DE3912781A1 - System zur fuellstandsmessung, insbesondere in einem kraftstoffbehaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Füll­ standsmessung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem derartigen, aus der EP 2 40 598 A1 bekannten System dieser Art ist die Eicheinrichtung eine als Digitalsonde ausgebildete zweite Sonde, die parallel zur Analogsonde verlegt ist. Dabei wird eine zweite Meß­ strecke als Referenz bekannter Länge mit Hilfe der Digitalsonde bestimmt. Abgesehen von dem erhöhten Aufwand, eine zweite Meßstrecke für die Digitalsonde einzurichten (Kosten, Platz, Auswerteschaltung und Strombedarf für zwei Sonden) besteht auch ein funktio­ nales Problem. Die Referenz-Meßstrecke muß immer voll­ ständig im homogenen Meßmedium, hier im Kraftstoff, liegen und auch vom homogenen, d.h. durchmischten Medium umspült sein. Beim Nachfüllen des Kraftstoffs kann sich aber eine inhomogene Schichtung im Kraftstoffbehälter ergeben. Außerdem können sich Wasser und Schmutz ab­ lagern. Dadurch kann sich das Medium, welches in der Referenzstrecke erfaßt wird, vom Medium, welches in der Meßstrecke der Analogsonde erfaßt wird, unterscheiden und ein Meßfehler entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit geringem Aufwand eine exakte Möglichkeit, eine Eichung der Analogsonde durchzuführen, liefert.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Bei der Erfindung ist eine zweite Sonde nicht erforder­ lich. Die Analogsonde selbst liefert mit ihrem Ausgangs­ signal zweifelsfrei eine Aussage darüber, in welchem Füllstandsbereich sich das jeweilige Kraftstoffniveau befindet und wo die Grenzen dieses Bereichs liegen.

Zur Realisierung der Erfindung kann sich das Ausgangs­ signal der Analogsonde beispielsweise innerhalb zweier benachbarter Referenz-Füllstände linear mit dem Füll­ stand ändern. Bei den Referenz-Füllständen wiederum kann ein definierter Sprung des Ausgangssignals oder aber auch eine Änderung des Gradienten des Ausgangssignals entstehen.

Die Kennlinie der Analogsonde zeigt, wie im Patentan­ spruch 2 angegeben, somit im Bereich der Referenz-Füll­ stände eine definierte Unstetigkeit oder aber einen "Knick", anhand dessen das Erreichen des Referenz-Füll­ stands erkannt werden kann. Voraussetzung für die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems ist lediglich die genaue Kenntnis der Referenz-Füllstände, eine Voraussetzung, die bei dem bekannten System ohnehin erfüllt sein muß.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung findet sich im Patentanspruch 3. Dabei sind gerade die Refe­ renz-Füllstände, die nur kurzzeitig und durch äußere Einflüsse bedingt, erreicht werden, von besonderem Interesse. Es ist damit möglich, die bei üblichen Füllstandsgebern unerwünschten, da nur vorübergehenden Füllstandsänderungen nicht in ihrer Auswirkung auf die Füllstandsbestimmung zu eleminieren, sondern sie zur Eichung der Analogsonde einzusetzen. Es ist damit möglich, stets zwischen dem eigentlichen Meßbetrieb und dem Eichbetrieb umzuschalten. Als Umschaltkriterium kann dabei das Ausgangssignal der Analogsonde selbst verwen­ det werden. Ist die Änderung dieses Ausgangssignals atypisch, d.h. entspricht sie nicht der normalen Ände­ rung beim Betrieb des Kraftfahrzeugs, so wird auf Eichbetrieb umgeschaltet und andernfalls wieder der eigentliche Meßbetrieb eingestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf vielfältige Weise möglich. Ein bevorzugtes ist im Patentanspruch 4 angegeben und besteht in der Verwendung eines Ultra­ schall-Sender-/Empfängerpaares mit unterschiedlicher Kopplung in und außerhalb des Kraftstoffs. Weitere Ausführungsmöglichkeiten sind die Verwendung eines aus der eingangs genannten System bekannten temperaturem­ pfindlichen Widerstandelements ebenso wie z.B. ein üblicher Schwimmergeber, dessen Kennlinie den angege­ benen Verlauf besitzt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt; es zeigt

Fig. 1 den konstruktiven Aufbau einer Analogsonde, die im Rahmen der Erfindung Verwendung findet,

Fig. 2 die Anordnung der Analogsonde von Fig. 1 zur Bestimmung des Kraftstoffvorrats bei einem Kraftfahrzeug und

Fig. 3 die Kennlinie der Analogsonde von Fig. 1.

Die Analogsonde von Fig. 1 enthält im wesentlichen zwei kabelförmige Piezoelemente als Sender 1 und Empfänger 2 in koaxialer Anordnung. Die beiden Piezoelemente sind wie bei einem Zwillingkabel durch einen Kunststoffsteg 5 im Abstand 1 parallel angeordnet. Eine Seele 3 dient als Innenelektrode ein Mantel 4 als Außenelektrode. Zwischen beiden Elektroden befindet sich ein Piezopolymer 6.

In definierten Abständen a befinden sich Unstetigkeiten des Aufbaus der Piezoelemente beziehungsweise ihrer Kopplung. Dies kann erreicht werden durch Verjüngungen oder Verdickungen der Seelen 3 Unregelmäßigkeiten im Material oder Aufbau des Mantels 4 oder aber auch des Piezopolymers 6 sowie auch der Kopplung zwischen den beiden Piezoelementen 1 und 2, beispielsweise durch Veränderungen des mechanischen Aufbaus für den Steg 5. Diese Anomalien befinden sich im Abstand a und können einzeln oder auch in beliebiger Verbindung vorgesehen sein.

Anstelle eines gleichmäßigen Abstands a zwischen den Anomalien können auch unterschiedliche Abstände vorge­ sehen sein. Wichtig im Rahmen der Erfindung ist ledig­ lich, daß die Füllstände, bei denen diese Anomalien der Analogsonde im eingebauten Zustand vorliegen, bekannt sind. Dies kann unterstützt werden durch nicht darge­ stellte Montagehilfen der Analogsonde innerhalb des Kraftstoffbehälters, wie er in Fig. 2 gezeigt ist. Durch diese Montagehilfen wird das Ziel erreicht, die Anomalien bei definierten Füllständen zu positionieren.

Das in Fig. 2 gezeigte Gesamtsystem stellt die beiden Piezoelemente 1 und 2 schematisch dar. Sie sind in dem zu messenden Kraftstoff bis hin zu dem jeweiligen Füllstand eingetaucht. Innerhalb des Kraftstoffs be­ sitzen die beiden Piezoelemente eine andere Kopplung als außerhalb der Flüssigkeit. Hierzu werden die Seele 3 und der Mantel 4 mit den Elektroden eines Ultraschallsenders 16 verbunden, an dem eine Wechselspannung 15 zur Schwin­ gungserzeugung angelegt wird. Die Seele und der Mantel des Empfängers 2 sind mit einem Leistungsverstärker (nicht dargestellt) verbunden, dessen Ausgangsleistung A ausgewertet wird. Dabei ergibt sich beim Empfänger 2 eine umso größere Ausgangsleistung A, je länger der Füllstand h ist, da die Kopplung zwischen Sender 1 und Empfänger 2 mit zunehmendem Wert h besser wird und mehr Energie übertragen werden kann. Die Ausgangsleistung A ist somit ein Maß für die Füllstandshöhe h.

Diese Ausgangsleistung A ist in Fig. 3 in Abhängigkeit vom Füllstand h gezeigt. Dabei ist angenommen, daß sich das Ausgangssignal A in regelmäßigen Abständen a des Füllstands H sprunghaft ändert. Im Abstand a des Füll­ stands h sind somit die genannten Anomalien vorgesehen. Diese Annahme des regelmäßigen Abstands der Anomalien ist, wie eingangs bereits ausgeführt, nicht notwendig. Sie ist jedoch hier zum leichteren Verständnis ange­ nommen.

Ausgehend von einem Füllstand, der sich gerade zwischen zwei Anomaliestellen - hier angenommen zwischen den Füllstandshöhen 3 a und 4 a - befindet, kann bei Über­ streichen der Anomaliestellen eine Eichung des Gesamt­ systems durchgeführt werden. Dieses Überstreichen kann beispielsweise während des Fahrbetriebs durch äußere Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs bedingt sein. Es werden beispielsweise die benachbarten Anomaliestellen bei der Füllstandshöhe h von 3 a und 4 a kurzzeitig überschritten. Aufgrund der Unstetigkeiten des Aus­ gangssignals A wird einerseits erkannt, daß gerade diese beiden Anomaliestellen erreicht werden und andererseits, wie groß das Ausgangssignal A 3 bzw. A 4 des Leistungs­ verstärkers 18 bei diesen Anomaliestellen ist. Auf der Basis der beiden Ausgangssignale A 3 und A 4 kann nun bei einem nachfolgenden, beschleunigungsfreien Meßvorgang, das Ausgangssignal A auf die beiden Eckwerte A 3 und A 4 bezogen werden und somit eine exakte Aussage über den tatsächlichen Füllstand erzielt werden. Damit aber kann beim Fahrbetrieb ständig eine Eichung und ein Abgleich des Ausgangssignals mit der Sicherheit durchgeführt werden, daß das Ausgangssignal tatsächlich repräsentativ für den tatsächlichen Füllstand ist. Einflüsse auf das Ausgangssignal infolge von Inhomogenitäten des Kraft­ stoffs, Temperatureinflüssen, Verunreinigungen usw. fallen damit weg. Ein Abschalten der Auswerteschaltung während einer beschleunigungsbedingten Füllstandsände­ rung wird ersetzt durch einen alternativen Eichvorgang. Damit entfallen auch die Probleme, die sich durch eine zwischenzeitliche natürliche Änderung des Füllstands zwischen zwei Meßvorgängen ergeben.

Claims (4)

1. System zur Füllstandsmessung, insbesondere in einem Kraftstoffbehälter von Kraftfahrzeugen, mit einer sich über den Füllstandsbereich erstreckenden Analogsonde, welche Meßwerte liefert, die analog zum Füllstand sind, und mit einer Eicheinrichtung, die bei definierten Füllständen ein definiertes Ausgangssignal liefert und die zur Korrektur der Ausgangssignale der Analogsonde verwendet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalsonde als Teil der Analogsonde derart ausgebildet ist, daß sich die Ausgangssig­ nale (A) der Analogsonde bei mindestens zwei definierten Referenz-Füllständen (3 a, 4 a) nicht­ linear ändern.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen (s) des Ausgangssignals (A) der Analogsonde bei den Referenz-Füllständen (3 a, 4 a) innerhalb einer kleinen Füllstandsänderung deutlich von den Änderungen (dA) des Ausgangssignals (A) bei einer entsprechenden Füllstandsänderung außerhalb der Referenz-Füllstände unterscheidbar sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Änderungen des Ausgangssignals der Analogsonde für die Referenz-Füllstände, die bei Beschleunigungen des Kraftstoffbehälters nur kurzzeitig auftreten, zur Korrektur der Analog­ sonden-Meßwerte herangezogen werden.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogsonde als Sender-/ Empfängerpaar (1, 2) für ein Ultraschallsignal ausgebildet ist, dessen Kopplung sich im Kraftstoff deutlich von der Kopplung außerhalb des Kraftstoffs unterscheidet.