DE2953903C2 - Vorrichtung zum Messen des Füllstandes - Google Patents

Description

äußerst vorteilhaft, die Kolbenbewegung mit Hilfe des Unierdrucks in dem vorhandenen Moior-Saugrohr durchzuführen, so daß auch für diesen Vorgang keine zusätzlichen, aufwendigen Druckmittel erforderlich sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dadurch preiswert hergestellt sowie energiesparsam betrieben werden und ist ausgesprochen betriebssicher.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform besitzt die Vorrichtung einen Unterdruckregler zwischen dem Steuerventil und der zweiten Kammer, eine im Meßbereich begrenzungsfreie Hublänge des Kolbens und einen Meßfühler in Form eines Hublängenmessers zum Erfassen des jeweiligen Kolbenhubs als Füllstand-Meßgröße- Hierbei stellt sich ein definierter Kolbenhub ein, bei dem durch die erfolgte Gasentnahme im wesentlich gleiche Drücke in den ersten und zweiten Kammern des Zylinders vorliegen. Der als Maß für die erfolgte Gasvolumenentnahme dienende Kolbenhub kann in sehr einfacher Weise als Füllstand-Meßgröße erfaßt werden.

Demgegenüber besitzt die Vorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eine im gesamten Meßbereich begrenzte bzw. konstante Hublänge des Kolbens und einen Meßfühler in Form eines mit dem Tankraum verbundenen Unterdruckmessers. Dadurch wird dem Gasraum stets ein konstantes Gasvolumen entzogen, so daß sich im Tankraum in Abhängigkeit von diesem Gasvolumen ein mehr oder weniger großer Unterdruck einstellt. Gegenüber einer definierten Gasentnahme mit Hilfe eines Durchflußmessers hat diejenige unter Zuhilfenahme eines Kolbens den Vorteil einer erheblich einfacheren baulichen Gestaltung.

In weiterer Ausgestaltung besitzt die Vorrichtung vorzugsweise einen zur zweiten Kammer offenen, topfförmigen, linear beweglichen Kolben mit einer diesen mit dem Zylinder lose verbindenden Abdichtmembran. Dabei kann der Zylinder mit dem Kolben etwa vertikal angeordnet sein; in diesem Fall wird der Kolben im Ruhezustand der Vorrichtung durch seine Schwerkraft in die Ruhestellung zurückgeführt. Ein zusätzliches Federelement kann hierbei entfallen. Stattdessen ist es jedoch auch möglich, in der zweiten Kammer eine den Kolben zu seiner Ruhestellung vorgespannten Druckfeder anzuordnen. In diesem Fall ist keine vertikale Anordnung dos Zylinders mit dem Kolben erforderlich.

Besonders günstige und sichere Betriebsverhältnisse ergeben sich bei der Vorrichtung im Falle des mit einer Abdichtmembran versehenen Kolbens durch einen in eine Führung d..'s Zylinders eingreifenden Zapfen des Kolbens. Dadurch wird der Kolben auch dann einwandfrei geführt, wenn /wischen dem Kolben und dem Zylinder für die lose verbindende Abdichtmembran ein ausreichendes Spiel vorhanden ist.

Eine besonders bevorzugte Bauform zeichnet sich durch einen der Führung zugeordneten Meßfühler in Form einer elektrischen Meßspule zum Erfassen des Kolbenhubs aus. Diese Maßnahme ermöglicht im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform ein einfaches Bestimmen des vom Kolbenhub abhängigen Füllstandes und führt zu einer besonders kompakten sowie günstigen Bauform.

Günstige Verhältnisse ergeben sich auch dann, wenn eine mit dem Meßfühler, dem Steuerventil und einer Anzeige verbundene, zentrale Steuerung vorhanden ist. Diese kann zweckmäßigerv/eise als ein elektronischer Rechner, vorzugsweise als Mikroprozessor, ausgebildet sein. Dadurch lassen sich alle Steuerungs- und Berechnungsvorgänge auf zuverlässige Weise schnell, vollautomatisch und genau durchführen.

Kinc besonders kompakte Bauform der Vorrichtung ergibt sich dann, wenn ihre erste Kammer mit der Belüftungsieitung des Tankraums verbunden ist. Zum einen ist es hierdurch leichter möglich, das Belüftungsventil in der Belüftungsleitung mit einem ohnehin vorhandenen Bauteil der Vorrichtung, d. h. mit dem der Gasentnahme dienenden Kolben, zu betätigen: zum anderen kann hierdurch die Vorrichtung ah integrierte, zusammenhängende Einheit ausgebildet werden, die lediglich an die Belüftungsieitung des Kraftstofftanks anzuschließen ist. Gegebenenfalls können dann auch alle weiteren Anzapfungen des Kraftstofftanks durch die erfindungsgemäße Vorrichtung entfallen, da die Unterdruckerfassung im Tankraum auch indirekt im Bereich der Belüftungsleitung bzw. der ersten Kammer des Zylinders erfolgen kann. Somit läßt sich die Vorrichtung in sehr einfacher Weise und auch nachträglich in Kraftfahrzeugen installieren.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht somit ein schnelles, automatisches und ausreichend genaues Erfassen des Füllstandes ohne Beeinträchtigung durch verschiedene Kraftstofftank-Bauformen und Betriebsverhältnisse. Die auch nachträglich einbaubare Vorrichtung ist universell verwendbar und ermöglicht eine vielseitige Anpassung der Meßergebnisse an die jeweiligen Bedarfsverhältnisse.

Die ErfinJung wird nachfolgend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbcispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 — eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem variablen Kolbenhub, in schematischer Gesamtansicht; und
Fig.2 — eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem konstanten Kolbenhub, ebenfalls in schematischer Gesamtansicht.

Bei beiden Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein Tankraum 1 über eine Belüftungsleitung 5 mit einem nach außen führenden Belüftungsstutzen 6 verbunden, und zwar über ein Belüftungsventil 7 mit einem Ventilteller 8, der durch eine Schließfeder 9 in Schließrichtung vorgespannt wird und einen Öffnungswinkel 10 aufweist. In einem Zylinder 36 befindet sich ein linear verschiebbarer Kolben 37. der rr.it einigem Spiel innerhalb des Zylinders 36 angeordnet und durch eine lose Abdichtmembran 38 gegenüber dem Zylinder 36 abgedichtet ist. Der Kolben 37 ist topfförmig ausgebildet und trennt mit seiner Abdichimembran 38 eine erste Kammer 39. die mit der Belüftungsleitung 5 verbunden ist. von einer zweiten Kammer 40. die in noch näher zu beschreibender Weise mit Unterdruck beaufschlagt wird. Im Inneren des zur zweiten Kammer 40 geöffneten topfförmigen Kolbens 37 weist dieser einen zentralen Zapfen 41 auf. der in eine zentra'e Führung 42 des Zylinders 36 je nach Kolbenstellung mehr oder weniger weit eingreift.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird die Führung 42 von einem Meßfühler 43 in Form einer Meßspule umgeben, die über eine elektrische Verbindung 44 an eine zentrale Steuerung 31 angeschlossen ist. Diese kann in Form eines Mikroprozessors oder dergleichen ausgebildet und mit einem von Hand zu betätigenden Taster 32 sowie einer beispielsweise digitalen Anzeige 33 verbunden werden.

Die zweite Kammer 40 des Zylinders 36 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 1 über eine Leitung 45 mit einem Unterdruckregler 46 verbunden. Dieser weist eine Arbeitskammer 47 auf, die von einer beweglichen

Steuermembran 48 begrenzt ist und in der sich eine nicht bezeichnete, die Steuermembran 48 beaufschlagende Druckfeder befindet. In den Arbeitsbereich der Steuermembran 48 ragt eine Steueröffnung 49, die von der Steuermembran 48 mehr oder weniger weit geöffnet werden kann. An der der Arbeitskammer 47 entgegengesetzten Seite der Steuermembran 48 befindet sich eine nicht bezeichnete Kammer mit einer Entlüftung 50. Die Steueröffnung 49 ist strömungsmäßig mit einem Anschluß 51 verbunden, der an einen Ausgang eines Steuerventils 52 in Form eines Dreiwegeventils angeschlossen ist. Während ein Eingang des Steuerventils 52 mit einer Unterdruckleitung 11 verbunden ist, die an das Saugrohr des Verbrennungsmotors angeschlossen ist, stellt der andere Eingang des Steuerventils 52 eine Entlüftung 53 dar. Das Steuerventil 52 ist mit einem Elektromagnetantrieb 54 verbunden, der über eine elektrische Verbindung 55 und über den Taster 32 an die zentrale Steuerung 31 angeschlossen ist.

Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach F i g. 1 ist wie folgt: Im Außerbetriebszustand der Vorrichtung wird die zweite Kammer 40 über die Leitung 45, den Unterdruckregler 46 und das Steuerventil 52 entlüftet. Dadurch kann sich der gemäß F i g. 1 vertikal verschiebbare Kolben 37 unter seinem Eigengewicht nach unten bewegen, bis er in seiner Ruhestellung unter Anlage am Öffnungsstößel tO das Belüftungsventil 7 entgegen der Wirkung der Schließfeder 9 öffnet. Gegebenenfalls kann diese Bewegung in Richtung zur Ruhestellung durch eine nicht dargestellte Feder unterstützt werden. In der Ruhestellung greift ein Zapfen 41 in einem vergleichsweise geringen Ausmaß in die Führung 42 und somit in den Meßfühler 43 bzw. die Meßspule ein.

Wenn der Mtßvorgang durch Betätigen des Tasters 32 oder durch eiiien automatisch wiederkehrenden internen Takt der zentralen Steuerung 31 eingeleitet wird, erfolgt über das Steuerventil 52 ein Verbinden der Unterdruckleitung ti mit dem Unterdruckregler46. Dabei wird die Steuermembran 48 mehr oder weniger weit entgegen der Wirkung der Druckfeder zur Steueröffnung 49 gezogen, und zwar in der Weise, daß der Unterdruck in der Arbeitskammer 47 konstant gehalten wird. Dieser Unterdruck gelangt über die Leitung 45 in die zweite Kammer 40 des Zylinders 36, und der Kolben 37 bewegt sich unter dem Einfluß des Unterdrucks nach oben, wodurch das Belüftungsventil 7 mit Hilfe der Schließfeder 9 selbsttätig geschlossen wird. Bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens 37 wird aus dem Tankraum 1 Gas abgesaugt, wodurch sich im Tankraum 1 ein allmählich zunehmender Unterdruck einstellt. Der Kolben 37 bewegt sich so weit nach oben, bis an ihm ein Kräftegleichgewicht herrscht. In diesem Gieichge wichtszustand entspricht der Unterdruck im Tankraum 1 dem Unterdruck des Unterdruckreglers 46 bzw. der zweiten Kammer 40 vermindert um einen Betrag, der das Eigengewicht des Kolbens 37 aufweist. Nach kurzer Stabilisierungszeit kann die Kolbenposition bzw. der Kolbenhub"(von der Ruhestellung ausgehend) mit Hilfe des Meßfühlers 43 bzw. der Meßspule von der zentralen Steuerung 31 als Meßgröße für den Füllstand abgefragt werden. Anschließend kann das Steuerventil 52 von Hand oder automatisch auf Entlüftungsstellung umgeschaltet werden, wodurch der Kolben 37 unter seinem Eigengewicht wieder in seine Ruhestellung gelangt Die einzelnen Meßvorgänge können zu beliebigen Zeitpunkten oder in bestimmten Zeitabständen wiederholt werden, wobei sich die Meßgrößenunterschiede zwischen zwei zeitlich verschiedenen Meßvorgängen zu einer Verbrauchsmessung ausnutzen lassen.

Zur Erläuterung der Ausführungsform nach F i g. 2, in der der Ausführungsform gemäß F ι g. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind, wird auf den ersten Teil der speziellen Beschreibung verwiesen.

Im Unterschied zu Fig. 1 sind hier der Zylinder 36 und der darin verschiebbare topfförmige Kolben 37 horizontal angeordnet. Eine die Führung 42 und den Zapfen 41 umgebende Druckfeder 56 in der zweiten Kammer 40 drückt den Kolben 37 in Richtung zu seiner Ruhestellung, in der der Kolben 37 unter Anlage am Öffnungsstößel 10 das Belüftungsventil 7 öffnet. Die über die elektrische Verbindung 44 angeschlossene Meßspule des Meßfühlers 43 gemäß Fig. 1 fehlt bei dieser Ausführungsform.

Eine Leitung 45 verbindet die zweite Kammer 40 des Zylinders 36 gemäß F i g. 2 im Unterschied zu F i g. 1 mit dem Ausgang eines Steuerventils 52 in Form eines Drei-Wegeventils. Ein Eingang des Steuerventils 52 ist mit einer an das Saugrohr eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Unterdruckleitung 11 verbunden. Der andere Eingang des Struerventils 52 stellt eine Entlüftung 53 dar. Das Steuerventil 52 weist einen Elektromagnetantrieb 54 auf. der über eine elektrische Verbindung 55 mit einer zentralen Steuerung 31 gekoppelt ist, die beispielsweise in Form eines Mikroprozessors oder dergleichen ausgebildet sein kann und mit einem von Hand zu betätigenden Taster 32 und einer beispielsweise digitalen Anzeige 33 verbunden ist. Ein an den Tankraum 1 angeschlossener Meßfühler 57 in Form eines Unterdruckmessers ist über eine elektrische Verbindung 58 mit der zentralen Steuerung 31 gekoppelt.
Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach F i g. 2 ist wie folgt: Im Ruhezustand wird die zweite Kammer 40 des Zylinders 36 über das Steuervepfil 52 entlüftet Demnach kann die Druckfeder 56 den Kolben 37 zu seiner Ruhestellung verschieben, wodurch das Belüftungsventil 7 entgegen der Wirkung der Schließfeder 9 geöffnet wird. Dadurch entsteht ein Belüftungspfad vom Tankraum 1 über die Belüftungsleitung 5, die erste Kammer 39 und das geöffnete Belüftungsventil 7 zum Belüftungsstutzen 6. Wenn der Meßvorgang durch Betätigen des Tasters 32 oder infolge eines sich wiederholenden internen Taktes der zentralen Steuerung 31 eingeleitet wird, erfolgt ein Umschalten des Steuerventils 52 auf die Unterdruckleitung 11. Unter dem Einfluß des in der zweiten Kammer 40 entstehenden Unterdrucks wird der Kolben 37 entgegen der Wirkung der Druckfeder 56 nach rechts bewegt, bis er mit seinem äußeren Rand am Ende des Zylinders 36 anschlägt. Bei der anfänglichen Bewegung des Kolbens 37 wird zunächst der Öffnungsstößel 10 freigegeben, wodurch sieh das Belüftungsventil 7 mittels der Schließfeder 9 selbsttätig schließen kann. Anschließend wird dem Tankraum 1 durch die Kolbenbewegung bei jedem Meßvorgang ein im wesentlichen konstantes Gasvolumen entzogen, was dazu führt, daß der Druck im Tankraum 1 je nach Gasrestvolumen mehr oder weniger stark abfällt. Der sich am Ende des Meßvorgangs im Tankraum 1 einstellende Unterdruck wird vom Meßfühler 57 erfaßt und über die elektrische Verbindung 58 als Meßgröße der zentralen Steuerung 31 zugeleitet. Diese Meßgröße steht in einem nichtlinearen Zusammenhang mit dem Füllstand und

b5 kann gegebenenfalls nach Berechnung hiervon abgeleiteter Größen auf der Anzeige 33 wiedergegeben werden. Eine Verbrauchsmessung läßt sich durch Differenzbildung zwischen den Meßgrößen zeitlich verschiede-

ner Meßvorgänge durchführen. Vorzugsweise erfolgt die Unterdruckbestimmung nach einer kurzen Stabilisierungszeit nach Abschluß des Gasentnahmevorgangs. Nach Beendigung des Meßvorgangs kann ein von Hand oder automatisch erfolgendes Zurückschalten des Steu- 5 ervcntils 52 auf Entlüftung durchgeführt werden. Dadurch können der Kolben 37 in seine Ruhestellung zurückkehren und das Belüftungsventil 7 wieder selbsttätig geöffnet werden.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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SO

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Claims (11)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen des Füllstandes von flüssigem Kraftstoff in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges mit einer steuerbaren Belüftung für den Tank und ink einem Zylinder, der durch einen darin frei beweglichen Kolben in zwei Teilkammern unterteilt ist, von denen die erste Kammer an den Tankraum angeschlossen und die zweite Kammer an eine Druckquelle derart anschließbar ist, daß sich der Kolben unter dem Einluß der Druckquelle bei unbelüftetem Tank aus einer definierten Ruhestellung in eine definierte Endsteliung bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Ruhestellung des Kolbens (37) von diesem ausgelenkter und hiervon zu Beginn der Kolbenbewegung zu der Endstellung freigegebener Öffnungsstößel (10) eines von einer Schließfeder (9) beaufschlagten Belüftungsventils (7) in die erste Kammer (39) eingreift, und daß die zweite Kammer (40) über ein Steuerventil (52) in der Ruhestellung des Kolbens (37) belüftet sowie während des Meßvorgangs außerhalb der Ruhestellung des Kolbens (37) mit dem Saugrohr (11) eines Kraftfahrzeug-Motors verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Unterdruckregler (46) zwischen dem Steuerventil (52) und der zweiten Kammer (40), eine im Meßbereich begrenzungsfreie Hublänge des Kolbens (37) und einen Meßfühler (43) in Form eines Hublängenmessers zum Erfassen des jeweiligen Kolbenhubs als Füllstand-Meßgröße.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im gesamten Meßbereich begrenzte bzw. konstante Hublänge des Kolbens (37) und einen Meßfühler (57) in Form eines mit dem Tankraum (1) verbundenen Unterdruckmessers.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeicnnet durch einen zur zweiten Kammer (40) offenen, topffö>migen, linear beweglichen Kolben (37) mit einer diesen mit dem Zylinder (36) lose verbindenden Abdichtmembran (38).

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (36) mit dem Kolben (37) etwa vertikal angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine den Kolben (37) zu seiner Ruhestellung vorspannende Druckfeder (56) in der zweiten Kammer (40).

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen in eine Führung (42) des Zylinders (36) eingreifenden Zapfen (41) des Kolbens (37).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen der Führung (42) zugeordneten Meßfühler (43) in Form einer elektrischen Meßspule zum Erfassen des Kolbenhubs.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine mit dem Meßfühler (43, 57) dem Steuerventil (52) und einer Anzeige (33) verbundene zentrale Steuerung (31).

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die zentrale Steuerung (31) als elektronischer Rechner, vorzugsweise als Mikroprozessor, ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der

Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ihre erste Kammer (39) mit der Belüftungsleitung (5) des Tankraumes (1) verbunden ist

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Füllstandes von flüssigem Kraftstoff in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs mit einer steuerbaren Belüftung für den Tank und mit einem Zylinder, der durch einen darin frei beweglichen Kolben in zwei Teilkammern unterteilt ist, von denen die erste Kammer an den Tankraum angeschlossen und die zweite Kammer an eine Druckquelle derart anschließbar ist, daß sich der Kolben unter dem Einfluß der Druckquelle bei unbelüftetem Tank aus einer definierten Ruhestellung in eine definierte Endstellung bewegt.

Es ist bekannt (DE-PS 6 95 876), zum Bestimmen des Kraftstoff-Füllstandes mittels einer Kolbenanordnung Gas in einer definierten Weise in den Kraftstofftank einzuleiten und aus einer Zustandsänderung, wie einer Druckänderung oder einer Kolbenbewegung, auf den tatsächlichen Kraftstoff-Füllstand zu schließen. Zu Beginn der Messung müssen definierte Ausgangsverhältnisse geschaffen werden. Zu diesem Zweck ist es ferner bekannt, den Kraftstofftank vor Beginn der Messung durch eine Strömungsverbindung mit der freien Atmosphäre zu belüften und dann dicht zu verschließen. Dies kann mittels einer von Hand oder elektrisch ansteuerbaren Ventilanordnung durchgeführt werden. Während eine Handsteuerung zu umständlich ist und leicht zu Fehlern führen kann, ist eine elektrische Ventilsteuerung für viele Anwendungsfälle zu aufwendig und ebenfalls leicht fehlerhaft, da das Aufheben der Belüftung exakt auf die Zeit bis zum Beginn der eigentlichen Kolbenbewegung beschränkt ist. Außerdem hat diese bekannte Vorrichtung den Nachteil, daß bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug ein Druckerzeuger vorgesehen werden müßte, der dafür sorgt, daß der Kolben in dem Kraftstofftank einen Überdruck erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für ein Kraftfahrzeug bestimmte Vorrichtung der eingangs genannten Art unter Vermeidung der geschilderten Nachteile so auszubilden, daß sich auf relativ einfache Weise und ohne komplizierte Steuerungsmittel für den Belüftungsvorgang des Kraftstofftanks sowie ohne zusätzliche Überdruckerzeuger eine genaue Füllstandsmessung in zuverlässiger Weise durchführen läßt.

Zur Lösung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein in der Ruhestellung des Kolbens von diesem ausgelenkter und hiervon zu Beginn der Kolbenbewegung zu der Endstellung freigegebener Öffnungsstößel eines von einer Schließfeder beaufschlagten Belüftungsventils in die erste Kammer eingreift, und daß die zweite Kammer über ein Steuerventil in der Ruhestellung des Kolbens belüftet sowie während des Meßvorgangs außerhalb der Ruhestellung des Kolbens mit dem Saugrohr eines Kraftfahrzeug-Motors verbunden ist.

Eine derartige Bauform ist besonders einfach und zweckmäßig, weil die Belüftung bzw. das Verschließen des Kraftstofftanks durch die Kolbenbewegung selbst mechanisch gesteuert wird; es sind keine zusätzlichen Steuerungsmittel erforderlich, und es ist stets ein zeitlieher Zwangszusammenhang zwischen dem Beginn der Kolbenbewegung und dem Verschließen des Kraftstofftanks vorgegeben, indem der Kolben nur in seiner Ruhestellung das Belüftungsventil öffnet. Außerdem ist es