DE3540806A1 - Verfahren und vorrichtung zur fuellstandsmessung in wechselnden beschleunigungen unterworfenen behaeltern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Füllstandsmessung in wechselnden Beschleunigungen unterworfenen, eine Flüssigkeit enthaltenden Behältern mittels mindestens eines das Unterschreiten eines bestimmten Mindestfüllstandes signalisierenden Füllstandssensors und einer Warnvorrichtung, die aktiviert wird, falls das Sensorsignal während einer bestimmten Mindestdauer ununterbrochen ansteht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung in wechselnden Beschleunigungen unterworfenen Behältern, bestehend aus dem Behälter, einem darin ortsfest angeordneten, das Unterschreiten eines bestimmten Mindestfüllstandes signalisierenden Füllstandssensor, einer von dem Füllstandssensor nach ununterbrochenem Anstehen des Sensorsignals während einer bestimmten Mindestdauer aktivierbaren Warnvorrichtung und einem Warnsignalgeber.

Füllstandsmessungen in wechselnden Beschleunigungen unterworfenen Behältern werden z. B. in Kraftfahrzeugen zur Füllstandskontrolle in Hydraulik-, Schmiermittel-, Kühlmittel- und Treibstoff-Flüssigkeitsbehältern vorgenommen.

Ein typisches Beispiel ist die Füllstandskontrolle des Schmieröles (Motoröles) in Brennkraftmaschinen. Dieses ist derzeit auf zwei völlig unterschiedlichen Wegen möglich:

Im Fall der sogenannten "statischen Warnung" wird noch im Stillstand des Fahrzeuges, insbesondere vor dem Motorstart, eine einmalige Füllstandsmessung durchgeführt: Z. B. wird in dem Augenblick, in dem die Zündung für den Motor eingeschaltet wird, die Füllhöhe, z. B. in der Ölwanne, gemessen. Zu diesem Zweck gibt es verschiedene geeignete Sensoren, z. B. optische Sensoren, Widerstandsgeber, Thermoelemente usw.. Falls die Füllhöhe zu gering ist, wird nach dem Starten des Motors die Warnung, z. B. durch eine Warnlampe veranlaßt. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß mit demselben Sensor ein während des Fahrbetriebes eintretender Motorölmangel nicht feststellbar ist, weil bei laufendem Motor der Ölstand in der Ölwanne niedriger als bei nichtlaufendem Motor ist und außerdem schwankt.

Der andere - gattungsgemäße - Weg, einen Motorölmangel festzustellen und anzuzeigen, beruht auf dem Prinzip der sogenannten "dynamischen Warnung", bei der die Füllstandsmessung nur bei laufendem, warmen Motor erfolgt und ein während der Fahrt auftretender Ölmangel angezeigt wird. Hierzu dient z. B. ein sogenannter Schwimmer-Schalter, der an geeigneter Stelle in der Ölwanne des Motors angeordnet ist. Der Schwimmer- Schalter kann einen Reed-Kontakt in einem Dämpfungsbecher enthalten. Ein derartiger Füllstandssensor kann bei bestimmten Fahrzuständen einen eigentlich nicht vorhandenen Ölmangel simulieren; dies muß verhindert werden. Wenn nämlich durch Kurvenfahrt, Fahrgeschwindigkeitsänderungen oder das Fahren auf schiefen Ebenen das Motorenöl aufgrund der Beschleunigungs- oder Gewichtskräfte seine Lage im Motor ändert, kann am Anbringungsort des Füllstandssensors ein geringerer Ölstand auftreten, als bei beschleunigungsfreier Fahrt über eine horizontale Ebene oder bei stehendem Fahrzeug. Deshalb wird bei dem bekannten Verfahren der "dynamischen Warnung" der Warnsignalgeber, z. B. die Warnlampe, erst dann betätitgt, wenn das dementsprechende Sensorsignal während einer bestimmten Mindestdauer ununterbrochen ansteht. Der Warnsignalgeber kann nach seiner Betätigung in seiner Warnposition verharren, oder er kann nach einer gewissen Zeit wieder abgeschaltet werden. - Dieses bekannte Verfahren zur Füllstandsmessung hat den Nachteil, daß vor Fahrtantritt keine Messung und Warnung erfolgen kann. Bei Fahrtantritt steht das etwaige Signal des Sensors nämlich noch nicht ausreichend lange an, um den Warnsignalgeber zu betätigen. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt in der Schwierigkeit, einen geeigneten Einbauort des Füllstandssensors und eine geeignete Mindestdauer zu finden, während der das Sensorsignal vor der Betätigung des Warnsignalgebers anstehen muß. Die Bestimmung der Mindestdauer unterliegt nämlich zwei miteinander konkurrierenden Forderungen: Wegen der Möglichkeit, daß die auf das Füllgut des Behälters wirkenden Beschleunigungen und Schräglagen gegenüber der Normallage längere Zeit andauern, ist nämlich zur Vermeidung falschen Alarms eine möglichst lange Mindestdauer wünschenswert; wird der vorbestimmte Mindestfüllstand aber während einer Phase unterschritten, in der das Füllgut keinen Beschleunigungen unterworfen ist - also bei geschwindigkeitskonstanter Fahrt auf horizontaler Ebene oder bei Stillstand, so sollte die Mindestdauer, zwecks Schadensverhütung, möglichst kurz sein, da in dieser Situation der niedrigst zulässige Füllstand tatsächlich und nicht nur scheinbar unterschritten ist.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die für alle Bewegungszustände des Behälters eine möglichst sichere Funktion des Warnsignalgebers bei möglichst weitgehender Vermeidung von falschem Alarm gewährleisten; insbesondere soll eine Warnanzeige für Motorölmangel realisiert werden, und zwar bevorzugt derart, daß mit demselben Füllstandssensor sowohl die sogenannte "dynamische Warnung" als auch die sogenannte "statische Warnung", also die Warnung vor Fahrtantritt, gegeben wird.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens dadurch gelöst, daß jedes ununterbrochene Anstehen des Sensorsignals, das während einer längeren Zeit als einer vorbestimmten ersten Mindestdauer festgestellt wird, als Ereignis registriert wird und die Warnvorrichtung aktiviert wird, falls eine bestimmte Anzahl von Ereignissen einer relativ zur ersten Mindestdauer langen Zeitspanne registriert wird.

Hinsichtlich einer gattungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Ereignisspeichervorrichtung zum Speichern jedes Aktivierungsereignisses und Betätigen des Warnsignalgebers am Ende einer vorgebbaren Ereignisspeicherungsphase vorgesehen ist. Die Erfindung beruht demnach auf dem Grundgedanken, die Anwendungsmöglichkeit des Prinzips der "dynamischen Warnung" zwecks Sicherheitserhöhung unter Verwendung eines Ereignisspeichers zu erweitern.

Durch die Erfindung werden u. a. folgende Vorteile erreicht:
- Die erste Mindestdauer, nach der ein ununterbrochen anstehendes Sensorsignal registriert wird, kann im Vergleich zu den bekannten Systemen deutlich kürzer gehalten werden, so daß bei besonders ungünstigen Betriebsbedingungen, wie stark wechselnden Beschleunigungen, das bevorstehende Erreichen des Mindestfüllstandes im Behälter besonders frühzeitig angezeigt werden kann;
- die Einbaulage des Füllstandssensors im Behälter kann freier als bei den bekannten Systemen gewählt werden;
- der Zeitpunkt der Warnsignalgabe kann entsprechend den besonderen Betriebsbedingungen, denen der Behälter unterliegt, vor- oder nachverlegt werden, indem die Ereignisspeicherungsphase bzw. die Zeitspanne m, nach der der Inhalt des Ereignisspeichers abgefragt wird, verkürzt oder verlängert wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind grundsätzlich zwei Betriebsarten der Füllstandsmessung möglich: Entweder kann die Warnvorrichtung den Warnsignalgeber sofort nach ihrer Aktivierung betätigen, oder der Warnsignalgeber wird erst zu einem späteren Zeitpunkt betätigt. Letztgenannte Betriebsart eröffnet die Möglichkeit einer Frühwarnung, die bereits deutlich vor dem Absinken des Füllstandes auf den erlaubten Mindestfüllstand gebbar ist. Diese Möglichkeit wird z. B. dadurch eröffnet, daß, in Weiterbildung der Erfindung, die Warnvorrichtung zusätzlich dann aktiviert wird und ein Warnsignal gibt, wenn das Sensorsignal während einer vorbestimmten zweiten Mindestdauer ununterbrochen ansteht, die größer als die erste Mindestdauer ist. Hierdurch wird das eingangs genannte Problem der von den Betriebsbedingungen abhängigen unterschiedlichen Anforderungen an die Länge der ersten Mindestdauer gelöst. Der Füllstandssensor kann nämlich nunmehr an vergleichsweise hoher Stelle in dem Behälter angeordnet und die zweite Mindestdauer entsprechend lang gewählt werden, während die erste Mindestdauer vergleichsweise kurz ist. Durch entsprechenden Wahl der Anzahl n von Aktivierungsereignissen und der Registrierzeitspanne m wird dabei erreicht, daß nur bei ganz bestimmten Häufungen von Beschleunigungssituationen der Warnsignalgeber aktiviert wird; einzelne, relativ lang anhaltende Verlagerungen des Füllgutes in dem Behälter führen daher nicht zu einer Falschwarnung, da die zweite Mindestdauer angemessen groß sein kann. Die relativ große Länge der zweiten Mindestdauer ist - im Vergleich zu den bekannten Systemen - nunmehr unschädlich, weil der Füllstandssensor vergleichsweise hoch angeordnet ist und auch in Betriebszuständen, in denen der Behälter keinen Beschleunigungen unterworfen ist, das Erreichen oder Unterschreiten des erlaubten Mindestfüllstandes rechtzeitig anzeigbar ist.

Eine Anwendungserstreckung der Erfindung auf solche Fälle, in denen der Behälter während einer gewissen Zeit nicht bewegt worden ist und/oder der Füllstandssensor außer Betrieb war, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Aktivierung der Warnvorrichtung als Aktivierungsereignis registriert und die Aktivierung der Warnvorrichtung nach einer Stillstandsphase des Behälters, vorzugsweise einmal, wiederholt und dann ein Warnsignal gegeben wird. Auf diese Weise kann mit demselben Füllstandssensor auch die sogenannte "statische Warnung" gegeben werden. Diese Möglichkeit besteht für alle gattungsgemäßen Systeme für "dynamische Warnung". Hierdurch kann auch eine Frühwarnung gegeben werden, d. h. eine Warnung über das nahe Bevorstehen der Unterschreitung des Mindestfüllstandes: Wird nämlich eine Aktivierung der Warnvorrichtung aufgrund von n Ereignissen in der Zeitspanne m durch entsprechende Parameterwahl so frühzeitig bewirkt, daß der Mindestfüllstand dann noch nicht erreicht ist, und wird dieses Aktivierungsereignis erst im Anschluß an eine nachfolgende Stillstandsphase des Behälters durch ein Warnsignal angezeigt, so wird der Benutzer vor einer erneuten Inbetriebnahme des Behälters vorgewarnt, daß das Unterschreiten des Mindestfüllstandes nahe bevorsteht. Unabhängig davon können alle Aktivierungsereignisse der Warnvorrichtung aufgrund einer Überschreitung der zweiten Mindestdauer auch während einer Betriebsphase des Behälters durch das Warnsignal unmittelbar angezeigt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Behälter in einer Motoranlage vorgesehen und das Füllgut eine Hydraulik-, Schmiermittel-, Kühlmittel-, Treibstoff- o. ä. Flüssigkeit, insbesondere ein Motoröl.

Die vorgenannten, erfindungsgemäß zu verwendenden Verfahrensschritte bzw. Bauteile unterliegen in ihren Verfahrensbedingungen bzw. ihrer Größe Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt worden ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 a/b zwei Darstellungen der Zeitabhängigkeit von Schaltvorgängen des Füllstandssensors;

Fig. 2a eine Darstellung der Schalthäufigkeit der Füllstandssensoren in Abhängigkeit von den Füllguteigenschaften und dem Füllstand;

Fig. 2b eine Darstellung der durchschnittlichen Einschaltzeit der Füllstandssensoren in Abhängigkeit von den Füllguteigenschaften und dem Füllstand;

Fig. 3a einen Programmablauf für "statische Ölstandswarnung" beim Start einer Brennkraftmaschine;

Fig. 3b einen Programmablauf für die "dynamische" Ölstandsüberwachung und -warnung während der Fahrt sowie

Fig. 3c einen Programmablauf für den Meßzeitzyklus bei "statischer und dynamischer" Ölstandsanzeige/ warnung.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Füllstandsmessung von Motoröl in der Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges erläutert: Es wird ein Ölstandssensor verwendet, wie er von den gattungsgemäßen Vorrichtungen für die "dynamische Warnung" bekannt ist, also z. B. ein Schwimmer- Schalter. Dieser Sensor wird, wie bekannt, bei vorübergehenden besonderen Fahrzuständen bzw. Schräglagen des Motors einen eigentlich nicht vorhandenen Ölmangel signalisieren. Um eine dementsprechende Falschwarnung zu vermeiden, ist das Sensorsignal in geeigneter Weise auszuwerten ("zu klassieren"). Dabei macht man sich die Erkenntnis zunutze, daß bei fallendem Ölstand bei solchen besonderen Fahrzuständen oder Motorschräglagen nicht nur - wie bekannt - die Einschaltzeiten des Füllstandssensors mit fallendem Ölstand länger werden, sondern man macht sich auch die weitere Erkenntnis zunutze, daß bei solchen besonderen Fahrzuständen oder Motorschräglagen - also allgemein "Beschleunigungen" - die Häufigkeit der Ein/Ausschaltvorgänge bei fallendem Ölstand zunimmt. Da nach der Erfindung außer der Einschaltdauer des Sensorsignales auch die Häufigkeit der Schaltvorgänge erfaßt werden muß, ist die Festlegung eines Zeitfensters, also der Zeitspanne m, erforderlich, innerhalb der die Klassierung der Schaltsignale vorgenommen wird. Die Arbeitsabläufe wiederholen sich also immer wieder nach Ablauf der Zeitspanne m.

Wie sich aus Fig. 1a bis 2b ergibt, nehmen sowohl die Schalthäufigkeit als auch die Einschaltzeiten mit abnehmendem Öl-Füllstand zu. Es ist ferner erkennbar, daß die Schalthäufigkeit bei Erreichen des erlaubten Mindestfüllstandes plötzlich stark abnimmt, weil dann die mittlere Einschaltdauer des Ölstandssensors größer als der mittlere Zeitabstand zwischen zwei Ein/Aus-Schaltvorgängen ist. Schließlich ist auch erkennbar, daß die Viskosität des Füllgutes die Schalthäufigkeit und die durchschnittlichen Einschaltzeiten beeinflußt. Es ist daher erforderlich, entsprechend der Form und Betriebsart des Behälters, dem Anbringungsort und der Eigenschaften des Füllstandssensors sowie der physikalischen Eigenschaften des Füllgutes, eine geeignet lange Mindestdauer t ₁ für zu registrierende Ereignisse sowie eine geeignete Anzahl n solcher Ereignisse und eine geeignete Länge der Registrier-Zeitspanne m zu ermitteln.

Werden nun innerhalb von m Minuten wenigstens n Schaltvorgänge der Mindestdauer t ₁ registriert, dann wird die Warnvorrichtung aktiviert und eine dementsprechende Warnanzeige veranlaßt. Diese Warnanzeige kann sofort oder später erfolgen. Wird z. B. die Aktivierung der Warnvorrichtung als Aktivierungsereignis gespeichert, so kann die Warnanzeige z. B. dann erst veranlaßt werden, wenn z. B. der Motor bzw. die Zündung während einer bestimmten Zeit abgestellt waren und anschließend die Zündung wieder eingeschaltet wird. Hierdurch erhält man - wie bei der "statischen Warnung" - beim Starten eines Motors einen Ölmangel signalisiert. Ebenso kann eine "statische Warnung" auch dann gegeben werden, wenn während der vorangehenden Betriebsphase die Warnvorrichtung aufgrund einer besonders lang anhaltenden Einschaltdauer des Füllstandssensors aktiviert worden ist und dieses Aktivierungsereignis registriert wurde.

In dem Programmablauf gemäß Fig. 3a kann während der Phase des Motorparameter-Lesens eine Abstimmung der gewünschten Mindestdauern t ₁, t ₂ und der Zeitspanne m erfolgen; ebenso kann ein etwa vorhandener Ereignisspeicher gelöscht und auf Anfangsposition gesetzt werden. Die Entscheidungsphase, ob eine etwa gespeicherte statische Warnung gelöscht werden soll oder nicht, ist für solche Fälle gedacht, in denen z. B. die Motorzündung nur sehr kurzzeitig abgestellt war, bevor sie wieder eingestellt wird. Ist diese Zeitspanne z. B. kleiner als 2 sec, so wird die gespeicherte statische Warnung gelöscht und kommt folglich beim Wiedereinschalten nicht zur Anzeige. Erst bei längeren Ausschaltdauern der Zündung, z. B. länger als 2 sec, wird eine etwa gespeicherte statische Warnung weiterverarbeitet, d. h. eine als Warnsignalgeber dienende Lampe eingeschaltet.

Gemäß Fig. 3b sieht der Programmablauf für die Füllstandsüberwachung während einer Betriebsphase zunächst ein Abfragen des Zustandes des Füllstandsensors vor. Ist z. B. der Ölstand zu tief, so ist ein entsprechender Schalter geöffnet und entsprechend der Antwort "ja" der weitere Programmablauf in Gang zu setzen. Ansonsten wird, bei geschlossenem Schalter (also der Antwort "nein"), der Programmablauf wieder von vorne begonnen. Zur Ereignisspeicherung wird das Ereignisregister umlaufend von einem Registerzeiger R adressiert. Die Zahl der Register- oder Speicherplätze entspricht der Ereignisanzahl n. In der Prüfphase, ob n Ereignisse gespeichert sind, wird festgestellt, ob der Inhalt aller Ereignisregister ungleich null ist; bejahendenfalls wird dieses Aktivierungsereignis für die Warnvorrichtung registriert und beim nächsten Motorstart zur Anzeige gebracht.

Wie aus Fig. 3c im Detail ersichtlich, ist ein Unterprogramm für das Zeitfenster erforderlich, denn nur wenn innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne m von z. B. 15 min alle Speicherplätze belegt werden, soll die Warnvorrichtung aktiviert werden. Andernfalls beginnt die Routine von neuem und wird so lange wiederholt, bis die Aktivierungsbedingungen erfüllt sind.

Im übrigen erfolgt bei einem ununterbrochenen Anstehen des Sensorsignals von längerer Dauer als der Mindestdauer t ₂, die beispielsweise 120 sec lang sein kann, eine sofortige Aktivierung der Warnvorrichtung und Anzeige des Warnsignals (siehe Fig. 3b).

Claims (9)

1. Verfahren zur Füllstandsmessung in wechselnden Beschleunigungen unterworfenen, eine Flüssigkeit enthaltenden Behältern mittels mindestens eines das Unterschreiten eines bestimmten Mindestfüllstandes signalisierenden Füllstandssensors und einer Warnvorrichtung, die aktiviert wird, falls das Sensorsignal während einer bestimmten Mindestdauer ununterbrochen ansteht, dadurch gekennzeichnet, daß jedes ununterbrochene Anstehen des Sensorsignals, das während einer längeren Zeit als einer vorbestimmten ersten Mindestdauer (t ₁) festgestellt wird, als Ereignis registriert wird und die Warnvorrichtung aktiviert wird, falls eine bestimmte Anzahl (n) von Ereignissen während einer relativ zur ersten Mindestdauer langen Zeitspanne (m) registriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Warnvorrichtung zusätzlich dann aktiviert wird und ein Warnsignal gibt, wenn das Sensorsignal während einer vorbestimmten zweiten Mindestdauer (t ₂) ununterbrochen ansteht, wobei die zweite Mindestdauer (t ₂) größer als die erste Mindestdauer (t ₁) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aktivierung der Warnvorrichtung als Aktivierungsereignis registriert und die Aktivierung der Warnvorrichtung nach einer Stillstandsphase des Behälters wiederholt wird und dann ein Warnsignal gegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter eine Motoranlage ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgut des Behälters eine Motoröl ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mindestdauer (t ₁) 3 bis 15, insbesondere etwa 11 sec ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne (m) 10 bis 20, insbesondere etwa 15 Min. ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mindestdauer (t ₂) 31 bis 127 und insbesondere etwa 127 sec ist.

9. Vorrichtung zur Füllstandsmessung in wechselnden Beschleunigungen unterworfenen Behältern, bestehend aus dem Behälter, einem darin ortsfest angeordneten, das Unterschreiten eines bestimmten Mindestfüllstandes signalisierenden Füllstandssensor, einer von dem Füllstandssensor nach ununterbrochenem Anstehen des Sensorsignals während einer bestimmten Mindestdauer aktivierbaren Warnvorrichtung und einem Warnsignalgeber, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ereignisspeichervorrichtung zum Speichern jedes Aktivierungsereignisses und Betätigen des Warnsignalgebers am Ende einer vorgebbaren Ereignisspeicherungsphase.