DE19755056A1

DE19755056A1 - Füllstandsmeßvorrichtung für einen Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19755056A1
Application number: DE19755056A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Braun
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1999-06-17
Also published as: US6164325A; KR20000070642A; CN1247600A; BR9807571A; CN1105295C; JP2001511258A; EP0966655A1; WO1999030115A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Füllstandsmeßvorrichtung für einen Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Füllstandsmeßvorrichtung ist durch die DE 39 14 637 A1 bekannt. Diese Füllstandsmeßvorrichtung weist ein im Kraftstoffbehälter angeordnetes Meßrohr auf, das sich ausgehend vom Boden des Kraftstoffbehälters bis wenigstens zur Höhe des maximalen Füllstands des Kraftstoffbehälters erstreckt und in das Kraftstoff gefördert wird. Die Füllstandsmeßvorrichtung weist außerdem einen Differenzdrucksensor auf, der mit seinem einen Meßeingang mit dem unteren Ende des Meßrohrs verbunden ist und der mit seinem anderen Meßeingang dem Flüssigkeitsdruck am Boden des Kraftstoffbehälters ausgesetzt ist. Das Meßrohr weist eine Überlauföffnung auf, die wenigstens in Höhe des maximalen Füllstands des Kraftstoffbehälters angeordnet ist. Das Meßrohr ist durch eine nahe dem Boden des Kraftstoffbehälters angeordnete Öffnung oder ein Ventil auf die Höhe des aktuellen Füllstands des Kraftstoffbehälters entleerbar. Die Füllstandsbestimmung erfolgt in einer Auswerteeinrichtung aus der Differenz der Ausgangssignale des Differenzdrucksensors bei bis zur Überlauföffnung gefülltem Meßrohr und bei bis zum aktuellen Füllstand des Kraftstoffbehälters entleertem Meßrohr erfolgt. Die Förderung von Kraftstoff in das Meßrohr erfolgt über eine Rücklaufleitung, durch die von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs nicht verbrauchter Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter zurückgeführt wird. Der durch die Rücklaufleitung strömende Kraftstoff ist unter Umständen erhitzt, so daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem im Meßrohr befindlichen Kraftstoff und dem im Kraftstoffbehälter befindlichen Kraftstoff vorhanden ist, die wiederum eine Differenz der Dichte des Kraftstoffs im Meßrohr gegenüber der Dichte des Kraftstoffs im Kraftstoffbehälter zur Folge hat, was zu Fehlern in den Ausgangssignalen des Differenzdrucksensors führt. Darüberhinaus sind auch Kraftstoffördersysteme bekannt, bei denen kein Rücklauf von der Brennkraftmaschine zum Kraftstoffbehälter vorhanden ist, so daß die bekannte Füllstandsmeßvorrichtung nicht verwendbar ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Füllstandsmeßvorrichtung für einen Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs hat demgegenüber den Vorteil, daß der in das Meßrohr geförderte Kraftstoff nicht erwärmt ist und daß eine Verwendung bei Kraftstoffördersystemen ohne Rücklauf möglich ist.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Füllstandsmeßvorrichtung angegeben.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Füllstandsmeßvorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs mit darin angeordneter Füllstandsmeßvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit gefülltem Meßrohr, Fig. 2 den Kraftstoffbehälter mit der Füllstandsmeßvorrichtung mit entleertem Meßrohr und Fig. 3 den Kraftstoffbehälter mit der Füllstandsmeßvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 bis 3 ist jeweils ein Kraftstoffbehälter 10 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, der aus Metall oder Kunststoff bestehen kann. Im Kraftstoffbehälter 10 ist eine Füllstandsmeßvorrichtung 12 angeordnet, die dazu dient, den Füllstand des Kraftstoffbehälters 10 zu ermitteln, der in bekannter Weise auf einem im Sichtbereich des Fahrzeuglenkers angeordneten Anzeigeinstrument 34 dargestellt wird. Die Füllstandsmeßvorrichtung 12 weist ein im Kraftstoffbehälter 10 angeordnetes, vertikal verlaufendes Meßrohr 14, dessen Querschnitt gegenüber dem Querschnitt des Kraftstoffbehälters 10 wesentlich kleiner ist. Das Meßrohr 14 kann beispielsweise aus Kunststoff oder Metall bestehen und erstreckt ausgehend vom Boden 16 des Kraftstoffbehälters 10 bis nahe an dessen Decke 18. Nahe seinem oberen Ende 20 weist das Meßrohr 14 eine Überströmöffnung 22 auf, die in den Kraftstoffbehälter 10 mündet.

Die Füllstandsmeßvorrichtung 12 weist außerdem einen im Kraftstoffbehälter 10 angeordneten Differenzdrucksensor 24 auf. Der Differenzdrucksensor 24 weist zwei Meßeingänge 26, 28 auf, wobei ein Meßeingang 26 mit dem unteren Ende 30 des Meßrohrs 14 verbunden ist und somit vom hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule im Meßrohr 14 beaufschlagt ist. Der andere Meßeingang 28 des Differenzdrucksensors 24 ist mit dem Boden 16 des Kraftstoffbehälters 10 verbunden und somit vom hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule im Kraftstoffbehälter 10 beaufschlagt. Der Signalausgang des Differenzdrucksensors 24 ist mit einer Auswerteeinrichtung 32 verbunden, durch die wiederum das Anzeigeinstrument 34 angesteuert wird. Als Differenzdrucksensor 24 wird vorzugsweise ein mikromechanischer Drucksensor verwendet, der besonders kostengünstig ist.

Im Kraftstoffbehälter 10 ist ein Förderaggregat 40 angeordnet, durch das Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 10 zur Einspritzanlage 44 einer Brennkraftmaschine 46 des Kraftfahrzeugs gefördert wird. Das Förderaggregat 40 weist einen Pumpenteil 41 und einen Antriebsteil 42 auf, der vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet ist. Das Förderaggregat 40 ist in nicht näher dargestellter Weise im Kraftstoffbehälter 10 gehalten, wobei im Kraftstoffbehälter 10 ein Topf 48 vorgesehen sein kann, aus dem das Förderaggregat 40 Kraftstoff ansaugt. Durch den Topf wird sichergestellt, daß das Förderaggregat 40 auch bei geringem Füllstand des Kraftstoffbehälters 10 ausreichend Kraftstoff fördern kann. In den Topf 48 kann durch eine Strahlpumpe oder eine andere Pumpe Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 10 gefördert werden.

Es kann vorgesehen sein, daß das Förderaggregat 40 beim Betrieb der Brennkraftmaschine 46 nicht ständig mit gleicher Förderleistung betrieben wird, sondern der Betrieb des Förderaggregats 40 derart gesteuert oder geregelt wird, daß durch dieses die im aktuellen Betriebszustand von der Brennkraftmaschine 46 verbrauchte Kraftstoffmenge gefördert wird. Hierzu kann die dem Antriebsteil 42 des Förderaggregats 40 zugeführte elektrische Leistung bzw. die an diesen angelegte elektrische Spannung variiert werden. Durch diesen bedarfsabhängig gesteuerten Betrieb des Förderaggregats 40 ist kein Rücklauf für von der Brennkraftmaschine 46 nicht verbrauchten Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 10 erforderlich. Alternativ zu diesem bedarfsabhängig gesteuerten Betrieb des Förderaggregats 40 kann auch vorgesehen sein, daß im Kraftstoffbehälter 10 ein Druckregler 45 angeordnet ist, der einen Einlaß aufweist, welcher mit der Druckseite des Förderaggregats 40 verbunden ist, der einen Auslaß aufweist, welcher mit der Einspritzanlage 44 der Brennkraftmaschine 46 verbunden ist, und der einen Rücklauf 47 aufweist, welcher in den Kraftstoffbehälter 10 mündet. Durch den Druckregler 45 wird ein zumindest annähernd konstanter Kraftstoffdruck in der Einspritzanlage 44 eingestellt. Auch bei dieser Ausführung ist keine Rücklaufleitung von der Brennkraftmaschine 46 zum Kraftstoffbehälter 10 erforderlich. Der Druckregler 45 kann beispielsweise zusammen mit dem Förderaggregat 40 im Kraftstoffbehälter 10 gehalten sein oder wie in Fig. 1 dargestellt an einem eine Öffnung 36 des Kraftstoffbehälters 10 verschließenden Deckel 38.

Von der Druckseite des Förderaggregats 40 führt eine Kraftstoffleitung 50 zur Verbindung mit der Einspritzanlage 44 ab. Von der Kraftstoffleitung 50 oder direkt von der Druckseite des Förderaggregats 40, beispielsweise von einem Stutzen 52 des Förderaggregats 40, zweigt eine weitere Kraftstoffleitung 54 ab, die in das Meßrohr 14 der Füllstandsmeßvorrichtung 12 nahe dessen unterem Ende 30 mündet. Die in das Meßrohr 14 mündende Kraftstoffleitung 54 weist einen wesentlich geringeren Querschnitt auf als die zur Einspritzanlage 44 führende Kraftstoffleitung 50. Die in das Meßrohr 14 mündende Kraftstoffleitung 54 ist somit gegenüber der zur Einspritzanlage 44 führenden Kraftstoffleitung 50 gedrosselt, so daß vom Förderaggregat 40 eine wesentlich größere Kraftstoffmenge zur Einspritzanlage 44 gefördert wird als in das Meßrohr 14.

Wird das Förderaggregat 40 betrieben, so wird durch dieses über die Kraftstoffleitung 50 Kraftstoff zur Einspritzanlage 44 gefördert und über die Kraftstoffleitung 54 Kraftstoff in das Meßrohr 14 gefördert. Das Meßrohr 14 wird dabei mit Kraftstoff gefüllt, bis dieser bis in der Höhe lo der Überströmöffnung 22 steht, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Bei weiterer Kraftstofförderung in das Meßrohr 14 strömt der Kraftstoff über die Überströmöffnung 22 wieder in den Kraftstoffbehälter 10. Beim Betrieb des Förderaggregats 40 stellt sich somit im Meßrohr 14 eine Kraftstoffsäule mit der definierten Höhe lo ein, die einen definierten hydrostatischen Druck am ersten Meßeingang 26 des Differenzdrucksensors 24 verursacht. Der zweite Meßeingang 28 des Differenzdrucksensors 24 ist dem durch die Kraftstoffsäule mit der Höhe h des Kraftstoffs im Kraftstoffbehälter 10 verursachten hydrostatischen Druck ausgesetzt. Die aktuelle Höhe h der Kraftstoffsäule im Kraftstoffbehälter 10 ist der Füllstand des Kraftstoffbehälters 10. Das Ausgangssignal u(t) des Differenzdrucksensors 24 ist damit proportional der Differenz des hydrostatischen Drucks im Meßrohr 14 und des hydrostatischen Drucks im Kraftstoffbehälter 10. Das Ausgangssignal u(t) des Differenzdrucksensors 24 wird der Auswerteeinrichtung 32 zugeführt, die daraus das Ausgangssignal h(t) gemäß folgender Gleichung ermittelt:

Hierbei ist g die Fallbeschleunigung, ρ die Dichte des Kraftstoffs und k der Übertragungsfaktor (Empfindlichkeit) des Differenzdrucksensors 24. uo ist das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors 24 für den Zustand, daß die Höhe der Flüssigkeitssäule im Meßrohr 14 gleich der Höhe h des Kraftstoffs im Kraftstoffbehälter 10 ist. Dieser Zustand stellt sich ein, wenn das Förderaggregat 40 nicht betrieben wird. In diesem Fall läuft das Meßrohr 14 ausgehend vom Stand des Kraftstoffs bis zur Überströmöffnung 22 in der Höhe lo leer bis zur aktuellen Höhe h des Kraftstoffs im Kraftstoffbehälter, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist die Füllstandsmeßvorrichtung 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem bei abgeschaltetem Förderaggregat 40 Kraftstoff aus dem Meßrohr 14 durch die Kraftstoffleitung 54 und das Förderaggregat 40 in den Kraftstoffbehälter 10 abfließen kann. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß das Meßrohr 14 nahe seinem unteren Ende 30 oder die Kraftstoffleitung 54 eine kleine Öffnung 56 aufweist, durch die Kraftstoff aus dem Meßrohr 14 in den Kraftstoffbehälter 10 abfließen kann. Die Öffnung 56 ist dabei derart bemessen, daß durch diese in einer bestimmten Zeiteinheit weniger Kraftstoff abfließen kann als durch das Förderaggregat 40 bei dessen Betrieb in dieser Zeiteinheit Kraftstoff in das Meßrohr 14 gefördert wird. Durch die Verbindung des Meßrohrs 14 über die Öffnung 56 oder das Förderaggregat 40 mit dem Kraftstoffbehälter 10 stellt sich im Meßrohr 14 nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren der Kraftstoff mit derselben Höhe h ein wie im Kraftstoffbehälter 10. Das in diesem Zustand vorliegende Ausgangssignal uo des Differenzdrucksensors 24 stellt dessen Offset dar. Dieser Offset unterliegt während der Lebensdauer des Differenzdrucksensors 24 einer gewissen Drift, die die Genauigkeit der Füllstandsmeßung beeinträchtigen würde. Dieser Offset wird in der Auswerteeinrichtung 32 gemäß der vorstehend angegebenen Gleichung berücksichtigt, so daß dieser nicht zu Fehlern in der Ermittlung des Füllstands führt. Das Ausgangssignal uo des Differenzdrucksensors 24 kann jeweils nach dem Abstellen des Förderaggregats 40 ermittelt und in der Auswerteeinrichtung 32 abgespeichert werden. Nach jedem Abstellen des Förderaggregats 40 kann somit der für das Ausgangssignal uo abgespeicherte Wert aktualisiert werden. Das von der Auswerteeinrichtung 32 ermittelte Füllstandssignal h(t) wird kontinuierlich auf der nicht dargestellten Anzeigeeinrichtung angezeigt.

In Fig. 3 ist die Füllstandsmeßvorrichtung 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei der grundsätzliche Aufbau gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Abweichend zum ersten Ausführungsbeispiel ist in der Kraftstoffleitung 54 zwischen dem Förderaggregat 40 und dem Meßrohr 14 ein Ventil 60 angeordnet. Das Ventil 60 ist zwischen einer in Fig. 3 mit durchgezogenen Linien dargestellten ersten Stellung, in der dieses das Meßrohr 14 über die Kraftstoffleitung 54 mit dem Förderaggregat 40 verbindet, und einer in Fig. 3 mit gestrichelten Linien dargestellten zweiten Stellung, in der dieses die Kraftstoffleitung 54 öffnet und das Meßrohr 14 mit dem Kraftstoffbehälter 10 verbindet, umschaltbar. Das Ventil 60 kann als Magnetventil ausgebildet sein, das elektrisch schaltbar ist. Die Umschaltung des Ventils 60 zwischen seinen beiden Stellungen kann durch die Auswerteeinrichtung 32 gesteuert werden. Normalerweise befindet sich das Ventil 60 beim Betrieb des Förderaggregats 40 in der Stellung, in der das Meßrohr 14 mit dem Förderaggregat 40 verbunden ist und somit mit Kraftstoff bis zur Höhe lo gefüllt wird, so daß durch den Differenzdrucksensor 24 und die Auswerteeinrichtung 32 der aktuelle Füllstand h des Kraftstoffbehälters 10 ermittelt werden kann. In bestimmten Zeitabständen wird das Ventil 60 in seine andere Stellung umgeschaltet, um das Meßrohr 14 mit dem Kraftstoffbehälter 10 zu verbinden und eine Ermittlung des Ausgangssignals uo des Differenzdrucksensors 24 zu ermöglichen und somit die Nullpunktsdrift auszugleichen. Diese Umschaltung des Ventils 60 kann nicht nur beim Stillstand der Brennkraftmaschine 46 bei abgeschaltetem Förderaggregat 40 erfolgen, sondern auch während des Betriebs des Förderaggregats 40.

Alternativ kann das Ventil 60 auch derart ausgebildet sein, daß durch dieses in seiner einen Stellung die Kraftstoffleitung 54 freigegeben wird und in seiner anderen Stellung die Kraftstoffleitung 54 gesperrt wird. In diesem Fall ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel in der Kraftstoffleitung 54 zwischen dem Ventil 60 und dem Meßrohr 14 oder im Bereich des unteren Endes 30 des Meßrohrs 14 eine Öffnung 14 vorgesehen, um ein Entleeren des Meßrohrs 14 zu ermöglichen.

Claims

1. Füllstandsmeßvorrichtung für einen Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs, mit einem im Kraftstoffbehälter (10) angeordneten Meßrohr (14), das sich ausgehend vom Boden (16) des Kraftstoffbehälters (10) bis wenigstens zum maximalen Füllstand des Kraftstoffbehälters (10) erstreckt, mit einem Differenzdrucksensor (24), der mit einem Meßeingang (26) mit dem unteren Ende (30) des Meßrohrs (14) verbunden ist und mit einem anderen Meßeingang (28) dem Flüssigkeitsdruck am Boden (16) des Kraftstoffbehälters (10) außerhalb des Meßrohrs (14) ausgesetzt ist, wobei in das Meßrohr (14) Kraftstoff gefördert wird und das Meßrohr (14) eine mindestens in Höhe des maximalen Füllstands des Kraftstoffbehälters (10) angeordnete Überströmöffnung (22) aufweist, wobei das Meßrohr (14) bis auf den aktuellen Füllstand des Kraftstoffbehälters (10) entleerbar ist, und wobei die Füllstandsbestimmung in einer Auswerteeinrichtung (32) aus der Differenz der Ausgangssignale des Differenzdrucksensors (24) bei bis zur Überströmöffnung (22) kraftstoffgefülltem Meßrohr (14) und bei bis zum aktuellen Füllstand des Kraftstoffbehälters (10) entleertem Meßrohr (14) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Kraftstoffbehälter (10) ein Förderaggregat (40) angeordnet ist, durch das Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter (10) zur Einspritzanlage (44) der Brennkraftmaschine (46) des Kraftfahrzeugs gefördert wird, und daß das Meßrohr (14) durch einen Teilstrom des vom Förderaggregat (40) geförderten Kraftstoffs gefüllt wird.

2. Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderaggregat (40) über eine gegenüber dessen Leitung (50) zur Einspritzanlage (44) gedrosselte Verbindung (54) Kraftstoff in das Meßrohr (14) fördert.

3. Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Förderaggregat (40) Kraftstoff in das Meßrohr (14) nahe dessen unterem Ende (30) gefördert wird.

4. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerung des Meßrohrs (14) auf den aktuellen Füllstand des Kraftstoffbehälters (10) durch Abströmung von Kraftstoff aus dem Meßrohr (14) durch das Förderaggregat (40) in den Kraftstoffbehälter (10) erfolgt.

5. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (54) zwischen dem Förderaggregat (40) und dem Meßrohr (14) ein Ventil (60) angeordnet ist, das zwischen einer Stellung, in der das Meßrohr (14) über die Verbindung (54) mit dem Förderaggregat (40) verbunden ist, und einer Stellung, in der das Meßrohr (14) mit dem Kraftstoffbehälter (10) verbunden ist, umschaltbar ist.

6. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (54) zwischen dem Förderaggregat (40) und dem Meßrohr (14) ein Ventil (60) angeordnet ist, das zwischen einer Stellung, in der das Meßrohr (14) über die Verbindung (54) mit dem Förderaggregat (40) verbunden ist, und einer Stellung, in der die Verbindung (54) gesperrt ist, umschaltbar ist.

7. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Förderaggregat (40) geförderte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom aktuellen Kraftstoffmengenbedarf der Brennkraftmaschine (46) des Kraftfahrzeugs veränderbar ist.

8. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Kraftstoffbehälter (10) ein Druckregler (45) angeordnet ist, der einen mit der Druckseite des Förderaggregats (40) verbundenen Einlaß, einen mit der Einspritzanlage (44) der Brennkraftmaschine (46) des Kraftfahrzeugs verbundenen Auslaß und einen in den Kraftstoffbehälter (10) mündenden Rücklauf aufweist.