 kann
das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel
dazu verwendet werden, einen Nachweis dafür zu liefern, dass der Tank 3 mit
einer anderen Flüssigkeit
als Harnstoff-Wasser-Lösung befüllt worden
ist. Es ist beispielsweise denkbar, dass Wasser oder Dieselkraftstoff
in den Tank 3 geraten könnte.
In vorteilhafter Variante ist die Dichte des druckübertragenden
Mediums 8 möglichst
gleich der Dichte der in den Tank 3 zu füllenden
Flüssigkeit 2. Somit
werden durch Schrägstehen
oder Beschleunigung des Fahrzeugs während des Fahrbetriebes hervorgerufene
Messfehler minimiert.
3 zeigt
eine alternative mit einem Tank und einem Dosiersystem verbundene
Differenzdrucksensoranordnung. Am Boden des Tanks befindet sich,
beispielsweise zentral angeordnet, ein erstes Druckaufnahmeelement 77,
und in einer Höhe
H über
dem Boden des Tanks ist ein zweites Druckaufnahmeelement 78 angeordnet.
Der Tank ist hierbei so bemessen, dass seine maximale Füllhöhe, bei
der der Tank als „voll" definiert ist, kleiner
ist als die Höhe H,
so dass das zweite Druckaufnahmeelement auch bei vollem Tank sich
oberhalb des Flüssigkeitspegels befindet.
Das zweite Druckaufnahmeelement 78 ist über eine Signalleitung 79 mit
einer Auswerteschaltung 80 verbunden, ebenso ist das erste
Druckaufnahmeelement 77 mit der Schaltung 80 verschaltet. Am
Ausgang der Schaltung 81 ist eine Drucksignalleitung angeschlossen,
die mit einem Signaleingang eines nicht näher dargestellten Steuergeräts verbunden
ist. Der Tank 3 weist im oberen Bereich einen Einfüllstutzen 82 auf.
In Bodennähe
ist eine Leitung 88 angeschlossen, die über eine Förderpumpe 84 zu einem
elektrisch über
das Steuergerät
ansteuerbaren Dosierventil 87 führt. Über das Dosierventil kann die
im Tank enthaltene Flüssigkeit
beispielsweise in den Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs eingeführt werden.
Zwischen Dosierpumpe und Dosierventil zweigt eine Rücklaufleitung 83 von
der Leitung 88 ab, die über
einen Leitungsdrucksensor 85 und einen Druckregler 86 zum
oberen Bereich des Tanks zurückführt.
Das nicht näher dargestellte Steuergerät steuert
die Funktion der elektrisch ansteuerbaren Förderpumpe, des elektrisch ansteuerbaren
Dosierventils und des elektrisch ansteuerbaren Druckreglers in Abhängigkeit
vom Signal des Leitungsdrucksensors 85 und weiterer hier
nicht näher
dargestellter Daten wie beispielsweise der Drehzahl, der Last des Kraftfahrzeugmotors
und gegebenenfalls weiterer Signale von im Abgastrakt angeordneten
Abgassensoren. Das an der Drucksignalleitung 81 anliegende
Signal dient dem Steuergerät
zur Erkennung des Füllstands
im Tank, so dass eine Tankstandsanzeige damit gesteuert werden kann
oder dass rechtzeitig vor dem Erreichen eines gewissen unteren Pegels
eine Warnung im Armaturenbrett eines Lastkraftwagens ausgegeben
werden kann, dass beispielsweise eine 32,5-ige Harnstoff-Wasser-Lösung nachgefüllt werden
muss, um weiterhin eine den gesetzlichen Normen genügende Abgasnachbehandlung
zu gewährleisten.
Die Füllstandshöhe und das Drucksignal des Druckaufnahmeelements 77 sind
hierbei je nach Tankausführung
spezifisch und in einer Kennlinie im Steuergerät hinterlegt. Die Erfassung
des Füllstands erfolgt
vorzugsweise bei stehendem Fahrzeug beim Tanken oder im Leerlauf,
um Fehler durch schwappendes Reduktionsmittel beim Fahren auszuschliessen.
Bei erhöhter
Umgebungstemperatur bis zu 60 Grad Celsius kann sich durch den veränderten Dampfdruck
des Reduktionsmittels ein erhöhter Druck
im Tank einstellen, der das Füllstandssignal
in der Leitung 81 verfälschen
würde,
wenn es allein auf einem Signal des ersten Druckaufnahmeelements 77 beruhen
würde.
Dies wird dadurch kompensiert, dass der Gasdruck im oberen Bereich
des Tanks vom zweiten Druckaufnahmeelement 78 gemessen
und über
die Leitung 79 an die Auswerteschaltung 80 weitergeleitet
wird, so dass bei entsprechender Auslegung der Auswerteschaltung 80 ein
gasdruckkompensiertes Signal an der Leitung 81 anliegt,
das gemäss
dem oben angesprochenen im Steuergerät abgelegten Kennfeld ein eindeutiges
und temperaturunabhängiges
Mass für
die Füllhöhe ist.
In einer einfachen Ausführungsform
wird hierbei in der Auswerteschaltung 80 die Differenz
zwischen dem Signal des ersten Druckaufnahmeelements und dem Signal
des zweiten Druckaufnahmeelements gebildet. Um ein Leerfahren des
Tanks zu vermeiden, wird während der
Fahrt der Füllstand
des Tanks über
eine steuergerätinterne
Berechnung des Reduktionsmittelverbrauchs aktualisiert. Der Verbrauch
wird hierbei aus den Ansteuerdaten der Dosierung bzw. des Dosierventils
(Dosierdruck, Temperatur, Ansteuerdauer, Ansteuerfrequenz etc.)
ermittelt und laufend oder in bestimmten Abständen vom zuletzt tatsächlich gemessenen
Füllstand
subtrahiert. Die Differenz ergibt dann den neuen aktuellen Füllstand.
Bei stehendem Fahrzeug kann zusätzlich über eine
Druckmessung im Tank ein weiterer Abgleich bezüglich des Füllstandes durchgeführt werden.
Dies erhöht
die Sicherheit bei der Ermittlung des Füllstands für das Reduktionsmittel zur
Erfüllung
gesetzlich vorgegebener On-Board-Diagnose-Richtlinien.
In einer Abwandlung der Ausführungsform nach 3 kann die Auswerteschaltung 80 durch eine
besondere Ausgestaltung des Druckaufnahmeelements 77 ersetzt
werden, bei der die Signalleitung 79 durch eine luftdichte
Rohrleitung ersetzt wird, die den im oberen Bereich des Tanks herrschenden
Gasdruck zum Druckaufnahmeelement 77 führt. Das zweite Druckaufnahmeelement 78 wird
in diesem Fall durch ein Druckaufnahmemittel ersetzt, das durch
das in den oberen Teil des Tanks ragende offene Ende der Rohrleitung
gebildet ist. Das Druckaufnahmeelement 77 generiert dann
bei entsprechender mechanischer Bauweise ein elektrisches Signal,
das der Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsdruck am Boden des
Tanks und dem Gasdruck im oberen Bereich des Tanks entspricht.
Unter Druckaufnahmemittel werden
im Folgenden beispielsweise ein offenes Ende eines Drucküberträgers, ein
verformbares Teil (Druckaufnehmer) zum Verschluß des offenen Endes eines Drucküberträgers oder
ein Druckaufnahmeelement verstanden, das ein elektrisches Signal
liefert, das mit dem anliegenden Druck bzw. Differenzdruck korreliert.