DE112017004108T5

DE112017004108T5 - Messung der Eigenschaften und des Typs einer Flüssigkeit anhand einer temperaturabhängigen Änderungsrate einer Flüssigkeitsmessung

Info

Publication number: DE112017004108T5
Application number: DE112017004108.2T
Authority: DE
Inventors: Gregory P. Murphy; Mark Edward Kernien
Original assignee: SSI Technologies LLC
Current assignee: SSI Technologies LLC
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2019-05-02
Also published as: CN109564194A; US20180052086A1; US10422732B2; WO2018035099A1; US20190025176A1; US10444135B2; CN109564194B

Abstract

Ein System zur Messung der Eigenschaften einer Flüssigkeit. Das System umfasst einen Ultraschallsensor, einen Temperatursensor und einen Controller. Der Ultraschallsensor ist dazu ausgebildet, einen Ultraschallimpuls in die Flüssigkeit zu senden, ein Echo des Ultraschallimpulses zu empfangen und entsprechend dem empfangenen Echo ein Signal zu senden. Der Temperatursensor ist dazu ausgebildet, eine Temperatur der Flüssigkeit zu messen und entsprechend der Temperatur der Flüssigkeit ein Temperatursignal zu senden. Der Controller ist dazu ausgebildet, entsprechend der Ausgabe des Ultraschallimpulses und dem empfangenen Echo des Ultraschallimpulses eine Laufzeit zu bestimmen, das Temperatursignal zu empfangen, eine Eigenschaft der Flüssigkeit entsprechend der Laufzeit und dem Temperatursignal zu bestimmen, die Eigenschaft der Flüssigkeit mit einer Grundeigenschaft zu vergleichen und entsprechend dem Vergleich zwischen der Eigenschaft der Flüssigkeit und der Grundeigenschaft ein Signal zu senden.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität von der US-Patentanmeldung Nr. 15/238.936 , eingereicht am 17. August 2016, deren Inhalt hiermit durch Verweis vollständig aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die Ausgestaltungen betreffen die Messung der Eigenschaften einer Flüssigkeit.
ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Anlagen benötigen Flüssigkeiten (z.B. Öl, Kraftstoff, Dieselabgasflüssigkeit (DEF), Bremsflüssigkeit, Getriebeöl, Waschflüssigkeit, Kühlmittel usw.). Häufig besteht eine Systemanforderung darin, dass diese Flüssigkeiten bestimmte Eigenschaften erfüllen, z.B. bezüglich der Viskosität, Flüchtigkeit, Azidität/Alkalität und anderer. Eine Brennkraftmaschine und andere mechanische Vorrichtungen benötigen beispielsweise Öl, das bestimmte Eigenschaften aufweist, z.B. bezüglich der Viskosität. Öle werden häufig nach der Viskosität und für einen bestimmten Zweck klassifiziert. Wird in einer Brennkraftmaschine falsches Öl verwendet, so kann dies den Motor beschädigen. Die Viskosität von Flüssigkeiten, wie etwa Öl, wird üblicherweise mithilfe von Spezialinstrumenten, wie Viskosimetern und Rheometern gemessen. Diese Messgeräte messen die Viskosität mittels Glaskapillaren, der Drehung oder Schwingungen. Folglich sind sie im Allgemeinen nicht zur Verwendung in Fahrzeugen geeignet, die von Brennkraftmaschinen angetrieben werden, wo die Bedingungen oft durch hohe Temperaturen und Bewegung geprägt sind.
Daher wird gemäß einer Ausgestaltung ein System zur Messung der Eigenschaften einer Flüssigkeit bereitgestellt, das in einem Tank enthalten ist. Das System umfasst einen Ultraschallsensor, einen Temperatursensor und einen Controller. Der Ultraschallsensor ist dazu ausgebildet, einen Ultraschallimpuls in die Flüssigkeit auszugeben, ein Echo des Ultraschallimpulses zu empfangen und entsprechend dem empfangenen Echo ein Signal auszugeben. Der Temperatursensor ist dazu ausgebildet, eine Temperatur der Flüssigkeit zu messen und entsprechend der Temperatur der Flüssigkeit ein Temperatursignal auszugeben. Der Controller ist dazu ausgebildet, entsprechend der Ausgabe des Ultraschallimpulses und dem empfangenen Echo des Ultraschallimpulses eine Laufzeit zu bestimmen. Überdies ist der Controller dazu ausgebildet, das Temperatursignal zu empfangen, eine Eigenschaft der Flüssigkeit entsprechend der Laufzeit und dem Temperatursignal zu bestimmen, die Eigenschaft der Flüssigkeit mit einer Grundeigenschaft zu vergleichen und entsprechend dem Vergleich zwischen der Eigenschaft der Flüssigkeit und der Grundeigenschaft ein Signal auszugeben.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ein Verfahren zur Messung einer Eigenschaft einer in einem Messbereich enthaltenen Flüssigkeit bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Ausgeben eines Ultraschallimpulses durch die Flüssigkeit mittels eines Wandlers, das Empfangen eines Echos des Ultraschallimpulses mittels des Wandlers und das Bestimmen einer Laufzeit des Ultraschallimpulses mittels eines Controllers. Überdies umfasst das Verfahren das Messen einer Temperatur der Flüssigkeit mittels eines Temperatursensors und das Bestimmen einer Eigenschaft der Flüssigkeit entsprechend der Laufzeit und der Temperatur mittels des Controllers. Gemäß dem Verfahren vergleicht der Controller zudem die Eigenschaft der Flüssigkeit mit einer Grundeigenschaft und gibt entsprechend dem Vergleich zwischen der Eigenschaft und der Grundeigenschaft ein Signal aus.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ein Verfahren bereitgestellt, mit dem bestimmt werden kann, ob sich nach einem Zeitintervall zum Wechseln der Flüssigkeit die richtige Flüssigkeit in einem Tank befindet. Das Verfahren umfasst das Bestimmen mittels eines Controllers, ob die Flüssigkeit in dem Tank gewechselt worden ist, und das Bestimmen einer Eigenschaft der Flüssigkeit mittels des Controllers. Gemäß dem Verfahren vergleicht der Controller zudem die Eigenschaft der Flüssigkeit mit einer Grundeigenschaft und gibt entsprechend dem Vergleich zwischen der Eigenschaft der Flüssigkeit und der Grundeigenschaft ein Signal aus.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ein Verfahren zur Messung einer Flüssigkeit bereitgestellt. Gemäß dem Verfahren sendet ein Wandler einen ersten Ultraschallimpuls durch einen Teil der Flüssigkeit in Richtung eines Reflektors und empfängt ein erstes Echo des ersten Ultraschallimpulses, wobei der erste Ultraschallimpuls und das erste Echo innerhalb eines ersten Zeitraums gesendet bzw. empfangen werden. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen eines ersten Messwertes eines ersten Ultraschallimpulses und das Bestimmen einer ersten Temperatur mithilfe eines Temperatursensors, wobei die erste Temperatur innerhalb des ersten Zeitraums bestimmt wird. Gemäß dem Verfahren sendet der Wandler einen zweiten Ultraschallimpuls durch einen Teil der Flüssigkeit in Richtung des Reflektors und empfängt ein zweites Echo des ersten Ultraschallimpulses, wobei der zweite Ultraschallimpuls und das zweite Echo innerhalb eines zweiten Zeitraums gesendet bzw. empfangen werden. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines zweiten Messwertes des zweiten Ultraschallimpulses und das Bestimmen einer zweiten Temperatur mithilfe des Temperatursensors, wobei die zweite Temperatur innerhalb des zweiten Zeitraums bestimmt wird. Gemäß dem Verfahren wird bestimmt der Controller zudem anhand der ersten Messung, der zweiten Messung, der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur eine Steigung und vergleicht mindestens eine Eigenschaft, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus der Steigung mit einer vorbestimmten Steigung und der ersten Messung mit einer vorbestimmten Messung.
Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der verschiedenen Ausgestaltungen werden anhand der detaillierten Beschreibung und der Begleitzeichnungen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Systems gemäß einigen Ausgestaltungen.
2 ist eine explodierte Ansicht des in 1 dargestellten Systems gemäß einigen Ausgestaltungen.
3 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems des in 1 dargestellten Systems gemäß einigen Ausgestaltungen.
4 ist eine teilweise transparente Ansicht des in 1 dargestellten Systems gemäß einigen Ausgestaltungen.
5A bis 5E sind Diagramme, welche Basisindizes einer Flüssigkeit veranschaulichen, die von dem in 1 dargestellten, ausstaltungsgemäßen System gemessen wurden.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des in 1 dargestellten Systems gemäß einigen Ausgestaltungen veranschaulicht.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des in 1 dargestellten Systems gemäß einigen Ausgestaltungen veranschaulicht.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des in 1 dargestellten Systems gemäß einigen Ausgestaltungen veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bevor die Ausgestaltungen detailliert beschrieben werden, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die in der nachfolgenden Beschreibung oder in den Zeichnungen beschriebenen Details der Bauweise und die Anordnung der Bestandteile beschränkt sind. Es sind andere Ausgestaltungen möglich, und die beschriebenen Ausgestaltungen können auf unterschiedliche Weise verwirklicht werden.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Systems oder Messsystems 100 gemäß einigen Ausgestaltungen. Gemäß einigen Ausgestaltungen ist das Messsystem 100 in einem Tank untergebracht. In einigen Fällen ist das Messsystem 100 am Boden des Tanks angeordnet. Das Messsystem 100 kann jedoch an unterschiedlichen Orten angeordnet sein. Das Messsystem 100 misst eine oder mehrere Eigenschaften einer in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit (z.B. Öl, Kraftstoff, Dieselabgasflüssigkeit (DEF), Bremsflüssigkeit, Getriebeöl, Waschflüssigkeit, Kühlmittel usw.). Das Messsystem 100 umfasst ein Gehäuse 105, einen Füllstandssensor 115 und einen Viskositätssensor 110. In einigen Ausgestaltungen umfasst der Füllstandssensor 115 eine Fokusröhre 120. Das Gehäuse 105 kann aus Kunststoff oder einem ähnlichen Material geformt oder anderweitig hergestellt werden. In einigen Ausgestaltungen, einschließlich der veranschaulichten, umfasst das Gehäuse 105 einen Füllstands-Zwischenraum 122 und einen Viskosität-Zwischenraum 123. Der Füllstands-Zwischenraum 122 ermöglicht es, dass die Flüssigkeit in den Füllstandssensor 115 des Messsystems 100 fließt, während es der Viskosität-Zwischenraum 123 ermöglicht, dass die Flüssigkeit in den Viskositätssensor 110 des Messsystems 100 fließt.
2 ist eine explodierte Ansicht des Messsystems 100 gemäß einigen Ausgestaltungen. Der Sensor 100 umfasst eine Leiterplatte (PCB) 125 und eine Vielzahl von Sensoren (Messelemente). In der veranschaulichten Ausgestaltung umfasst die Vielzahl von Sensoren den Viskositätssensor 110, den Füllstandssensor 115 und einen Temperatursensor 130. In anderen Ausgestaltungen kann das Messsystem 100 mehr oder weniger Sensoren als in der veranschaulichten Ausgestaltung umfassen. Jeder der Vielzahl von Sensoren ist mit dem PCB 125 elektrisch verbunden. In einigen Ausgestaltungen umfasst das PCB 125 ein Sensorsteuersystem 200 (3), das u. a. die Vielzahl von Sensoren mit Strom versorgt, Daten von der Vielzahl von Sensoren analysiert und die analysierten Daten an andere Vorrichtungen, wie z.B. eine externe Vorrichtung 180 (3) überträgt. Wie in 2 dargestellt, umfasst das Messsystem 100 ferner einen Kommunikationsanschluss 135, Vergussmaterial 140, einen Füllstands-Lüftungsfilter 145, einen Viskositätslüftungsfilter 150 und eine Dichtung 155. Das Vergussmaterial 140 stützt und/oder schützt das PCB 125 sowie die übrigen Schaltungselemente des Messsystems 100.
In einigen Ausgestaltungen ist das Messsystem 100 dazu ausgebildet, durch eine Öffnung im Boden des Tanks installiert zu werden. In dieser Ausgestaltung verhindert die Dichtung 155, dass die Flüssigkeit durch die Verbindung zwischen dem Messsystem und dem Tank dringt. Die Dichtung 155 kann aus Gummi oder einem ähnlichen Material geformt oder anderweitig hergestellt werden.
Der Viskositätssensor 110 ist ein Viskositätsmesselement und dient zur Bestimmung einer Viskosität der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit. Der Viskositätssensor 110 umfasst einen Viskositätswandler 160, einen Viskositätsmesskanal 165 und einen Viskositätsreflektor 170. Der Viskositätswandler 160 ist ein Messelement, das als Sender und Empfänger dient. In einigen Ausgestaltungen ist der Viskositätswandler 160 ein piezoelektrischer Wandler. Der Viskositätsmesskanal 165 dient als Messbereich und nimmt die zu messende Flüssigkeit auf. Im Betrieb erzeugt der Viskositätswandler 160 ein akustisches Wellensignal (z.B. einen Ultraschallimpuls), das sich durch die in dem Viskositätsmesskanal 165 enthaltene Flüssigkeit in Richtung des Viskositätsreflektors 170 ausbreitet. Das akustische Wellensignal wird von dem Viskositätsreflektor 170 reflektiert und kehrt zurück zu dem Viskositätswandler 160. Die Laufzeit (ToF) des akustischen Wellensignals (vom Viskositätswandler 160 zu dem Reflektor 170 und zurück zum Viskositätswandler) wird an das Sensorsteuersystem 200 des Messsystems 100 ausgegeben.
Der Füllstandssensor 115 ist ein Füllstandsmesselement und dient zur Bestimmung eines Füllstandes und somit einer Menge der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit. In der veranschaulichten Ausgestaltung umfasst der Füllstandssensor 115 einen Füllstandswandler 175, bei dem es sich beispielsweise um einen piezoelektrischen Wandler handeln kann. Der Füllstandssensor 115 umfasst zudem die Fokusröhre 120 (z.B. eine Messröhre). Der Füllstandswandler 175 dient als Sender und als Empfänger. Die Fokusröhre 120 dient als Messbereich und nimmt die zu messende Flüssigkeit auf. Einige Ausgestaltungen des Füllstandssensors 115 können zudem einen Schwimmer umfassen. Der Schwimmer schwimmt auf einer Oberfläche 315 (4) der in dem Tank befindlichen Flüssigkeit. Der Füllstandswandler 175 erzeugt ein akustisches Wellensignal (z.B. einen Ultraschallimpuls), das sich durch die in der Fokusröhre 120 enthaltene Flüssigkeit ausbreitet. Das akustische Wellensignal breitet sich in Richtung der Oberfläche 315 der Flüssigkeit oder in Richtung des Schwimmers aus, wird von der Oberfläche 315 oder dem Schwimmer reflektiert und kehrt zurück zu dem Füllstandswandler 175. Die ToF des akustischen Wellensignals wird an das Sensorsteuersystem 200 ausgegeben. In einigen Ausgestaltungen wird die ToF des akustischen Wellensignals in eine Füllstandsmessung umgewandelt. In solch einer Ausgestaltung kann die Umwandlung auf der Basis einer bekannten Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit durchgeführt werden. In einigen Ausgestaltungen erfolgt die Umwandlung mithilfe einer Wertetabelle.
Der Temperatursensor 130 ist ein Temperaturmesselement und dient zur Bestimmung einer Temperatur der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit. In einer Ausgestaltung ist der Temperatursensor 130 ein Thermoelement. In einer anderen Ausgestaltung ist der Temperatursensor 130 ein Thermistor. In wieder einer anderen Ausgestaltung ist der Temperatursensor 130 ein Widerstands-Temperatursensor, und in einer weiteren Ausgestaltung ist der Temperatursensor 130 ein Infrarot-Temperatursensor. Der Temperatursensor 130 gibt die gemessene Temperatur an den Controller 205 aus. In einigen Ausgestaltungen sind der Füllstandssensor 115 und der Temperatursensor 130 in einem Kombinationssensor kombiniert, der imstande ist, einen Füllstand und eine Temperatur zu messen. In einigen Ausgestaltungen sind der Viskositätssensor 110 und der Temperatursensor 130 in einem Kombinationssensor kombiniert, der imstande ist, eine Konzentration und eine Temperatur der Flüssigkeit zu messen. In anderen Ausgestaltungen sind der Viskositätssensor 110, der Füllstandssensor 115 und der Temperatursensor 130 in einem Kombinationssensor kombiniert, der imstande ist, alle drei Messgrößen zu messen.
Der Kommunikationsanschluss 135 ermöglicht die Kommunikation zwischen dem Messsystem 100 und einer externen Vorrichtung 180 (3). In einigen Ausgestaltungen ist die externe Vorrichtung 180 ein Computer und/oder ein Steuersystem eines Kraftfahrzeugs. In solche einer Ausgestaltung kann der Kommunikationsanschluss 135 eine digitale Schnittstelle sein, wie etwa eine Schnittstelle, die dem J1939- oder CAN-Standard entspricht. Der Kommunikationsanschluss 135 stellt einen Mechanismus zur Kommunikation mit dem Datenbus des Fahrzeugs bereit. In anderen Ausgestaltungen kommuniziert der Kommunikationsanschluss 135 je nach den Anforderungen der spezifischen Anwendung mittels eines entsprechenden analogen oder digitalen Signals mit der externen Vorrichtung 180. In einigen Ausgestaltungen ist die externe Vorrichtung 180 ein Computergerät, z.B. ein Desktop-Computer, ein Laptop-Computer, ein Smartphone oder ein Tablet-Computer.
Der Füllstands-Lüftungsfilter 145 und der Viskositäts-Lüftungsfilter 150 verhindern, dass ein Gasanteil der Flüssigkeit in die Fokusröhre 120 bzw. den Viskositätsmesskanal 165 eindringt, während der flüssige Anteil der Flüssigkeit in diese Vorrichtungen fließen kann. In einigen Ausgestaltungen enthält der Gasanteil der Flüssigkeit eine oder mehrere Luftblasen. In einigen Ausgestaltungen bestehen der Füllstands-Lüftungsfilter 145 und der Viskositäts-Lüftungsfilter 150 aus einem Geflecht. In einigen Ausgestaltungen ist das Geflecht ein synthetisches Polymer (wie etwa Nylon, Polyethylen, Polypropylen usw.). In anderen Ausgestaltungen ist das Geflecht ein Metall.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem 200 des Messsystems 100 veranschaulicht. In einigen Ausgestaltungen ist das Steuersystem 200 vollständig oder teilweise auf dem PCB 125 angeordnet. Das Steuersystem 200 umfasst einen Controller 205, ein Leistungsmodul 210 und ein Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Modul 215. Der Controller 205 umfasst einen Prozessor 220 und einen Speicher 225. Der Speicher 225 speichert die von dem Prozessor 220 ausführbaren Befehle. In einigen Fällen umfasst der Controller 205 einen oder mehrere Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSP), Field Programmable Gate Arrays (FPGA), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC) oder Ähnliches. Das Steuersystem 200 ist durch den Controller 205 kommunikativ mit dem Viskositätssensor 110, dem Füllstandssensor 115 und dem Temperatursensor 130 verbunden.
Das Leistungsmodul 210 nimmt Leistung auf und gibt eine Nennleistung an den Controller 205 aus. In der veranschaulichten Ausgestaltung nimmt das Leistungsmodul 210 über den Kommunikationsanschluss 135 Leistung von der externen Vorrichtung 180 auf. In anderen Ausgestaltungen kann das Leistungsmodul 210 Leistung von einer anderen Stromquelle aufnehmen, beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, einer Batterie und/oder einer erneuerbaren Stromquelle. Das I/O-Modul 215 stellt die kabelgebundene und/oder kabellose Kommunikation zwischen dem Controller 205 und der externen Vorrichtung 180 sicher.
4 ist eine teilweise transparente Ansicht des Messsystems 100 gemäß einigen Ausgestaltungen. Während des Betriebs regelt der Controller 205 den Viskositätswandler 160, so dass ein akustisches Signal 300 in Richtung des Reflektors 170 ausgegeben wird. Das akustische Signal 300 wird von dem Reflektor 170 reflektiert und kehrt als akustisches Echo 305 zurück in Richtung des Viskositätswandlers 160. Der Controller 205 bestimmt anhand des ausgegebenen akustischen Viskositätssignals 300 und des empfangenen akustischen Echos 305 eine Viskositäts-Laufzeit. Überdies empfängt der Controller 205 vom Temperatursensor 130 eine Temperatur der Flüssigkeit. In einigen Ausgestaltungen ermittelt der Controller 205 anhand der Viskositäts-Laufzeit und der Temperatur der Flüssigkeit zudem eine Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Der Controller 205 regelt ferner den Füllstandswandler 175, so dass ein akustisches Füllstandssignal 310 in Richtung der Oberfläche 315 der Flüssigkeit ausgegeben wird. Das akustische Füllstandssignal 310 wird an der Oberfläche 315 reflektiert und kehrt als akustisches Füllstandsecho 320 zurück in Richtung des Füllstandswandlers 175. Der Controller 205 bestimmt anhand des ausgegebenen akustischen Füllstandssignals 310 und des empfangenen akustischen Füllstandsechos 320 eine Füllstands-Laufzeit. In einigen Ausgestaltungen bestimmt der Controller 205 anhand der Füllstands-Laufzeit und der Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit den Füllstand der Flüssigkeit. Anhand der Viskositäts-Laufzeit, der Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit und/oder der Temperatur bestimmt der Controller 205 eine oder mehrere Eigenschaften der Flüssigkeit. Die Eigenschaften können die Klasse der Flüssigkeit, die Marke der Flüssigkeit, die kinematische Viskosität der Flüssigkeit, die Qualität der Flüssigkeit und einen Füllstand der Flüssigkeit umfassen. In einigen Ausgestaltungen gibt der Controller 205 auf der Basis einer oder mehrerer Eigenschaften ein Signal an die externe Vorrichtung 180 aus.
5A ist ein Diagramm, das einen Index 400 veranschaulicht, der einer Flüssigkeit entspricht. Der Index 400 entspricht einer Eigenschaft einer Flüssigkeit. Der Index 400 kann einer Klasse, einer Marke, einer Viskosität oder einer Qualität entsprechen. In dem dargestellten Beispiel umfasst der Index 400 eine Vielzahl von Punkten, darunter einen ersten Punkt 405 und einen zweiten Punkt 410. Der erste Punkt 405 entspricht einem Punkt auf dem Index 400 bei einer ersten Laufzeit und einer ersten Temperatur. Der zweite Punkt 410 entspricht einem Punkt auf dem Index 400 bei einer zweiten Laufzeit und einer zweiten Temperatur. In anderen Ausgestaltungen werden die erste Laufzeit und die zweite Laufzeit anhand einer Laufzeit eines Ultraschallimpuls ermittelt, der in Richtung eines Reflektors ausgegeben und von dem Reflektor reflektiert wird und als Echo zurückkehrt. In einigen Ausgestaltungen kann es sich bei der ersten Laufzeit und der zweiten Laufzeit um die oben beschriebenen Viskositäts-Laufzeiten handeln.
Anhand des ersten Punktes 405 und des zweiten Punktes 410 kann eine Steigung oder Änderungsrate 415 berechnet werden. In einigen Ausgestaltungen wird die Steigung mittels der folgenden Gleichung 1 bestimmt: $S t e i g u n g = \frac{T o F_{2} - T o F_{1}}{T_{2} - T_{1}}$
In der Gleichung 1 ist ToFl die erste Laufzeit, ToF2 ist die zweite Laufzeit, T1 ist die erste Temperatur und T2 ist die zweite Temperatur. Die erste Laufzeit und die zweite Laufzeit sind Messungen des ersten und des zweiten Ultraschallimpulses.
5B ist ein Diagramm, das mehrere Beispielindizes 400a bis 400c veranschaulicht, die einer Mehrzahl von Flüssigkeiten entsprechen. Wie in 5B dargestellt, umfasst der Index 400a einen ersten Punkt 405a, der Index 400b umfasst einen ersten Punkt 405b und der Index 400c umfasst einen ersten Punkt 405c. In dieser Ausgestaltung entsprechen die ersten Punkte 405a bis 405c einer ersten Temperatur (z.B. ca. 45°C), wobei jeder Basisindex 400a bis 400c bei der entsprechenden ersten Temperatur eine entsprechende Laufzeit aufweist. Wie in der Figur dargestellt, weisen die drei Indizes 400a bis 400c im Wesentlichen ähnliche Steigungen auf. Die drei Flüssigkeiten, die den Indizes 400a bis 400c entsprechen, können jedoch anhand ihrer jeweiligen Laufzeit bei der ersten Temperatur voneinander unterschieden werden.
5C ist ein Diagramm, das die den jeweiligen Flüssigkeiten entsprechenden Beispielindizes 420a und 420b veranschaulicht. In dem dargestellten Beispiel teilen sich die Indizes 420a und 420b einen Punkt 425 bei einer ersten Temperatur. Die zwei, den Basisindizes 420a und 420b entsprechenden Flüssigkeiten können jedoch anhand ihrer jeweiligen Steigung 430a und 430b voneinander unterschieden werden.
5D ist ein Diagramm, das die den jeweiligen Flüssigkeiten entsprechenden Indizes 435a und 435b veranschaulicht. Die Indizes 435a und 435b teilen sich einen Punkt 440 bei einer ersten Temperatur. Überdies weist eine erste Steigung 445a des ersten Index 435a eine im Wesentlichen ähnliche Größe auf wie eine zweite Steigung 445b des zweiten Index 435b. Die zwei, den Indizes 435a und 435b entsprechenden Flüssigkeiten können jedoch anhand ihres Vorzeichens (z.B. negativ oder positiv) der jeweiligen Steigungen 445a und 445b voneinander unterschieden werden.
Eine Flüssigkeit oder Eigenschaft einer Flüssigkeit kann bestimmt werden, in dem, wie in den 5A bis 5D dargestellt, ein erster Punkt entlang eines Index, ein zweiter Punkt entlang eines Index und/oder eine Steigung oder Änderungsrate eines Index ermittelt werden. In der veranschaulichten Ausgestaltung werden die Indizes anhand einer Basis-Viskositäts-Laufzeit (z.B. einer Anfangs-Viskositäts- Laufzeit) und einer Temperatur (z.B. einer Anfangstemperatur) berechnet. Wie in 5E dargestellt, können die Indizes (z.B. die Indizes 450a bis 450d) jedoch in anderen Ausgestaltungen anhand einer Schallgeschwindigkeit und einer Temperatur berechnet werden. In solch einer Ausgestaltung kann die Steigung mittels der nachstehenden Gleichung 2 ermittelt werden. $S t e i g u n g = \frac{S o S_{2} - S o S_{1}}{T_{2} - T_{1}}$
In der Gleichung 2 entspricht SoS1 einer ersten Schallgeschwindigkeit, SoS2 entspricht einer zweiten Laufzeit Schallgeschwindigkeit, T1 entspricht der ersten Temperatur und T2 entspricht der zweiten Temperatur. Die erste Schallgeschwindigkeit und die zweite Schallgeschwindigkeit sind Messungen des ersten und des zweiten Ultraschallimpulses.
In einigen Ausgestaltungen werden die Indizes von dem Controller 206 berechnet. In einigen Ausgestaltungen sind die Indizes vorgegeben und als Basisindizes bekannt. In solch einer Ausgestaltung können in dem Speicher 225 des Controllers 205 oder des externen Computers 180 ein oder mehrere Basisindizes bekannter Flüssigkeiten gespeichert werden. Gemäß dieser Ausgestaltung wird ein berechneter Index einer in dem Tank befindlichen Flüssigkeit mit einem oder mehreren Basisindizes bekannter Flüssigkeiten verglichen. In dem veranschaulichten Beispiel sind die Basisindizes als Kurven in Diagrammen dargestellt. In anderen Ausgestaltungen können die Basisindizes jedoch als Tabellenwerte gespeichert werden.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb oder ein Verfahren 500 gemäß einer Ausgestaltung zur Bestimmung eines Flüssigkeitstyps oder einer Eigenschaft einer in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit veranschaulicht (z.B. einer Klasse der Flüssigkeit, einer Marke der Flüssigkeit, einer Viskosität der Flüssigkeit und einer Qualität der Flüssigkeit). Das Verfahren 500 kann auch angewandt werden, um festzustellen, ob sich die richtige Flüssigkeit in dem Tank befindet. Dabei kann die Reihenfolge der Schritte des Verfahrens 500 geändert werden, und es können zusätzliche Schritte hinzugefügt oder Schritte ausgelassen werden. Das Messsystem 100 sendet in Richtung des Reflektors 170 einen ersten Ultraschallimpuls in einen Teil der Flüssigkeit (Block 505). Der erste Ultraschallimpuls wird als ein erstes Echo von dem Reflektor 170 reflektiert (Block 510). Das Messsystem 100 empfängt das erste Echo des ersten Ultraschallimpulses (Block 515). In einigen Ausgestaltungen wird der erste Ultraschallimpuls von dem Viskositätswandler 160 gesendet und empfangen. Das Messsystem 100 bestimmt einen ersten Messwert (z.B. eine erste Laufzeit oder eine erste Schallgeschwindigkeit) des ersten Ultraschallimpulses (Block 520). Das Messsystem 100 bestimmt mithilfe des Temperatursensors 130 eine erste Temperatur der Flüssigkeit (Block 525). In einigen Ausgestaltungen erfolgt die Übertragung des ersten Ultraschallimpulses, das Empfangen des ersten Echos und die Bestimmung der ersten Temperatur innerhalb eines ersten Zeitraums.
Das Messsystem 100 sendet in Richtung des Reflektors 170 einen zweiten Ultraschallimpuls in den Teil der Flüssigkeit (Block 530). Der zweite Ultraschallimpuls wird vom Reflektor 170 als ein zweites Echo reflektiert (Block 535). Das Messsystem 100 empfängt das zweite Echo des zweiten Ultraschallimpulses (Block 540). In einigen Ausgestaltungen wird der erste Ultraschallimpuls von dem Viskositätswandler 160 gesendet und empfangen. Das Messsystem 100 bestimmt einen zweiten Messwert (z.B. eine zweite Laufzeit oder eine zweite Schallgeschwindigkeit) des zweiten Ultraschallimpulses (Block 545). Mithilfe des Temperatursensors 130 bestimmt das Messsystem 100 eine zweite Temperatur der Flüssigkeit (Block 550). Gemäß einigen Ausgestaltungen erfolgt das Senden des zweiten Ultraschallimpulses, das Empfangen des zweiten Echos und das Bestimmen der zweiten Temperatur innerhalb eines zweiten Zeitraumes. Das Messsystem 100 bestimmt den Typ oder eine Eigenschaft der Flüssigkeit anhand der ersten Messung bei der ersten Temperatur, der zweiten Messung bei der zweiten Temperatur und/oder der Steigung oder Änderungsrate der ersten Messung und der zweiten Messung (Block 555).
In einigen Ausgestaltungen wird der Typ oder die Eigenschaft der Flüssigkeit bestimmt, indem die erste Messung bei der ersten Temperatur, die zweite Messung bei der zweiten Temperatur und/oder die Steigung mit einer oder mehreren vorbestimmten Messungen und/oder Kurven bekannter Flüssigkeiten verglichen werden. In solch einer Ausgestaltung wird ein Signal ausgegeben, wenn die erste Messung und/oder Steigung von einer voraussichtlichen vorbestimmten Messung und/oder Steigung abweicht (z.B. um eine vorbestimmte Abweichung). In solch einer Ausgestaltung kann die Abweichung entsprechend der ermittelten Viskositäts-Laufzeit und der Temperatur variieren. In einer anderen Ausgestaltung basiert die vorbestimmte Abweichung auf einer Benutzereingabe. In anderen Ausgestaltungen wird ein Signal ausgegeben, wenn die erste Messung bei der ersten Temperatur, die zweite Messung bei der zweiten Temperatur und/oder die Steigung im Wesentlichen einer vorbestimmten Messung und/oder Steigung einer bekannten Flüssigkeit entsprechen.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb oder einen Prozess 600 des Messsystems 100 gemäß einigen Ausgestaltungen veranschaulicht. Es wird darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge der gemäß dem Prozess 600 offenbarten Schritte variieren kann. Überdies können weitere Schritte hinzugefügt oder Schritte ausgelassen werden. Das Messsystem 100 stellt fest, ob die Flüssigkeit in dem Tank gewechselt worden ist (Block 605). In einigen Ausgestaltungen erkennt das Messsystem 100, dass die Flüssigkeit in dem Tank gewechselt worden ist, indem es eine Meldung (z.B. ein Flüssigkeitswechselsignal) von dem Benutzer erhält (z.B. über die externe Vorrichtung 180). In anderen Ausgestaltungen erkennt das Messsystem 100, dass die Flüssigkeit in dem Tank gewechselt worden ist, indem es feststellt, dass Flüssigkeit hinzugefügt worden ist. In dieser Ausgestaltung kann das Messsystem 100 einen Füllstand (z.B. eine Füllstands-Laufzeit) mit einem vorher bestimmten Füllstand (z.B. einer vorher bestimmten Füllstands-Laufzeit) vergleichen. Ist der Füllstand höher als der vorher bestimmte Füllstand, bestimmt das Messsystem 100, dass Flüssigkeit hinzugefügt oder gewechselt worden ist.
Wenn das Messsystem 100 feststellt, dass die Flüssigkeit in dem Tank gewechselt worden ist, bestimmt das Messsystem 100 einen Index der Flüssigkeit (Block 610) und vergleicht den Index mit einem vorgegebenen Basisindex (Block 615). Wenn der Index von dem vorgegebenen Basisindex abweicht, gibt das Messsystem 100 ein Fehlersignal oder eine ähnliche Meldung an die externe Vorrichtung 180 (Block 625) aus. Wenn der Index nicht von dem vorgegebenen Basisindex abweicht, wird der Prozess 600 mit Block 605 fortgesetzt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb oder einen Prozess 700 des Messsystems 100 gemäß einigen Ausgestaltungen veranschaulicht. Es wird darauf hingewiesen, dass Reihenfolge der gemäß dem Prozess 700 offenbarten Schritte variieren kann. Überdies können weitere Schritte hinzugefügt oder Schritte ausgelassen werden. Der Motor des Kraftfahrzeugs wird gestartet (Block 705). Das Messsystem 100 bestimmt eine Viskosität, einen Füllstand und eine Temperatur der Flüssigkeit (Block 710).
Das Messsystem 100 bestimmt, ob eine Nutzungsdauer der Flüssigkeit überschritten worden ist (Block 715). In einigen Ausgestaltungen erkennt das Messsystem 100, ob die Nutzungsdauer der Flüssigkeit überschritten worden ist, indem es die Viskosität mit einer Basis-Viskosität vergleicht (z.B. anhand eines vorgegebenen Basisindex). Wenn die Viskosität in Bezug auf die Basis-Viskosität außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, erkennt das Messsystem 100, dass Nutzungsdauer der Flüssigkeit überschritten worden ist. Wenn die Nutzungsdauer der Flüssigkeit überschritten worden ist, sendet das Messsystem 100 ein Fehlersignal oder eine ähnliche Meldung an die externe Vorrichtung 180 (Block 720).
Wenn die Nutzungsdauer der Flüssigkeit nicht überschritten worden ist, bestimmt das Messsystem 100, ob die Flüssigkeit verdünnt wurde (Block 725). In einigen Ausgestaltungen erkennt das Messsystem 100, ob die Flüssigkeit verdünnt worden ist, indem es die Viskosität mit der Basis-Viskosität vergleicht (z.B. anhand eines vorgegebenen Basisindex). Wenn die Viskosität in Bezug auf die Basis-Viskosität außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, erkennt das Messsystem 100, dass die Flüssigkeit verdünnt worden ist. Wenn die Flüssigkeit verdünnt worden ist, gibt das Messsystem 100 ein Fehlersignal oder eine ähnliche Meldung an die externe Vorrichtung 180 (Block 720) aus.
Ist die Flüssigkeit nicht verdünnt worden, stellt das Messsystem 100 einen Flüssigkeitsverlust oder einen niedrigen Flüssigkeitsstand fest (Block 730). In einigen Ausgestaltungen erkennt das Messsystem 100 einen Flüssigkeitsverlust oder einen niedrigen Flüssigkeitsstand, indem es den Füllstand mit einem Schwellenwert vergleicht. In einigen Ausgestaltungen ist der Schwellenwert vorgegeben. Wenn der Füllstand den Schwellenwert unterschreitet, erkennt das Messsystem 100 einen Flüssigkeitsverlust oder einen niedrigen Flüssigkeitsstand. Bei einem Flüssigkeitsverlust oder einem niedrigen Flüssigkeitsstand gibt das Messsystem 100 Fehlersignal oder eine ähnliche Meldung an die externe Vorrichtung 180 (Block 720) aus.
Wenn der Füllstand der Flüssigkeit nicht niedrig ist, bestimmt das Messsystem 100, ob die Temperatur außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (Block 735). Wenn die Temperatur außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, gibt das Messsystem 100 ein Fehlersignal oder eine ähnliche Meldung an die externe Vorrichtung 180 (Block 720) aus. Wenn die Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, wird der Prozess 700 mit Block 710 fortgesetzt.
In einigen Ausgestaltungen kann die externe Vorrichtung 180 das Abschalten des Motors des Kraftfahrzeugs einleiten, wenn sie das Fehlersignal empfängt. In anderen Ausgestaltungen kann die externe Vorrichtung 180 eine Fehleranzeige für einen Benutzer ausgeben, wenn sie das Fehlersignal empfängt. Gemäß einigen Ausgestaltungen kann die externe Vorrichtung 180 überdies das Abschalten des Motors des Kraftfahrzeugs einleiten, wenn die Fehleranzeige eine vorgegebene Anzahl von Malen ausgegeben worden ist.
Die nachfolgenden Ansprüche enthalten verschiedene Merkmale, Aspekte und Vorteile bestimmter Ausgestaltungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 15238936 [0001]

Claims

Ein System zur Messung der Eigenschaften einer in einem Tank enthaltenen Flüssigkeit, wobei das System Folgendes umfasst: einen Ultraschallsensor, der dazu ausgebildet ist, einen Ultraschallimpuls in die in dem Tank enthaltene Flüssigkeit auszugeben, ein Echo des Ultraschallimpulses zu empfangen und auf der Basis des empfangenen Echos ein Signal auszugeben; einen Temperatursensor, der dazu ausgebildet ist, eine Temperatur der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit zu messen und entsprechend der Temperatur der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit ein Temperatursignal auszugeben; und einen Controller, der dazu ausgebildet ist, entsprechend dem gesendeten Ultraschallimpuls und dem empfangenen Echo des Ultraschallimpulses eine Laufzeit zu bestimmen, das Temperatursignal zu empfangen, auf der Basis der Laufzeit und des Temperatursignals eine Eigenschaft der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit zu bestimmen, die Eigenschaft der Flüssigkeit mit einer Grundeigenschaft zu vergleichen, und auf der Basis des Vergleichs zwischen der Eigenschaft der Flüssigkeit und der Grundeigenschaft ein Signal auszugeben.
System nach Anspruch 1, wobei die Grundeigenschaft mindestens einer Eigenschaft entspricht, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Viskosität, Klasse, Marke und Qualität einer bekannten Flüssigkeit.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller zudem dazu ausgebildet ist, festzustellen, ob die Flüssigkeit verändert worden ist.
System nach Anspruch 3, wobei der Controller feststellt, ob die Flüssigkeit verändert worden ist, indem er einen Füllstand mit einem vorher bestimmten Füllstand vergleicht.
System nach Anspruch 3, wobei der Controller feststellt, ob die Flüssigkeit verändert worden ist, indem er ein Flüssigkeitswechselsignal empfängt.
System nach Anspruch 1, wobei die Eigenschaft mindestens eine Eigenschaft ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Klasse, Marke, kinematischer Viskosität, Qualität und Füllstand.
System nach Anspruch 1, wobei das System mit dem Boden des Tanks verbunden ist.
System nach Anspruch 1, zudem umfassend einen Lüftungsfilter.
System nach Anspruch 8, wobei der Lüftungsfilter aus einem Geflecht besteht.
Verfahren zur Bestimmung einer Eigenschaft einer in einem Messbereich enthaltenen Flüssigkeit, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ausgeben eines Ultraschallimpulses durch die Flüssigkeit mittels eines Wandlers; Empfangen eines Echos des Ultraschallimpulses mittels des Wandlers; Bestimmen einer Laufzeit des Ultraschallimpulses mittels eines Controllers; Empfangen einer Temperatur der Flüssigkeit mittels eines Temperatursensors; Bestimmen einer Eigenschaft der Flüssigkeit mittels des Controllers auf der Basis der Laufzeit und der Temperatur; Vergleichen der Eigenschaft der Flüssigkeit mit einer Grundeigenschaft mithilfe des Controllers; und Ausgeben eines Signals mithilfe des Controllers auf der Basis des Vergleichs zwischen der Eigenschaft und der Grundeigenschaft.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Grundeigenschaft mindestens einer Eigenschaft entspricht, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Viskosität, Klasse, Marke und Qualität einer bekannten Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 10, zudem umfassend das Bestimmen, ob die Flüssigkeit verändert worden ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Bestimmens, ob die Flüssigkeit verändert worden ist, anhand eines Vergleichs eines Füllstands mit einem vorher bestimmten Füllstand erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Bestimmens, ob die Flüssigkeit verändert worden ist, anhand des Empfangs eines Flüssigkeitswechselsignals erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Eigenschaft mindestens eine Eigenschaft ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Klasse, Marke, kinematischer Viskosität, Qualität und Füllstand.
Verfahren zur Bestimmung, ob sich nach einem Zeitintervall zum Wechseln der Flüssigkeit die richtige Flüssigkeit in dem Tank befindet, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen mittels eines Controllers, ob die in dem Tank enthaltene Flüssigkeit verändert worden ist; Bestimmen einer Eigenschaft der Flüssigkeit mittels des Controllers; Vergleichen der Eigenschaft der Flüssigkeit mit einer Grundeigenschaft mithilfe des Controllers; und Ausgeben eines Signals mittels des Controllers auf der Basis des Vergleichs zwischen der Eigenschaft der Flüssigkeit und der Grundeigenschaft.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Bestimmens mithilfe des Controllers, ob die Flüssigkeit in dem Tank verändert worden ist, Folgendes umfasst: Ausgeben eines Ultraschallimpulses mithilfe eines Wandlers in Richtung der Oberfläche der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit, Empfangen eines Echos des Ultraschallimpulses mittels des Wandlers, Bestimmen einer Laufzeit des Ultraschallimpulses mittels des Controllers, Bestimmen eines Füllstands der in dem Tank befindlichen Flüssigkeit mittels des Controllers anhand der Laufzeit des Ultraschallimpulses, und Vergleichen des Füllstands mit einem vorher bestimmten Füllstand mittels des Controllers.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Bestimmens mittels des Controllers, ob die in dem Tank befindliche Flüssigkeit verändert worden ist, das Empfangen eines Flüssigkeitswechselsignals im Controller umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Eigenschaft mindestens eine Eigenschaft ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Klasse, Marke, kinematischer Viskosität, Qualität und Füllstand.
Verfahren zur Messung einer Flüssigkeit, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Senden eines ersten Ultraschallimpulses durch einen Teil der Flüssigkeit in Richtung eines Reflektors mithilfe eines Wandlers; Empfangen eines ersten Echos des ersten Ultraschallimpulses mittels des Wandlers, wobei der erste Ultraschallimpuls und das erste Echo innerhalb eines ersten Zeitraums gesendet und empfangen wird; Bestimmen eines ersten Messwertes des ersten Ultraschallimpulses; Bestimmen einer ersten Temperatur mittels eines Temperatursensors, wobei die erste Temperatur innerhalb des ersten Zeitraums bestimmt wird; Senden eines zweiten Ultraschallimpulses mithilfe des Wandlers durch den Teil der Flüssigkeit in Richtung des Reflektors; Empfangen eines zweiten Echos des ersten Ultraschallimpulses mittels des Wandlers, wobei der zweite Ultraschallimpuls und das zweite Echo innerhalb eines zweiten Zeitraums gesendet bzw. empfangen wird; Bestimmen eines zweiten Messwertes des zweiten Ultraschallimpulses; Bestimmen einer zweiten Temperatur mittels des Temperatursensors, wobei die zweite Temperatur innerhalb des zweiten Zeitraums bestimmt wird; Bestimmen einer Steigung auf der Basis der ersten Messung, der zweiten Messung, der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur mittels eines Controllers; und Vergleichen mindestens einer Eigenschaft mittels des Controllers, wobei die Eigenschaft ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus der Steigung mit einer vorbestimmten Steigung und der ersten Messung mit einer vorbestimmten Messung.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die erste Messung eine erste Laufzeit ist, die zweite Messung eine zweite Laufzeit ist und die vorbestimmte Messung eine vorbestimmte Laufzeit ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die erste Messung eine erste Schallgeschwindigkeit ist, die zweite Messung eine zweite Schallgeschwindigkeit ist und die vorbestimmte Messung eine vorbestimmte Schallgeschwindigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 20, zudem umfassend die Ausgabe eines Signals mittels des Controllers auf der Basis des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Signal ein Fehlersignal ist.
Verfahren nach Anspruch 20, zudem umfassend dass Bestimmen einer Eigenschaft der Flüssigkeit mittels des Controllers auf der Basis des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Eigenschaft der Flüssigkeit mindestens eine Eigenschaft ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Klasse, Marke, Viskosität und Qualität.