DE4414944C2

DE4414944C2 - Sensoranordnung zum Bestimmen des Flüssigkeitspegels in einem Tank

Info

Publication number: DE4414944C2
Application number: DE4414944A
Authority: DE
Inventors: Robert Duane Gaston; Kevin Lloyd Hobson
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1998-05-07
Anticipated expiration: 2014-04-29
Also published as: GB2279458A; GB2279458B; GB9412056D0; US5272918A; DE4414944A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Bestimmen des Flüssig keitspegels in einem Tank.

Viele Vorrichtungen zum Messen der im Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs verbleibenden Kraftstoffmenge sind bekannt. Zu diesem Zweck sind typische Kraftstoffpegelsensoren solche mit Winkelabtastung oder senkrechter Abta stung. Bei dem winkelabtastenden Kraftstoffpegelsensor ist ein Schwimmer mit einem Ende eines schwenkbaren Schwimmerarms, der mit Änderung des Kraftstoffpegels steigt oder fällt, verbunden, während das andere Ende des Schwimmerarms einen bogenförmigen Weg über ein Widerstandselement durchläuft. Beim senkrecht abtastenden Kraftstoffpegelsensor bewegt sich der Schwimmer linear entlang einem senkrecht angeordneten Widerstandsele ment.

EP 01 23 799 A1 beschreibt eine Sensoranordnung zum Bestimmen des Flüs sigkeitspegels, bei der ein eine Leiterfolie tragendes Schutzrohr verwendet wird, wobei trotzdem eine genaue Pegelmessung möglich sein soll. Es wird daher vorgeschlagen, den Träger dreiteilig auszubilden.

Diese Einheit der über Gelenke verbundenen Trägerteile weist im Groben eine auf. Dabei wird über ein Federmittel diese Struktur gegen das Dach und den Boden des Tanks gedrückt. Nachteilig ist hierbei, daß durch die 3-gliedrige Ausbildung der Träger zwei innenliegende Drehpunkte aufweist. Außerdem wirkt die Auflagerreaktion an zufälligen Stellen des Tankbodens und -daches. Es ist daher ein großer Aufwand hinsichtlich Material und Montage notwendig. Ferner steigt dadurch, daß der Träger über Federelemente zwi schen Tankdach und -boden eingeklemmt wird, die Wahrscheinlichkeit, daß korrosionshemmende Schichten beschädigt werden.

Eine hinsichtlich der Anzeigengenauigkeit verbesserte Füllstandsmeßeinrich tung ist in der US 3,449,955 beschrieben. Hierbei wird eine Basiseinheit ver wendet, die durch eine Flachfeder auf dem Boden gehalten wird. Ein auf der Kraftstoffoberfläche schwimmender Schwimmer ist an einem Ende des Schwimmerarmes montiert, dessen zweites Ende an einer der Basiseinheit gelegenen Welle befestigt ist, so daß eine Höhenveränderung über diese an eine Widerstandseinheit übertragen wird. Der Nachteil hierbei ist, daß diese Füllstandsmeßeinrichtung sehr stark von der Form des Kaftstofftankes ab hängt. Ferner ist durch den kleinen im Schwimmerarm überstreichbaren Win kelbereich ein sehr langer Schwimmerarm notwendig.

Einen Niveaugeber kostengünstig auszuführen, wird in DE 39 02 285 A1 be schrieben. Hierbei wird jedoch keine große Anzeigengenauigkeit erzielt.

US 49 39 932 beschreibt eine Meßvorrichtung, die aus nur wenigen Bauteilen besteht und eine genaue Bestimmung des Füllstandes ermöglicht. Hierbei wird eine Kombination aus Zuleitungsrohr und Niederhalter verwendet, in der sich der Rohrver lauf vom Einlaß aus zunächst im wesentlichen waagerecht erstreckt, wobei dieser Bereich durch mindestens einen "loopingartigen" Rohrbereich unterbro chen ist.

Beide Typen von Kraftstoffpegelsensoren werden zum Einsatz in der Regel durch Einsetzen durch eine Montageöffnung im oberen Teil oder seitlich des Kraftstofftanks, montiert. Verschiedene Bauteile wurden vorgeschlagen, um sicherzustellen, daß der Kraftstoffpegelsensor, und die häufig daran montierte Kraftstoffpumpe, immer in Kontakt mit dem Boden des Kraftstofftanks stehen. Z. B. beschreiben das US-Patent Nr. 4,939,932 und das US-Patent Nr. 4,945,884 Konstruktionen, in denen das untere Ende der Kraftstoffpegelsen soranlage gegen den Boden des Kraftstofftanks gedrückt wird. Da die Form und Höhe der Kraftstofftanks variiert, kann eine besondere Kraftstoffpegel sensor-Ausgestaltung keinen Schwimmer liefern, der in der Lage ist, sich in allen Kraftfahrzeugen vom Boden bis zum obersten Teil des Tanks zu bewe gen.

Kraftstoffpegelsensoren, die gegen den Boden des Kraftstofftanks gedrückt werden, haben auch häufig eine Winkelorientierung zur Folge, die die theore tisch vorhandene Auflösung verringert. Z. B. kann der Schwimmerarm eines winkelabtastenden Kraftstoffpegelsensors auf einen etwas kleineren als den vollen Bogen eingeschränkt sein, wenn der Sensor mit einem Winkel zum Bo den des Kraftstofftanks montiert ist. Ferner sind winkelabtastende Kraftstoffpe gelsensoren, die größeren freien Arbeitsbereich als senkrecht abtastende Kraftstoffpegelsensoren erfordern, gegenüber Beeinträchtigung durch Bla senbildung, die zunehmend in Kraftfahrzeugmotoren vorherrscht, anfällig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung des oben beschriebenen Typs bereitzustellen, die in unterschiedlichsten Kraftfahr zeug-Kraftstofftanks betreibbar ist.

Weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Sensoranordnung des oben beschrie benen Typs bereitzustellen, die entweder einen senkrecht oder winkelabta stenden Flüssigkeitspegelsensor umfaßt.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Sensoranordnung des oben be schriebenen Typs bereitzustellen, die eine maximale Kraftstoffmeßgerätauflö sung ermöglicht, insbesondere für winkelabtastende Kraftstoffpegelsensoren.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung zum Bestimmen des Flüssigkeitspegels in einem Tank, die umfaßt:

- eine Halterung mit einem zur Halterung am Tank angeordneten Halteende und einem distalen Verbindungsende;
- einen Flüssigkeitspegelsensor mit unterem und oberem Ende und ein Wider standselement, wobei der Flüssigkeitspegelsensor an einem Drehpunkt mit der Halterung verbunden ist und zwischen einer ausgefahrenen und einer eingezogenen Position schwenkbar ist, wobei in der ausgefahrenen Position das obere Ende des Flüssigkeitspegelsensors oberhalb des Drehpunkts angeordnet ist und der Flüssigkeitspegelsensor senkrecht angeordnet ist;
- einen Schwimmer, der Bestandteil des Flüssigkeitspegelsensors ist; und
- Federmittel zum Vorspannen des Flüssigkeitspegelsensors in die ausgefah rene Position.

Die Erfindung betrifft ferner eine Sensoranordnung zum Bestimmen des Kraft stoffpegels im Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs, die umfaßt:

- eine Halterung mit einem zur Halterung durch den Tank geeigneten Hal teende und mit einem distalen Verbindungsende;
- einen Flüssigkeitspegelsensor mit unterem und oberem Ende und einem Wi derstandselement, wobei der Flüssigkeitspegelsensor mit dem distalen Verbindungsende der Halterung durch eine Achse verbunden ist und zwi schen einer eingezogenen und einer ausgefahrenen Position schwenkbar ist, in der das obere Ende des Flüssigkeitspegelsensors oberhalb der Achse des Widerstandselements senkrecht angeordnet ist;
- einen zur linearen Bewegung eingerichteten Schwimmer am Widerstandse lement; und
- eine um die Achse angeordnete Torsionsfeder zum Vorspannen des Flüssig keitspegelsensors in die ausgefahrene Position.

In der eingezogenen Position ist die Sensoranordnung durch eine Montageöff nung im Tank einführbar. In der ausgefahrenen Position sind das obere Ende des Flüssigkeitspegelsensors oberhalb der Achse und das Widerstandsele ment senkrecht angeordnet. In dieser Orientierung liefert der Flüssigkeitspe gelsensor die größtmögliche Auflösung bei beiden linear und winkelabtasten den Schwimmern.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfol genden Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsform, in Verbin dung mit der begleitenden Zeichnung, ersichtlich.

Hierin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer eingezogenen Position zum Einführen in einen Kraftfahrzeug- Kraftstofftank;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Sensoranordnung in einer ausgefahrenen Position im Kraftstofftank;

Fig. 3 eine Vorderansicht der Sensoranordnung;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Sensoranordnung;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Sen soranordnung, die einen winkelabtastenden Flüssigkeitspegel sensor in einer eingezogenen Position umfaßt; und

Fig. 6 eine Seitenansicht der in Fig. 5 gezeigten Sensoranordnung in einer ausgefahrenen Position.

In der Zeichnung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung be schrieben. Fig. 1 bis 4 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer Sen soranordnung 10 zum Bestimmen des in einem Tank, wie z. B. einem Kraftstoff tank 12 eines Kraftfahrzeugs vorhandenen Flüssigkeitspegels oder der Flüs sigkeitsmenge, z. B. Kraftstoff. Die Sensoranordnung 10 umfaßt eine Halterung 14, einen Flüssigkeitspegelsensor 16 und eine Torsionsfeder 18.

Die Halterung 14 hat ein Halteende 20 und ein distales Verbindungsende 22. Das Halteende 20 ist zur Halterung durch den Tank geeignet, z. B. durch Be festigung an eine Kraftstoffversorgungseinheit 24. Wie am besten in Fig. 2 ge zeigt, kann die Lage der Kraftstoffversorgungseinheit 24 in einem flachen Ab schnitt des Kraftstofftanks ein Anbringen unter einem bestimmten Winkel durch eine Montageöffnung 26 im obersten Teil oder seitlich des Kraftstofftanks erforderlich machen.

Abhängig von der zur Verfügung stehenden Höhe des Tanks variiert der Win kel, unter dem die Kraftstoffversorgungseinheit 24 montiert wird, typischerweise zwischen 45 und 70°.

Die Kraftstoffversorgungseinheit 24 umfaßt eine Kraftstoffpumpe mit einem Kraftstoff-Filter 28 und Versorgungsleitungen 30 und 32. Ein Klappdeckel 34 ist am obersten Teil der Kraftstoffversorgungseinheit 24 vorgesehen und mit einem Ende einer Führungsfeder 36 verbunden, die sich von einer Flanschöff nungsabdeckplatte 38 erstreckt, die zum Befestigen über der Montageöffnung 26 eingerichtet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Halterung 14 Mittel wie eine Erhebung 40, die in eine Nut an der Außenseite der Kraftstoff versorgungseinheit 24 paßt, um die Halterung innerhalb des Tanks 12 exakt anzuordnen.

Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, hat der senkrecht abtastende Flüssigkeitspegel sensor 16 ein unteres Ende 42 und ein oberes Ende 44, zwischen denen lös bar ein Widerstandselement 46 montiert ist. Das Widerstandselement 46 umfaßt einen leitenden Streifen und einen kontinuierlichen Verlängerungswi derstandsstreifen, die beide an einer Seite des Widerstandselements angeord net sind. Die Streifen sind elektrisch mit externen elektrischen Schaltungen verbunden, die eine analoge oder digitale Anzeige aufweisen können (nicht gezeigt). Eine Reihe von mit Laser hergestellten Marken oder Einstellkerben sind auf dem Widerstandsstreifen angebracht, um an jedem Punkt des Wider standsstreifens eine vorherbestimmte Widerstandscharakteristik zu liefern. Der Widerstandswert am unteren Teil des Widerstandsstreifens ist vorzugsweise ungefähr 15 Ohm und der Widerstandswert am oberen Teil des Wider standsstreifen beträgt ungefähr 160 Ohm. Es kann eine beliebige Anzahl La sermarken entlang des Widerstandsstreifens durch ein Lasereinstellverfahren, wie das im US-Patent Nr. 5,051,719 beschriebene Verfahren, hergestellt wer den, auf dessen Offenbarung in vollem Umfang Bezug genommen wird. Vor zugsweise werden die Lasermarken ungefähr alle 2 bis 4 Ohm erzeugt.

Der Flüssigkeitspegelsensor 16 ist mit der Halterung 14 durch eine Achse 48, die den Flüssigkeitspegelsensor bei einem Drehpunkt 50 kreuzt, verbunden, was am besten in Fig. 3 zu sehen ist. In der in Fig. 1 bis 4 gezeigten bevorzug ten Ausführungsform, ist die Halterung 14 in unmittelbarer Nähe des unteren Endes 42 durch die Achse 48 mit dem Flüssigkeitspegelsensor 16 verbunden. Selbstverständlich kann der Drehpunkt 50 zwischen den Enden 42 und 44 des Flüssigkeitspegelsensors 16, abhängig von den vorhandenen Abmessungen des Kraftstofftanks 12, liegen. Die Torsionsfeder 18 ist um die Achse 48 ange ordnet und hat Schenkel 52 und 54, die jeweils an einem vom distalen Verbin dungsende 22 der Halterung 14 vorspringenden Anschlag 56 und an einem vom unteren Ende 42 des Flüssigkeitspegelsensors 16 vorspringenden An schlag 58 anliegen.

Der Flüssigkeitspegelsensor 16 ist um die Achse 48 gegenüber der Halterung 14 zwischen einer in Fig. 1 gezeigten eingezogenen und einer in Fig. 2 gezeig ten ausgefahrenen Position bewegbar. Mit dem Flüssigkeitspegelsensor 16 in der eingezogenen Position ist die Sensoranordnung 10 durch die Montageöff nung 26 in den Tank 12 einführbar. Nachdem die Sensoranordnung 10 die Montageöffnung 26 freigibt, erzwingt die Torsionsfeder 18 das Drehen des Flüssigkeitspegelsensors 16, bis ein am unteren Ende 22 der Halterung 14 gebildeter Absatz 60 am Anschlag 58 anliegt, so daß der Flüssigkeitspegel sensor in ausgefahrene Position vorgespannt ist. In der ausgefahrenen Posi tion ist das obere Ende 44 des Flüssigkeitspegelsensors 16 oberhalb der Achse 48 angeordnet.

In der ausgefahrenen Position ist das Widerstandselement 46 vorzugsweise senkrecht zu einer horizontalen Ebene, in den meisten Fällen zum flachen Bo den 62 des Kraftstoff-tanks 12 angeordnet. Einer zur linearen Bewegung am Widerstandselement 46 eingerichteter Schwimmer 64 ist vorgesehen, dessen Höhe mit dem Niveau des im Tank 12 verbleibenden Kraftstoffpegels variiert. Der Schwimmer 64 umfaßt vorzugsweise ein Kontaktfeld mit einem Paar Kon takte, die jeweils gegen den Leitungsstreifen und den Widerstandsstreifen am Widerstandselement 26 vorgespannt sind, um den elektrischen Stromkreis mit der externen elektrischen Schaltung zu schließen. Da der Flüssigkeitspegel sensor 16 eher einen linear abtastenden Schwimmer als einen schwenkbaren Schwimmerarm besitzt, ist er zum Betrieb in Kraftstofftanks mit aufblasbarem Reservoir, wie eine in Fig. 2 gezeigte Dampfrückführauskleidung 66, gut ge eignet. Wenn die Sensoranordnung 10 in einer derartigen Anordnung verwen det wird, kann sie mit einem Reservoirschutz (nicht gezeigt) versehen sein, um eine Beeinträchtigung durch den Flüssigkeitspegelsensor 16, einen Schwenk hebel 68, oder jedes anderen Bauteils der Sensoranordnung mit der Ausklei dung 66 zu verhindern.

Fig. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform 100 der Erfindung, die einen winkelabtastenden Kraftstoffpegelsensor 116, wie er z. B. im US-Patent Nr. 4,873,865 und im US-Patent Nr. 4,924,704 beschrieben ist, umfaßt, auf dessen Offenbarung in vollem Umfang Bezug genommen wird. Die Sensoranordnung 100 umfaßt eine Halterung 114, den Flüssigkeitspegelsensor 116 und eine um die Achse 148 angeordnete Torsionsfeder, die die Halterung und den Flüssig keitspegelsensor verbindet. Die Halterung 114 wird vorzugsweise durch Befe stigung an der Kraftstoffversorgungseinheit 24 durch den Tank 12 gehalten.

In der Ausführungsform 100 ist der Schwimmer 164 mit einem Ende eines Schwimmerarms 170 verbunden, der sich, wie in Fig. 6 zu sehen ist, zwischen der mit durchgezogenen Linien gezeigten Position, wenn sich wenig oder kein Kraftstoff im Tank befindet, und der in Umrissen gezeigten Position, wenn der Tank voll ist, bewegt. Das andere Ende des Schwimmerarms 170 bewegt über einen Widerstand einen Kontaktarm, was bereits bekannt ist. Elektrische Ver bindungen mit dem Kontaktarm und dem Widerstand ergeben ein veränderli ches Widerstandsmaß, wenn sich der Schwimmer 164 entsprechend dem Kraftstoffpegel im Tank 12 bewegt. Ein Signal entsprechend dem veränderli chen Widerstand wird zu einem Anzeigegerät gegeben, wie z. B. ein Kraft stoffmeßgerät, um die Menge an im Tank vorhandenem Kraftstoff einem Fahrer anzuzeigen. Der Flüssigkeitspegelsensor 116 hat vorzugsweise eine untere verschleißarme Widerstandsplatte, wie sie im US-Patent Nr. 4,931,764 be schrieben ist, auf dessen Offenbarung in vollem Umfang Bezug genommen wird.

Die Sensoranordnung 100 verbessert die Meßgerätauflösung, die typischer weise durch konventionelle winkelabtastende Anordnungen geliefert wird, weil der Schwimmerarm 164 einen 90° oder einen größeren Bogen, im Gegensatz zu der 60 bis 68°-Bewegung, die normalerweise erreichbar ist, wenn ein Flüs sigkeitspegelsensor mit einem bestimmten Winkel zur Kraftstoffversorgungs einheit 24 montiert ist, abtasten kann. Der zunehmende freie Bereich kann pro portional die Meßgerätauflösung vergrößern, so daß eine 50%ige Verbesse rung erreichbar sein kann.

Bezugszeichenliste

10

Sensoranordnung

12

Kraftstofftank

14

Halterung

16

Flüssigkeitspegelsensor

18

Torsionsfeder

20

Halteende

22

distales Verbindungsende

24

Kraftstoffversorgungseinheit

26

Montageöffnung

28

Kraftstoff-Filter

30

erste Versorgungsleitung

32

zweite Versorgungsleitung

34

Klappdeckel

36

Führungsfeder

38

Flanschöffnungsabdeckplatte

40

Erhebung

42

unteres Ende

44

oberes Ende

46

Widerstandselement

48

Achse

50

Drehpunkt

52

erster Schenkel

54

zweiter Schenkel

56

erster Anschlag

58

zweiter Anschlag

60

Absatz

62

flacher Boden

64

Schwimmer

66

Dampfrückführauskleidung

68

Schwenkhebel

100

Meßfühleranordnung

114

Halterung

116

Flüssigkeitspegelsensor

148

Achse

164

Schwimmer

170

Schwimmerarm

Claims

1. Sensoranordnung zum Bestimmen des Flüssigkeitspegels in einem Tank, die umfaßt:

1. - eine Halterung (14) mit einem am Tank (12) angeordneten Halteende (20) und einem distalen Verbindungsende (22);
2. - einen Flüssigkeitspegelsensor (16) mit unterem und oberem Ende (42, 44) und ein Widerstandselement (46), wobei der Flüssigkeitspegelsen sor (16) an einem Drehpunkt (50) mit der Halterung (14) verbunden ist und zwischen einer ausgefahrenen und einer eingezogenen Position schwenkbar ist, wobei in der ausgefahrenen Position das obere Ende (44) des Flüssigkeitspegelsensors (16) oberhalb des Drehpunkts (50) angeordnet ist und der Flüssigkeitspegelsensor (16) senkrecht angeord net ist;
3. - einen Schwimmer (64), der Bestandteil des Flüssigkeitspegelsensors (16) ist; und
4. - Federmittel zum Vorspannen des Flüssigkeitspegelsensors (16) in die ausgefahrene Position.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (64) eine lineare Bewegung am Widerstandselement (46) aus führen kann.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (64) eine Winkelbewegung ausführen kann.

4. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehpunkt (50) auf einer sich zwischen der Halterung (14) und dem Flüssig keitspegelsensor (16) erstreckenden Achse (48) liegt und die Federmittel eine um die Achse (48) angeordnete Torsionsfeder (18) aufweisen.

5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hal teende (20) der Halterung (14) an einer Kraftstoffversorgungseinheit (24) befestigt ist.

6. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sen soranordnung (10) durch eine Montageöffnung (26) in den Tank (12) ein führbar ist, wenn sich der Flüssigkeitspegelsensor (16) in eingezogener Position befindet.

7. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehpunkt (50) in unmittelbarer Nähe des unteren Endes (42) des Flüssig keitspegelsensors (16) liegt.

8. Sensoranordnung zum Bestimmen des Kraftstoffspiegels im Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs, die umfaßt:

1. - eine Halterung (14) mit einem zur Halterung durch den Tank (12) geeig neten Halteende (20) und mit einem distalen Verbindungsende (22);
2. - einen Flüssigkeitspegelsensor (16) mit unterem und oberem Ende (42, 44) und einem Widerstandselement (46), wobei der Flüssigkeitspegel sensor (16) mit dem distalen Verbindungsende (22) der Halterung (14) durch eine Achse (48) verbunden ist und zwischen einer eingezogenen und einer ausgefahrenen Position schwenkbar ist, in der das obere Ende (44) des Flüssigkeitspegelsensors (16) oberhalb der Achse (48) und das Widerstandselement (46) senkrecht angeordnet sind;
3. - einen zur linearen Bewegung eingerichteten Schwimmer (64) am Wi derstandselement (46);
4. - eine um die Achse (48) angeordnete Torsionsfeder (18) zum Vorspan nen des Flüssigkeitspegelsensors (16) in die ausgefahrene Position.

9. Sensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (10) durch eine Montageöffnung (26) in den Tank (12) einführ bar ist, wenn sich der Flüssigkeitspegelsensor (16) in eingezogener Position be findet.