DE19747737C2

DE19747737C2 - Vorrichtung zur Messung des Flüssigkeitsfüllstandes in Behältern, insbesondere des Ölstandes für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE19747737C2
Application number: DE1997147737
Authority: DE
Inventors: Tim Walde; Hermann Leiderer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: DE19747737A1

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Messung des Flüssig keitsfüllstandes in Behältern, insbesondere des Ölstandes für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, wobei die Füllstand sänderung in Abhängigkeit von der Abkühlzeit eines Widerstan des erfaßt wird.

Beispiele für bekannte derartige Vorrichtung beschreiben die DE 37 42 783 C2 und die DE 40 27 692 A1. Danach ist vorgese hen, daß ein temperaturabhängiger Widerstand mit einem gepul sten Strom solange aufgeheizt wird, bis eine definierte Über temperatur erreicht ist. Das bekannte Schaltungsprinzip weist insoweit den Nachteil auf, daß während der Aufheizphase der Heizstrom immer wieder ausgeschaltet werden muß, um den er reichten Ist-Widerstand des temperaturabhängigen Widerstands zu ermitteln. Damit ist eine Ungenauigkeit im Vergleich von Ist- und Soll-Widerstand verbunden. Darüber hinaus bedingt ein gepulstes Aufheizen aufgrund relativ steiler Schaltflan ken eine hohe zeitliche Stromänderung, so daß die hierdurch induzierten Spannungen zu Problemen führen können.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß der aufzuheizende Widerstand in der Regel auf einem Trä ger aufgebracht ist, so daß nicht nur die eigentliche Wider standsschicht aufgeheizt werden muß, sondern auch das Träger material, was die Meßgenauigkeit und Ansprechzeit negativ be einflußt.

Zur Vermeidung der eingangs angesprochenen Probleme könnte man versuchen, die Induktivität des bestromten Widerstandes und seiner Zuleitungen möglichst gering zu halten, wodurch jedoch die technische Ausgestaltung des Widerstands einge schränkt wird. Durch hinreichend kleine Wahl des Heizinter valls könnte der Fehler beim Vergleich von Ist- und Soll- Widerstand reduziert werden. Dies konkurriert aber mit der ebenfalls angesprochenen Problematik, daß dann ein sehr schnelles Schalten des gepulsten Stromes erforderlich ist, so daß noch höhere Spannungen induziert werden.

Aus der DE 42 32 043 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes einer Flüssigkeit bekannt, bei der ein Sen sorwiderstand geregelt auf eine obere definierte Temperatur schwelle aufgeheizt wird und nach Erreichen der Temperatur schwelle und Abstellen des Heizstromes in einer Auswerteein richtung die Zeit erfaßt wird, bis der Sensorwiderstand auf eine niedrigere Temperaturschwelle abgekühlt ist.

Die DE 33 08 074 C2 beschreibt ganz allgemein die Verwendung einer Brückenschaltung bei einer Vorrichtung zur Füllstands bestimmung.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die vorstehend geschilderten Nachteile des Standes der Tech nik zu vermeiden und eine einerseits schaltungstechnisch ein fache und andererseits genaue Messung zu realisieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird also die Abkühlzeit des Meßwiderstandes von einer oberen Temperaturschwelle ausgehend auf eine untere Temperaturschwelle gemessen und in ein Meßsignal umgewandelt, welches der Füllstandshöhe entspricht, da die Abkühlzeit um so kürzer ist, je größer die Füllstandshöhe ist. Mit der vor gesehenen Brückenschaltung und den beiden vorgesehenen tempe raturabhängigen Widerständen läßt sich diese Größe schal tungstechnisch einfach gewinnen.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen ergeben sich aus Unteranspruch 2.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher er läutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Widerstände in ei nem Ölvolumen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Meßwiderstandes bzw. Temperaturfühlers,

Fig. 3 eine blockschaltbildartige Darstellung der Schal tungsanordnung und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des Regelver fahrens.

In Fig. 1 ist schematisch ein Behälter 1 mit einem Ölvorvo lumen 2 dargestellt, wobei ein Temperaturfühlerwiderstand R_T und der Sensorwiderstand R_S über einen Knoten K1 in Reihe ge schaltet sind.

Eine in Fig. 3 dargestellte Schaltung umfaßt den erwähnten Temperaturfühlerwiderstand R_T und den Sensorwiderstand R_S, wobei jenseits des Knotens K1 und des Temperaturfühlerwider standes R_T ein Knoten K2 und jenseits des Sensorwiderstands R_S und des Knotens K1 ein Knoten K3 ausgebildet ist. Diese Wi derstände R_T, R_S sind füllstandsabhängig von der Flüssigkeit 2 bedeckt, d. h. sie befinden sich, wie in Fig. 1 darge stellt, teilweise unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche 3 und teilweise darüber und sind in ihrer Längserstreckung so di mensioniert, daß sie die zu erwartende Pegel-Schwankung ab decken.

In Fig. 2 ist schematisch veranschaulicht, daß der Sensorwi derstand als auf einen Tragkörper 4 aufgewickelter Draht 5 ausgebildet sein kann, wobei gemäß Fig. 3 das eine Drahtende mit dem Knoten K1 und das andere Drahtende mit dem Knoten K3 verbunden ist.

Die freien Anschlüsse der Widerstände R_T bzw. R_S sind, wie erwähnt, mit den Knoten K2 bzw. K3 in Fig. 3 und ein Mit telabgriff MA mit dem Knoten K1 in Fig. 3 verbunden.

Ein Regler R ist mit seinem Ausgang auf den Knoten K1 gelegt und weist Eingänge für den Ausgang einer internen Versorgung IV, die Batteriespannung UBatt, den Ausgang einer Auswerte einrichtung AE und den Ausgang eines ersten Operationsver stärkers bzw. Vergleichers OP1 auf.

Der positive Eingang des Vergleichers OP1 ist mit dem Knoten K3 und der negative Eingang mit dem Knoten K2 verbunden. Aus gehend vom Knoten K2 liegt ein Widerstand R1 gegen Masse und ausgehend vom Knoten K3 liegen zwei in Reihe geschaltete Wi derstände R2 und R3 gegen Masse.

Ein zweiter Operationsverstärker bzw. Vergleicher OP2 liegt mit seinem Ausgang dem Eingang der Auswerteeinrichtung AE zur Erfassung der Abkühlzeit an, wobei der negative Eingang des Vergleichers OP2 mit dem Knoten K2 und der positive Eingang mit der Leitung zwischen den Widerständen R2 und R3 verbunden ist.

Die Auswerteeinrichtung AE weist einen Ausgang für das zu ge nerierende Meßsignal PWM auf, welches der gemessenen Abkühl zeit entspricht und gleichzeitig ein Maß für den Füllstand darstellt.

Der Temperaturfühlerwiderstand R_T dient als Fühler zur Mes sung der Temperatur der Flüssigkeit 2 und der Sensorwider stand R_S als aktives Sensorelement, welches periodisch ge heizt wird und anschließend abkühlt.

Über die Widerstände R1, R2 und R3 wird die ausgebildete Brückenschaltung dimensioniert und zwar so, daß bei einer Sensorelement-Temperatur, die ca. 20°C über der Öltemperatur liegt, der Vergleicher OP2 umschaltet, und bei einer Sensore lement-Temperatur, die ca. 3°C über der Öltemperatur liegt, der Vergleicher OP1 umschaltet, wie nachfolgend beschrieben wird und in dem Flußdiagramm nach Fig. 4 veranschaulicht ist:

Der Regler R schaltet zunächst für eine bestimmte Zeit ein und versucht den Sensorwiderstand R_S auf eine obere Tempera turschwelle T2 von 20°C oberhalb der Temperatur des Tempera turfühlerwiderstands R_T aufzuheizen. Gelingt dies in einer vorgegebenen Zeitdauer nicht, wird dies solange mit zunehmend erhöhter Zeitdauer wiederholt, bis der Sensorwiderstand auf 20°C über der Temperatur des Temperaturfühlerwiderstandes R_T aufgeheizt ist.

Nach Ablauf dieser Einregelzeit wird der Regler R ausgeschal tet und man läßt den Sensorwiderstand R_S abkühlen, bis die untere Temperaturschwelle T1 von 3°C erreicht ist. Diese Ab kühlzeit wird durch die Auswerteeinrichtung AE erfaßt und herangezogen als Maß für den Ölstand, wobei die Abkühlzeit um so kleiner ausfällt, je höher der Füllstand ist.

Ist der Sensorwiderstand R_S auf 3°C über der Öltemperatur ab gekühlt, schaltet der Vergleicher OP1 um und schaltet damit den Regler R wieder für die vorgegebene Zeitdauer ein, die so gewählt ist, daß es dem Regler R sicher gelingt, den Sensor widerstand R_S wieder auf 20°C über die Flüssigkeitstemperatur einzustellen. Darauf wiederholt sich der Regelvorgang, d. h. nach Ablauf der Einregelzeit schaltet der Regler R aus und der Sensorwiderstand R_S kühlt wieder bis auf 3°C über Flüs sigkeitstemperatur ab und die Abkühlzeit wird erfaßt.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes einer Flüssig keit, insbesondere des Ölstandes in der Ölwanne einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, umfassend einen ersten temperaturabhängigen Widerstand als Sensorwiderstand und einen zweiten temperaturabhängigen Widerstand als Tempera turfühlerwiderstand, welche jeweils relativ zu der Ober fläche der hinsichtlich ihres Füllstandes zu überwachenden Flüssigkeit so angeordnet sind, daß sie sich axial über den Bereich der zu erwartenden Füllstandsänderung erstrec ken, wobei dem Sensorwiderstand mittels eines Heizstromes eine definierte Wärmemenge zugeführt und die Erwärmung bzw. Abkühlung des Sensorwiderstandes als Maß für den Füllstand herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet,

1. daß der Sensorwiderstand (R_S) geregelt durch einen Regler (R) auf eine obere definierte Temperaturschwelle (T2) auf geheizt wird, wobei die Flüssigkeitstemperatur über den Temperaturfühlerwiderstand (R_T) gemessen wird,
2. daß nach Erreichen der oberen Temperaturschwelle (T2) und Abstellen des Heizstromes in einer Auswerteeinrichtung (AE) die Zeit erfaßt wird, bis der Sensorwiderstand auf eine niedrigere Temperaturschwelle (T1) abgekühlt ist, und
3. daß ein Brückenast einer Brückenschaltung den Sensorwider stand (R_S) und Dimensionierungswiderstände (R2, R3) und ein Referenzast der Brückenschaltung den Temperaturfühler widerstand (R_T) und Dimensionierunswiderstände (R1) um faßt, wobei die Dimensionierungswiderstände (R1, R2, R3) die Sollwerte für die Aufheiztemperatur (T2) und die Wie dereinschalttemperatur (T1) vorgeben.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Sensorwiderstand (R_S) und/oder der Temperatur fühlerwiderstand (R_T) als auf einen Tragkörper (4) aufgewic kelter Draht (5) ausgebildet ist.