DE19750620A1 - Determining liquid level in closed tank - Google Patents

Determining liquid level in closed tank

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Abstract

A pump or vacuum pump (7) is connected to a tank (1) through a pipe (4) which has a pump valve (5) and atmosphere valve (6). Tank pressure is measured (3) the equipment is monitored by a processor (8) with look up tables (9). Where a vacuum pump is used a depression is produced in the tank and restored by connection to atmosphere. The time constant of the changing pressure is used to measure liquid level

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Füll­ standes einer Flüssigkeitsmenge in einem abgeschlossenen Be­ hälter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for determining the fill level of liquid in a closed container container according to the preamble of claim 1.

Es sind bereits eine Vielzahl von Einrichtungen bekannt, mit deren Hilfe der Füllstand einer Flüssigkeit in einem abge­ schlossenem Behälter, beispielsweise der Kraftstoffvorrat in einem Kraftfahrzeugtank bestimmt werden kann.A large number of facilities are already known with whose help the level of a liquid in an abge closed container, for example the fuel level in a motor vehicle tank can be determined.

Neben dem Einsatz von mechanisch/elektrischen Einrichtungen, bei denen z. B. die Bewegung eines Schwimmers auf das Stell­ glied eines veränderlichen Widerstandes übertragen wird (DE 26 27 865 A) oder rein elektrischen Systemen, bei denen der Füllstand entweder mit einzelnen, in Reihe geschalteten und in die Flüssigkeit eintauchenden Widerstandselementen (DE 26 45 743 C2) mittels kapazitiven Mitteln (DE 28 35 744) oder mit Ultraschall (DE 21 52 675) gemessen wird, ist es auch möglich, Druckänderungen im Tank zur Bestimmung des Füllstan­ des heranziehen.In addition to the use of mechanical / electrical equipment, where z. B. the movement of a swimmer on the pitch member of a variable resistor is transmitted (DE 26 27 865 A) or purely electrical systems in which the Level either with individual, in series and resistance elements immersed in the liquid (DE 26 45 743 C2) by means of capacitive means (DE 28 35 744) or is measured with ultrasound (DE 21 52 675), it is also possible, pressure changes in the tank to determine the level pull it up.

Aus der DE 41 07 786 A1 ist hierzu eine Vorrichtung zum Mes­ sen des Anteils an flüssigem Brennstoff in einem Tank be­ kannt, die einen Zylinder mit zwei durch eine Membran aufge­ teilte Membranräume aufweist. Ein Membranraum ist mit dem Tank und der andere mit der Atmosphäre verbunden. Die Membran wird beim Messen unter der Kraftwirkung einer Feder aus einer definierten Stellung in den mit dem Tank verbundenen Membran­ raum geschoben und die bei gegenüber der Atmosphäre ver­ schlossenem Tank auftretende Druckänderung oder eine aus dem Membranverschiebeweg abgeleitete Größe als Maß für den Anteil flüssigen Brennstoffes im Tank gewertet. Nach erfolgter Mes­ sung und bei zur Atmosphäre geöffnetem Tank wird der Membran­ raum zum Tank verschlossen und zu einer Brennstoff-Förder­ pumpe geöffnet, so daß die Membran gegen die Kraftwirkung der Feder bis in die definierte Stellung verschoben wird durch den unter Druck in den Membranraum strömenden Brennstoff, der bei erneuter Messung und zur Pumpe verschlossenen und zum Tank geöffneten Membranraum bei zur Atmosphäre verschlossenem Tank in den Tank gefördert wird.DE 41 07 786 A1 describes a measuring device for this purpose the proportion of liquid fuel in a tank knows the one cylinder with two up through a membrane has divided membrane spaces. A membrane space is with the Tank and the other associated with the atmosphere. The membrane becomes when measuring under the force of a spring from a defined position in the membrane connected to the tank space and the ver closed tank occurring pressure change or one from the Size derived from membrane displacement as a measure of the proportion liquid fuel in the tank. After the measurement  solution and with the tank open to the atmosphere Space closed to the tank and to a fuel delivery pump opened so that the membrane against the force of the The spring is moved to the defined position by the fuel flowing under pressure into the membrane space, the with renewed measurement and closed to the pump and to Membrane chamber opened when the tank is closed to the atmosphere Tank is pumped into the tank.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu­ geben, mit dessen Hilfe auf einfache Weise mit großer Genau­ igkeit die Flüssigkeitsmenge in einem abgeschlossenen Behäl­ ter bestimmt werden kann.The invention has for its object to provide a method give, with the help of simple, with great accuracy The amount of liquid in a closed container ter can be determined.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des un­ abhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the features of the un dependent claim 1 solved. Advantageous design The inventions are specified in the subclaims.

Durch Erzeugen einer Druckänderung im Behälter durch Unter­ druck- oder Überdruckaufbau bis zu einem vorgegebenen Druck­ wert bei zur Umgebung abgeschlossenem Behälter und anschlie­ ßendem Auswerten der Zeitkonstante, innerhalb derer ein Druckausgleich zur Atmosphäre hin erfolgt, wobei die Zeitkon­ stante proportional dem Füllstand im Behälter ist, ergibt sich ein sehr einfaches Verfahren zum Bestimmen des Füllstan­ des im Behälter.By creating a pressure change in the tank through sub pressure or overpressure build-up to a predetermined pressure value with container closed to the environment and then evaluating the time constant within which a Pressure equalization to the atmosphere takes place, the time con constant is proportional to the level in the container a very simple method to determine the level the in the container.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is below Reference to the drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 1 is a block diagram of the device for performing the method according to the invention and

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm der Füllstandsbestimmung. Fig. 2 is a flow chart of the level determination.

Die in Fig. 1 in vereinfachter Weise dargestellte Vorrich­ tung weist einen teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Behälter 1 auf, dessen nicht näher bezeichneter Einfüllstutzen mit ei­ nem Verschluß 2 hermetisch verschließbar ist. Der Behälter 1 ist über eine Verbindungsleitung 4 mit einer Pumpvorrichtung 7 verbunden. Damit auch bei vollständig gefülltem Behälter 1 keine Flüssigkeit in die Verbindungsleitung 4 und damit zur Pumpvorrichtung 7 gelangen kann, zweigt diese Versorgungslei­ tung an der Oberseite des Behälters ab. Damit ist gewährlei­ stet, daß die Pumpvorrichtung 7 mit dem oberhalb der Flüssig­ keit befindlichen Gasraum des Behälters in Verbindung steht. Mit dem Bezugszeichen FS1 ist in der Fig. 1 ein erster Füll­ stand der Flüssigkeit, mit dem Bezugszeichen FS2 ein zweiter, gegenüber dem ersten Füllstand geringerer Füllstand FS2 be­ zeichnet.The Vorrich device shown in Fig. 1 in a simplified manner has a partially filled with liquid container 1 , the unspecified filler neck with egg nem closure 2 can be hermetically sealed. The container 1 is connected to a pump device 7 via a connecting line 4 . So that no liquid can get into the connecting line 4 and thus to the pumping device 7 even when the container 1 is completely full, this supply line branches off at the top of the container. This ensures that the pump device 7 communicates with the gas space of the container located above the liquid. 1 is a first filling level of the liquid in FIG. 1, reference number FS2 denotes a second filling level FS2, which is lower than the first filling level.

In die Verbindungsleitung 4 ist zwischen dem Behälter 1 und der Pumpvorrichtung 7 ein elektrisch ansteuerbares Absperr­ ventil 5 eingeschaltet. Durch entsprechende Ansteuersignale für das Absperrventil 5, die von einer Steuer- und Meßein­ richtung 8 ausgegeben werden, kann der Durchlaßquerschnitt der Verbindungsleitung 4 verändert werden, insbesondere kann die Verbindungsleitung 4 vollständig verschlossen oder geöff­ net werden.In the connecting line 4 between the container 1 and the pump device 7, an electrically controllable shut-off valve 5 is turned on. By appropriate control signals for the shut-off valve 5 , which are output by a control and Meßein device 8 , the passage cross section of the connecting line 4 can be changed, in particular the connecting line 4 can be completely closed or opened.

In dem Teilstück der Verbindungsleitung 4, das den Behälter 1 mit dem Absperrventil 5 verbindet, ist ein Belüftungsventil 6 eingeschaltet. Durch entsprechende Ansteuersignale der Steu­ er- und Meßeinrichtung 8 kann somit der Gasraum des Behälters 1 mit der Atmosphäre verbunden werden.In the section of the connecting line 4 that connects the container 1 to the shut-off valve 5 , a ventilation valve 6 is switched on. The gas space of the container 1 can thus be connected to the atmosphere by means of corresponding control signals from the control and measuring device 8 .

An der Oberseite des Behälters 1 ist ein Drucksensor 3 ange­ ordnet, dessen Druckanschluß mit dem Gasraum des Behälters 1 in Verbindung steht. Als Drucksensor 3 kann auch ein Diffe­ renzdrucksensor eingesetzt werden, dessen erster Anschluß mit dem Gasraum des Behälters 1 und dessen zweiter Anschluß mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Das Signal des Drucksen­ sors 3 wird zur Aufbereitung und Auswertung der Steuer- und Meßeinrichtung 8 zugeführt.At the top of the container 1 , a pressure sensor 3 is arranged, the pressure connection of which is in communication with the gas space of the container 1 . A pressure differential sensor can also be used as the pressure sensor 3 , the first connection of which is connected to the gas space of the container 1 and the second connection of which is connected to the atmosphere. The signal of the pressure sensor 3 is supplied to the control and measuring device 8 for processing and evaluation.

Anhand des Ablaufdiagrammes nach Fig. 2 wird das erfindungs­ gemäße Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes im Behälter erläutert. Als Pumpvorrichtung 7 dient dabei eine elektrische Unterdruckpumpe, die mittels Ansteuersignale der Steuer- und Meßeinrichtung 8 aktiviert wird. Dadurch kann im Behälter 1 und der Verbindungsleitung 4 ein Unterdruck erzeugt werden. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Kraftstoffvorrates in einem Tank eines Kraftfahrzeugs kann der bei bestimmten Betriebsbereichen der das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine herrschende Unterdruck im Saugrohr zur Erzeugung des Unterdrucks und damit zur Bestim­ mung des Füllstandes herangezogen werden.The fiction, modern method of determining the fill level in the container will be explained with reference to the flowchart of FIG. 2. An electrical vacuum pump, which is activated by means of control signals from the control and measuring device 8 , serves as the pump device 7 . As a result, a negative pressure can be generated in the container 1 and the connecting line 4 . When using the method according to the invention for determining the fuel supply in a tank of a motor vehicle, the negative pressure prevailing in certain operating areas of the internal combustion engine driving the vehicle in the intake manifold can be used to generate the negative pressure and thus to determine the fill level.

Alternativ hierzu kann auch eine Pumpvorrichtung 7 verwendet werden, die einen Überdruck im Behälter 1 erzeugt. Im nach­ folgenden wird eine Variante mit einem Unterdrucksystem er­ läutert. Für ein Überdrucksystem besteht in der Vorgehenswei­ se kein wesentlicher Unterschied.As an alternative to this, a pump device 7 can also be used, which generates an excess pressure in the container 1 . In the following, a variant with a vacuum system is explained. There is no essential difference in the procedure for an overpressure system.

Als Ausgangsbedingung (Zeitpunkt t0) ist das Belüftungsventil 6 zur Umgebung offen (Fig. 2b)) und das Absperrventil 5 zur Pumpvorrichtung geschlossen (Fig. 2a)). Damit ist der Gas­ raum oberhalb der Flüssigkeit im Behälter mit der Atmosphäre verbunden. Der Drucksensor 3 zeigt dann den Umgebungsdruck pu an. Zum Zeitpunkt t1 wird die Pumpvorrichtung 7 eingeschal­ tet, das Absperrventil 5 geöffnet und das Belüftungsventil 6 geschlossen, wodurch ein Unterdruck im Behälter 1 und in der Verbindungsleitung 4 aufgebaut wird. Erreicht der Unterdruck p einen vorgegebenen Schwellenwert ps (Zeitpunkt t2), so ist die Unterdruckaufbauphase abgeschlossen und die Pumpvorrich­ tung 7 wird ausgeschaltet. Gleichzeitig wird das Absperrven­ til 5 geschlossen und das Belüftungsventil 6 geöffnet. Da­ durch wird ein Druckausgleich zwischen Behälter und Umgebung eingeleitet. Die Luft zum Druckausgleich strömt über das of­ fene Belüftungsventil 6 über die Verbindungsleitung 4 in den Behälter 1.As an initial condition (time t 0 ), the ventilation valve 6 is open to the environment ( FIG. 2b)) and the shut-off valve 5 to the pump device is closed ( FIG. 2a)). The gas space above the liquid in the container is thus connected to the atmosphere. The pressure sensor 3 then displays the ambient pressure p u . At time t 1 , the pump device 7 is switched on, the shut-off valve 5 is opened and the ventilation valve 6 is closed, as a result of which a negative pressure is built up in the container 1 and in the connecting line 4 . If the vacuum p reaches a predetermined threshold value p s (time t2), the vacuum build-up phase is complete and the pumping device 7 is switched off. At the same time the shut-off valve 5 is closed and the ventilation valve 6 is opened. Since a pressure equalization between container and environment is initiated. The air for pressure equalization flows via the open ventilation valve 6 via the connecting line 4 into the container 1 .

Da sich die Verbindungsleitung wie ein Widerstand und der Be­ hälter wie eine Kapazität verhalten, erfolgt der Druckanstieg äquivalent dem Spannungsanstieg eines RC-Gliedes (Widerstands- Kondensator-Gliedes) eines elektrischen Kreises. Der Druck­ anstieg hat demnach einen exponentiellen Verlauf mit der Zeitkonstante τ. Die Zeitkonstante τ hängt proportional vom Gasvolumen V im Behälter ab. Ändert sich der Flüssigkeitsin­ halt im Behälter, so ändert sich linear dazu das Gasvolumen oberhalb der Flüssigkeit und damit die Zeitkonstante τ. Aus der Bestimmung dieser Zeitkonstanten τ kann somit direkt auf den Füllstand im Behälter geschlossen werden.Since the connecting line is like a resistor and the loading behave as a capacity, the pressure increases equivalent to the voltage rise of an RC element (resistance Capacitor element) of an electrical circuit. The pressure increase therefore has an exponential course with the Time constant τ. The time constant τ depends proportionally on Gas volume V in the container. The fluid changes hold in the container, the gas volume changes linearly above the liquid and thus the time constant τ. Out the determination of this time constant τ can thus be based directly on the fill level in the container is closed.

In Fig. 2c) ist die Zeitkonstante τ für den Füllstand FS1 eingetragen. Nach einer Zeitspanne 5τ ist der Druckausgleich praktisch abgeschlossen (Zeitpunkt t3). Mit gestrichelter Li­ nie ist der Verlauf des Druckes für den Füllstand FS2 einge­ zeichnet. Da bei diesem Füllstand FS2 das Gasvolumen größer als dasjenige bei dem Füllstand FS1 ist, ist auch die Zeit­ konstante T größer und der Druckausgleich ist erst zum Zeit­ punkt t4 abgeschlossen.The time constant τ for the fill level FS1 is entered in FIG. 2c). After a period of 5τ the pressure equalization is practically complete (time t3). The course of the pressure for the level FS2 is drawn in with dashed lines. Since the gas volume at this level FS2 is greater than that at the level FS1, the time constant T is also greater and the pressure equalization is only completed at time t 4 .

Im folgenden wird erläutert, wie aus der Zeitkonstante T der Füllstand bestimmt werden kann.The following explains how the time constant T der Level can be determined.

Eine erste Möglichkeit besteht darin, bei Erreichen des Schwellenwertes ps (Zeitpunkt t2) einen Zeitzähler zu star­ ten. Mittels des Drucksensors 3 wird der Druck p überwacht und der Zeitzähler angehalten, wenn der Druck p wieder dem Umgebungsdruck pu entspricht (Zeitpunkt t3 für den Füllstand FS1). Diese Zeitspanne t3-t2 entspricht dann einem Wert von 5τ. Dieser Wert oder der auf die Zeitkonstante τ normierte Wert ist Eingangsgröße eines in einem Speicher 9 der Steuer- und Meßeinrichtung 8 enthaltenen Kennfeldes KF1, in dem zuge­ hörige Werte für den Füllstand FS abgelegt sind. Die Kenn­ feldwerte für den Füllstand werden auf dem Prüfstand durch Versuche ermittelt und beinhalten somit u. a. die Geometrie des Behälters und der Verbindungsleitung.A first possibility is to start a time counter when the threshold value p s (time t2) is reached. The pressure p is monitored by means of the pressure sensor 3 and the time counter is stopped when the pressure p again corresponds to the ambient pressure p u (time t3 for the level FS1). This time period t3-t2 then corresponds to a value of 5τ. This value or the value standardized to the time constant τ is the input variable of a map KF1 contained in a memory 9 of the control and measuring device 8 , in which associated values for the fill level FS are stored. The characteristic values for the fill level are determined by tests on the test bench and thus include the geometry of the tank and the connecting line.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem Kraftfahrzeug zur Bestimmung des Tankinhaltes verwendet, so kann der ermit­ telte Füllstand FS dem Führer des Fahrzeuges direkt angezeigt und auch als Parameter zur weiteren Verarbeitung, z. B. als Eingangsgröße zur Leckagediagnose einer Tankentlüftungsanlage herangezogen werden.Will the inventive method in a motor vehicle used to determine the tank content, the ermit The level FS is displayed directly to the driver of the vehicle and also as a parameter for further processing, e.g. B. as Input variable for leak diagnosis of a tank ventilation system be used.

Der Füllstand des Behälters kann auch bestimmt werden, indem der Druckverlauf während des Druckausgleiches mit Hilfe eines Modells 1. Ordnung beschrieben wird. Wie bereits eingangs er­ wähnt, kann hierzu die folgende Analogie zwischen elektri­ schem und pneumatischen Kreis benutzt werden:
The fill level of the container can also be determined by describing the pressure curve during the pressure equalization using a first-order model. As he mentioned at the beginning, the following analogy between the electrical and pneumatic circuit can be used:

Für den Massenstrom in den Behälter 1 bei Unterdruck gilt:
The following applies to the mass flow into container 1 at negative pressure:

= -C.Δ (1). = -C.Δ (1).

Für den Massenstrom in der Verbindungsleitung 4 gilt:
The following applies to the mass flow in the connecting line 4 :

(1) und (2) gleichgesetzt liefert die Differentialgleichung für den Druckverlauf während des Druckausgleiches
Equated (1) and (2) provides the differential equation for the pressure curve during the pressure equalization

Dies ist eine Differentialgleichung 1. Ordnung mit der Zeit­ konstanten
This is a 1st order differential equation constant over time

und der Anfangsbedingung zum Zeitpunkt t=0: Δp(0)=-Δpstart, wobei -Δpstart dem Differenzdruck ps-pu zum Zeitpunkt t2 in der Fig. 2c entspricht.and the initial condition at time t = 0: Δp (0) = - Δp start , where -Δp start corresponds to the differential pressure p s -p u at time t2 in FIG. 2c.

Mit der Anfangsbedingung und der Dirac-Verteilung δ(t) ergibt sich die Gleichung
With the initial condition and the Dirac distribution δ (t) the equation results

Nach Erreichen des Druckwertes ps zum Zeitpunkt t2 (Fig. 2c) wird der Druck p im Behälter während einer Mindestzeit (Zeitpunkt t3) erfaßt. Mit den in Abtastschritten der Zeit TA (z. B. 50 msec) vorliegenden N Druckmeßwerten Δp(N.TA) kann man Gleichung (5) für alle Zeitpunkte angeben:
After the pressure value p s has been reached at time t2 ( FIG. 2c), the pressure p in the container is recorded for a minimum time (time t3). With the N pressure measurement values Δp (NT A ) present in sampling steps of time T A (e.g. 50 msec), equation (5) can be given for all times:

oder als Matrixgleichung ausgedrückt
or expressed as a matrix equation

Daraus erhält man die Schätzformel
The estimation formula is obtained from this

Die Gleichung (5) wird also dazu benutzt, einen Schätzwert für diese Parameter zu erhalten. Dies kann z. B. durch Anwen­ dung des aus der Mathematik bekannten LEAST-SQUARES-Algo­ rithmus erfolgen. Als Ergebnis erhält man einen Wert für die Zeitkonstante τ. Aus der Gleichung (4) ist ersichtlich, daß das Volumen V des Gasraumes oberhalb der Flüssigkeit im Be­ hälter proportional der Zeitkonstante τ ist. Andererseits er­ gibt sich dieses Gasvolumen aus der Differenz zwischen dem bekannten, durch die Geometrie des Behälters vorgegebenen Ge­ samtvolumen des Behälters und dem Flüssigkeitsvolumen, das den Füllstand bestimmt. Damit spiegelt der ermittelte Wert für die Zeitkonstante τ den Füllstand wieder. Equation (5) is therefore used to make an estimate to get for these parameters. This can e.g. B. by users of the LEAST-SQUARES-Algo known from mathematics rhythm. The result is a value for the Time constant τ. From equation (4) it can be seen that the volume V of the gas space above the liquid in the loading is proportional to the time constant τ. On the other hand, he this gas volume results from the difference between the known Ge predetermined by the geometry of the container total volume of the container and the volume of liquid that determines the level. This reflects the determined value for the time constant τ the level again.  

Gleichung (5) kann auch umgestellt als Modellgleichung be­ nutzt werden
Equation (5) can also be used as a model equation

ΔP=τ.Δ-τΔPstart.δ(t) (9).ΔP = τ.Δ-τΔP start .δ (t) (9).

Die äquivalente Vorgehensweise zu Gleichung (5) liefert dann die Schätzparameter
The equivalent procedure to equation (5) then provides the estimation parameters

In den Schätzgleichungen zur Bestimmung der Parameter wird die Ableitung Δ(n.TA) an den Abtastzeitpunkten TA benötigt. Dies muß in der Steuer- und Meßeinrichtung numerisch, z. B. durch Differenzbildung aufeinanderfolgender Werte berechnet werden.The derivative Δ (nT A ) at the sampling times T A is required in the estimation equations for determining the parameters. This must be done numerically in the control and measuring device, e.g. B. can be calculated by subtracting successive values.

Um das starke Rauschen der numerischen Differentiation und die damit verbundene erhöhte Standardabweichung des Schätz­ fehlers zu vermindern, können statt der originalen Werte Δp, Δ, δ(n.TA) auch gefilterte Werte Δpf, Δf, δf(n.TA) verwendet werden. Bedingung dabei ist, daß alle Signale dieselbe Filterfunktion durchlaufen. Als Filterfunktion kann bei­ spielsweise ein Tiefpaßfilter 1. Ordnung verwendet werden.In order to reduce the strong noise of the numerical differentiation and the associated increased standard deviation of the estimation error, filtered values Δp f , Δ f , δ f (nT A ) can also be used instead of the original values Δp, Δ, δ (nT A ) . The condition is that all signals go through the same filter function. For example, a 1st order low-pass filter can be used as the filter function.

Der Schätzwert für die Zeitkonstante bzw.
The estimated value for the time constant or

ist Eingangs­ größe eines in einem Speicher 9 der Steuer- und Meßeinrich­ tung 8 enthaltenen Kennfeldes KF2, in dem zugehörige Werte für den Füllstand FS abgelegt sind. Die Kennfeldwerte für den Füllstand werden auf dem Prüfstand durch Versuche ermittelt und beinhalten somit u. a. die Geometrie des Behälters und der Verbindungsleitung. is input variable of a map KF2 contained in a memory 9 of the control and measuring device 8 , in which associated values for the fill level FS are stored. The map values for the fill level are determined by tests on the test bench and thus include, among other things, the geometry of the container and the connecting line.

Die in den Gleichungen angegebenen Bezeichnungen haben fol­ gende Bedeutung:
Δp = Differenzdruck p-pu
δ(n.TA) = Dirac-Verteilung
Δpf = gefilterter Differenzdruck
Δf = gefilterte Ableitung des Differenzdruckes
δf(n.TA) = gefilterte Dirac-Verteilung
ρ0,air = Dichte der Luft bei Normalbedingungen (ρ0,air = 1,29 kg/m3)
ρ0,mix = Dichte des Kraftstoffdampfes bei Normalbedingungen (Normaltemperatur T0 = 273,15 K, Normaldruck p0 = 1013 hPa)
ρmix = Dichte des Kraftstoffdampfes
ρu = Dichte der Umgebungsluft
T = Umgebungstemperatur (=Temperatur des Gasvolumens)
pu = Umgebungsdruck
p = Tankdruck, absolut
V = Volumen oberhalb der Flüssigkeit im Behälter
l = Länge der Verbindungsleitung
r = Radius der Verbindungsleitung
η = Viskosität der Luft bei Normalbedingungen (η=1,74.10-5 Ns/m2.The names given in the equations have the following meaning:
Δp = differential pressure pp u
δ (nT A ) = Dirac distribution
Δp f = filtered differential pressure
Δ f = filtered derivative of the differential pressure
δ f (nT A ) = filtered Dirac distribution
ρ 0, air = density of air under normal conditions (ρ 0, air = 1.29 kg / m 3 )
ρ 0, mix = density of fuel vapor under normal conditions (normal temperature T 0 = 273.15 K, normal pressure p 0 = 1013 hPa)
ρ mix = density of fuel vapor
ρ u = density of the ambient air
T = ambient temperature (= temperature of the gas volume)
p u = ambient pressure
p = tank pressure, absolute
V = volume above the liquid in the container
l = length of the connecting line
r = radius of the connecting line
η = viscosity of the air under normal conditions (η = 1.74.10 -5 Ns / m 2 .

Da der Drucksensor einen gewissen Offset aufweist, kann zur Erhöhung der Genauigkeit vor Durchführung des Verfahrens die Nullpunktverschiebung des Sensorsignals bestimmt werden. Dies kann kann mit einer beliebigen, an sich bekannten Methode er­ folgen. Für die weiteren Berechnungen wird dann das Signal vom Tankdrucksensor um diesen ermittelten Offsetwert korri­ giert. Durch Ausgasen des Kraftstoffes ergibt sich schon ein Druckanstieg, der ein ähnliches Verhalten aufweist, wie der zur Füllstandsbestimmung genutzte Druckanstieg durch die ein­ strömende Luft. Since the pressure sensor has a certain offset, Increase the accuracy before performing the procedure Zero point shift of the sensor signal can be determined. This he can by any known method consequences. The signal is then used for further calculations correct by the tank pressure sensor by this determined offset value yaws. Outgassing the fuel results in a Pressure rise that behaves similar to that pressure increase used to determine the fill level by the flowing air.  

Eine bevorzugte Anwendung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Füllstandsbestimmung bei einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges. Tanksysteme von Kraftfahrzeugen sind heutzu­ tage vielfach mit Tankentlüftungsanlagen ausgerüstet. Darin ist u. a. ein Tankentlüftungsventil enthalten, das in einer Verbindungsleitung zwischen einem, ein Aktivkohlefilter bein­ haltender Kanister zum Zwischenspeichern von Kraftstoffdämp­ fen und dem Saugrohr der das Fahrzeug antreibenden Brenn­ kraftmaschine enthalten ist. Da in bestimmten Betriebsberei­ chen der Brennkraftmaschine im Saugrohr ein Unterdruck herrscht, kann das Saugrohr als Unterdruckerzeugungseinrich­ tung verwendet werden. Ein Absperrventil am Kanister, das zum Spülen des Aktivkohlefilters geöffnet wird, verbindet das Tank­ system zur Entlüftung mit der Umgebung. Für die Leckagedia­ gnose des Tanksystems ist ein Drucksensor vorgesehen. Ein solches Tanksystem mit Diagnoseverfahren ist beispielsweise in der DE 44 27 688 A1 beschrieben.A preferred application of this method according to the invention is the level determination for a fuel tank one Motor vehicle. Tank systems of motor vehicles are nowadays often equipped with tank ventilation systems. In this is u. a. a tank vent valve included in a Connection line between one, an activated carbon filter leg holding canister for the temporary storage of fuel dampers fen and the suction pipe of the fuel driving the vehicle engine is included. Because in certain operating areas Chen the internal combustion engine in the intake manifold a negative pressure prevails, the intake manifold can act as a vacuum generator tion can be used. A shut-off valve on the canister that Rinsing the activated carbon filter opens, connects the tank ventilation system with the environment. For the leakage slide A pressure sensor is provided for the tank system. A such a tank system with diagnostic procedures is for example described in DE 44 27 688 A1.

Durch die Berücksichtigung des Füllstandes des Kraftstofftan­ kes bei solchen Verfahren läßt sich die Genauigkeit der Leckagediagnose erhöhen, ohne zusätzlichen Aufwand an Bautei­ len, da der benötigte Drucksensor für die Füllstandsbestimmung ohnehin in der Tankentlüftungsanlage bereits vorhanden ist. Die Kenntnis des Füllstandes ist insbesondere dann nötig, wenn mit Hilfe solcher Verfahren Leckagen in der Tankanlage in der Größenordnung von 0,5 mm erkannt werden sollen.By taking into account the level of the fuel tank kes in such methods, the accuracy of the Leakage diagnosis can be increased without additional work on building components len, as the required pressure sensor for level determination already exists in the tank ventilation system. Knowledge of the level is particularly necessary if with the help of such procedures there are leaks in the tank system in the order of magnitude of 0.5 mm.

Claims (10)

1. Verfahren zum Bestimmen des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem abgeschlossenem Behälter, wobei
  • - der Behälter wahlweise nacheinander mit einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Druckänderung im Innern des Behälters oder der Atmosphäre verbindbar ist und
  • - die Druckänderung im Behälter mittels eines Drucksensors erfaßt und zur Bestimmung des Füllstandes ausgewertet wird,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • - Erzeugen einer Druckänderung in dem nicht mit Flüssigkeit gefülltem Gasvolumen (V) des Behälters (1) bei zur Atmo­ sphäre hin abgeschlossenem Volumen (V),
  • - Beenden der Druckerzeugung bei Erreichen eines vorgegebenen Druckwertes (ps) und Verbinden des Gasvolumens (V) mit der Atmosphäre, so daß ein Druckausgleich bis zum Umgebungs­ druck (pu) stattfindet,
  • - Ermitteln der zum Gasvolumen (V) proportionalen Zeitkonstan­ te (τ) des Druckverlaufes (p) zwischen Beginn und Ende des Druckausgleiches und anschließendem Bestimmen des Füllstan­ des (FS1; FS2) der Flüssigkeit durch Auswerten der Zeitkon­ stante (τ).
1. A method for determining the level of a liquid in a closed container, wherein
  • - The container can be connected one after the other with a device for generating a pressure change inside the container or the atmosphere and
  • the pressure change in the container is detected by means of a pressure sensor and evaluated to determine the fill level,
characterized by the following steps:
  • Generating a pressure change in the gas volume (V) of the container ( 1 ) which is not filled with liquid, with the volume (V) being closed off to the atmosphere,
  • Stopping the generation of pressure when a predetermined pressure value (p s ) is reached and connecting the gas volume (V) to the atmosphere, so that pressure equalization takes place up to the ambient pressure (p u ),
  • - Determine the time constant (τ) proportional to the gas volume (V) of the pressure curve (p) between the beginning and end of the pressure equalization and then determine the fill level of the (FS1; FS2) of the liquid by evaluating the time constant (τ).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckänderung mittels einer Pumpvorrichtung (7) erzeugt wird, die einen Unterdruck im Behälter (1) aufbaut. 2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure change is generated by means of a pump device ( 7 ) which builds up a negative pressure in the container ( 1 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckänderung mittels einer Pumpvorrichtung (7) erzeugt wird, die einen Überdruck im Behälter (1) aufbaut.3. The method according to claim 1, characterized in that the pressure change is generated by means of a pump device ( 7 ) which builds up an excess pressure in the container ( 1 ). 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte für die Zeitkonstante (τ) als Eingangsgröße eines in einem Speicher (9) einer Steuer-und Meßeinrichtung (8) ab­ gelegten Kennfeldes (KF1; KF2) dienen, in dem zugehörige Werte für den Füllstand (FS1, FS2) abgelegt sind.4. The method according to claim 1, characterized in that the values for the time constant (τ) serve as the input variable of a map (KF1; KF2) stored in a memory ( 9 ) of a control and measuring device ( 8 ), in the associated values for the fill level (FS1, FS2). 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennfeldwerte für den Füllstand (FS1, FS2) experimentell auf dem Prüfstand durch Versuche ermittelt werden.5. The method according to claim 4, characterized in that the Map values for the fill level (FS1, FS2) experimentally the test bench can be determined by tests. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante (τ) ermittelt wird, indem die Zeitspanne (t3-t2) gemessen wird, innerhalb derer sich der Druck (p) aus­ gehend von dem vorgegebenen Druckwert (ps) zu dem Atmosphä­ rendruck (pu) angeglichen hat und ein Fünftel dieser Zeit­ spanne (t3-t2) als angenäherter Wert für die Zeitkonstante (τ) betrachtet wird.6. The method according to claim 1, characterized in that the time constant (τ) is determined by measuring the time period (t3-t2) within which the pressure (p) is based on the predetermined pressure value (p s ) to the Atmospheric pressure (p u ) has adjusted and a fifth of this time span (t3-t2) is regarded as an approximate value for the time constant (τ). 7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante (τ) ermittelt wird, indem der Druckverlauf (Δp) während des Druckausgleichs mit Hilfe eines mathemati­ schen Modells in Form einer Differentialgleichung 1. Ord­ nung mit der Zeitkonstante (τ) beschrieben wird, die fol­ gende Form aufweist:
ρ0,air = Dichte der Luft bei Normalbedingungen (ρ0,air = 1,29 kg/m3)
ρ0,mix = Dichte des Kraftstoffdampfes bei Normalbedingungen (Normaltemperatur T0 = 273,15 K, Normaldruck p0 = 1013 hPa)
Δp= Druckdifferenz p-pu
δ(t) = Dirac-Verteilung
Δpstart = Differenzdruck ps-pu
pu = Umgebungsdruck
p = Tankdruck
ps = Schwellenwert
V = Volumen oberhalb der Flüssigkeit im Behälter
l = Länge der Verbindungsleitung
r = Radius der Verbindungsleitung
η = Viskosität der Luft bei Normalbedingungen (η=1,74.10-5 Ns/m2)
τ = Zeitkonstante. 7. The method according to claim 1, characterized in that the time constant (τ) is determined by the pressure curve (Δp) during pressure equalization using a mathematical model in the form of a differential equation 1st order with the time constant (τ) is described, has the following form:
ρ 0, air = density of air under normal conditions (ρ 0, air = 1.29 kg / m 3 )
ρ 0, mix = density of fuel vapor under normal conditions (normal temperature T 0 = 273.15 K, normal pressure p 0 = 1013 hPa)
Δp = pressure difference pp u
δ (t) = Dirac distribution
Δp start = differential pressure p s -p u
p u = ambient pressure
p = tank pressure
p s = threshold
V = volume above the liquid in the container
l = length of the connecting line
r = radius of the connecting line
η = viscosity of air under normal conditions (η = 1.74.10 -5 Ns / m 2 )
τ = time constant. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an­ stelle der originalen Werte (Δp,Δ,δ(t)) gefilterte Werte Δpf,Δf,δf(t) verwendet werden.8. The method according to claim 7, characterized in that instead of the original values (Δp, Δ, δ (t)) filtered values Δp f , Δ f , δ f (t) are used. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Schätzwerte für die Zeitkonstante (τ) mit Hilfe der Least-Squares Methode bestimmt werden.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that estimates of the time constant (τ) using the Least squares method can be determined. 10. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Füllstandsbestimmung bei einem Kraftstofftank in einem Kraftfahrzeug.10. Use of the method according to one of the preceding Claims for level determination in a fuel tank in a motor vehicle.
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