DE4443311C2

DE4443311C2 - Vorrichtung zur Ermittlung der Flüssigkeitsmenge in einem Behälter, insbesondere einem Kraftstofftank für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE4443311C2
Application number: DE19944443311
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Briese
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1994-12-06
Filing date: 1994-12-06
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2014-12-07
Also published as: DE4447734C2; DE4443311A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Flüssigkeitsmenge in einem Flüs sigkeitsbehälter mit mehreren Kammern, insbesondere einem Kraftstofftank eines Kraftfahr zeuges, wobei die Kammern jeweils einen Meßwertaufnehmer mit einem mit einem Schwimmer zusammenarbeitenden Geberarm zum Erfassen der Füllstandshöhe der Flüssigkeit in der jeweiligen Kammer aufweisen, wobei die Meßwertaufnehmer einen elektrisch wirksamen Widerstandswert eines Sensorwiderstandes einstellen und der wirksame Widerstandswert linear von der in der Kammer vorhandenen Flüssigkeitsmenge abhängt.

In der Deutschen Offenlegungsschrift 38 22 846 A1 ist ein Gerät zur Messung des Füll standes eines Kraftstofftankes beschrieben. Das Gerät weist einen Geber auf, der ein vom Füllstand abhängiges Gebersignal erzeugt und an eine elektronische Bearbeitungseinrich tung gibt. Nach der Fertigung wird das Gerät für einen bestimmten Kraftstofftyp program miert. So wird neben anderen Kenndaten im Verarbeitungsgerät eine Tabelle abgelegt, in welcher der anzuzeigende Füllstand als Funktion der Ausgangsspannung des Gebers in Form von genügend vielen Stützwerten abgelegt ist. Dabei ist einerseits das Verhalten des jeweiligen Gebertyps und die Form des Kraftstofftanks berücksichtigt und andererseits die zur Form des Kraftstofftankes und zum Gebertyp nicht proportionale Kennlinie des Anzeige instrumentes erfaßt. Bei der ersten Inbetriebnahme des Gerätes wird weiterhin für jeden individuellen Geber ein Korrekturwert für auftretende Fertigungstoleranzen zusätzlich abge speichert und beim Ablauf des normalen Meßprogrammes berücksichtigt. Wird ein solcher Füllstandssensor für einen Kraftstofftank mit mehreren Flüssigkeitskammern verwendet, ist es erforderlich die Teilmeßergebnisse der einzelnen Flüssigkeitskammern zusammenzu fassen. Aufgrund der zur Form des Kraftstofftankes und zum Gebertyp nicht proportionalen anzeigbaren Ausgangsgröße ist dies jedoch sehr aufwendig.

Weiterhin ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 20 44 103 ein Tauchrohrgeber zur elektrischen Tankinhaltsmessung bekannt, der über einen Schleifkontakt mit einem Meßwiderstand zusammenwirkt. Der Meßwiderstand weist dabei zum Ausgleich einer Nichtlinearität in der Beziehung zwischen der Flüssigkeitsmenge und der Füllstandshöhe entweder gleiche Teilstrecken mit ungleichen Widerstandswerten oder ungleiche Teilstrecken mit gleichen Widerstandswerten auf, d. h. der Meßwiderstand ist derart dimensioniert, daß die Nichtlinearität im wirksamen Widerstandswert nicht wiedergegeben wird.

In der europäischen Patentschrift EP 245 159 B1 ist eine Meßeinrichtung zum Messen der Gesamtflüssigkeitsmenge zweier Behälter beschrieben, wobei jedem Behälter ein mit einem Schwimmer verbundener Meßwertgeber zugeordnet ist. Der Meßwertgeber ist zur Ein stellung der Größe eines für die weitere Verarbeitung wirksamen Widerstandswertes mit dem Schieber eines Potentiometers verbunden. Die Größe des wirksamen Widerstandes ist dabei ein Maß für die momentane Flüssigkeitsmenge im Behälter. Für die Ermittlung der Gesamtflüssigkeitsmenge beider Behälter werden die Potentiometer derart in Reihe ge schaltet, daß der durch die Veränderung der Summe der wirksamen Widerstandswerte auftretende Spannungsunterschied charakteristisch für die gemessene Gesamtflüssigkeits menge ist. Für den Erhalt eines auswertbaren Meßergebnisses werden die Potentiometer so dimensioniert, daß die Größe des wirksamen Widerstandswertes proportional der im Behälter vorhandenen Flüssigkeitsmenge ist. Es wird jedoch keinerlei Lösungsansatz für die Dimensionierung des Widerstandes aufgezeigt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zur Ermitt lung der Flüssigkeitsmenge eines Behälters mit mehreren Kammern zu schaffen, bei der in der Kennlinie des Sensorwiderstandes Einflüsse, die zu einer Nichtproportionalität zwischen der Größe des wirksamen Widerstandes und zu erfassenden Flüssigkeitsmenge führen kön nen, kompensiert sind.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist in dem Unteranspruch gezeigt.

Erfindungsgemäß ist der Sensorwiderstand derart dimensioniert, daß einerseits die Nichtlinearitäten in der Beziehung zwischen der Flüssigkeitsmenge und der Füllstandshöhe im Verlauf der wirksamen Widerstandswerte des Sensorwiderstandes und andererseits die Nichtlinearitäten in der Abhängigkeit der Ausgangsgröße des Meßwertaufnehmers von der Füllstandshöhe nicht wiedergegeben werden. Erstere Nichtlinearitäten entstehen durch die Form der Flüssigkeitsbehälter, die in den meisten Fällen keine geraden Seitenwände aufweisen. Die Nichtlinearität der Ausgangsgröße des Meßwertaufnehmers entsteht durch seine Art als Meßwertaufnehmer mit einem mit einem Schwimmer zusammenarbeitenden Geberarm. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem derart dimensionierten Sensorwiderstand hat den Vorteil, daß zur Ermittlung der Gesamtflüssigkeitsmenge die Sensorwiderstände der einzelnen Meßwertaufnehmer auf einfache Weise in Reihe geschaltet werden können. Ein nachgeschaltetes Anzeigeinstrument zur Darstellung der Summe der wirksamen Widerstände oder einer durch eine Widerstandsänderung bewirkten Spannungsänderung ist ohne zusätzlichen Aufwand für eine Justierung der Anzeigeskala ausbildbar. Auf einen zusätzlichen elektronischen Aufwand zur Berechnung der Gesamtflüssigkeitsmenge kann verzichtet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstofftanks mit zwei Kammern und jeweils zugeordneten Füllstandssensoren,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Ermittlung einer linearen Sensorwiderstands- Kennlinie

Fig. 3 ein empirisch ermittelter und ein entsprechend linearisierter Flüssigkeits mengen-Füllstandshöhenverlauf und

Fig. 4 eine Sensorwiderstandskennlinie, bei der die Nichtlinearität zwischen Füllstandshöhe und Ausschlagwinkel des Geberarms und eine Wider standskennlinie bei der sowohl die Nichtlinearität zwischen Füllstandshöhe und Ausschlagwinkel als auch die Nichtlinearität zwischen Füllstands menge und Füllstandshöhe berücksichtigt sind.

In Fig. 1 ist ein Kraftstofftank 5 mit zwei Kammern 1 und 2 dargestellt, bei dem die Kam mern in einem oberen Bereich miteinander verbunden sind. Dies hat zur Folge, daß bei einem nicht vollständig gefüllten Kraftstofftank 5 zwei getrennte Kraftstoffmengen V₁ und V₂ entstehen. Jeder Kammer 1, 2 ist ein Meßwertaufnehmer 3, 4 zugeordnet, wobei der Meßwertaufnehmer 1 ein mit einem Schwimmer 7 zusammenarbeitenden Geberarm 6 auf weist, der in Abhängigkeit der aktuellen Füllstandshöhe f₁ einen Sensorwiderstand R1 ein stellt, so daß dessen wirksamer Widerstandswert ein Maß für die sich in der Kammer 1 befindliche Kraftstoffmenge V₁ ist.

Der Meßwertaufnehmer 4 ist als ein an sich bekannter Tauchrohrgeber ausgebildet, der prinzipiell eine lineare Abhängigkeit des wirksamen Widerstandswertes des Sensorwider standes R2 von der Füllstandshöhe f₂ realisieren kann. Aufgrund der Ausbildung der Kammern 1 und 2 liegt jeweils eine Nichtlinearität im Verlauf der Füllstandshöhe f1, f2 in Abhängigkeit der in der Kammer befindlichen Kraftstoffmenge V₁, V₂ vor. Außerdem tritt bei dem Meßwertaufnehmer 3 durch seinen Aufbau eine Nichtlinearität im Verlauf des Ausschlagswinkels ϕ in Abhängigkeit der Füllstandshöhe f₁ auf. Diese Nichtlinearitäten verursachen, daß der Verlauf der wirksamen Widerstandswerte nicht proportional zu der zu erfassenden Kraftstoffmenge V₁ und V₂ ist und somit die Ermittlung und Anzeige der Gesamtkraftstoffmenge des Kraftstofftanks 5 nur mit erheblichem elektronischen Aufwand realisierbar ist. Dieser Aufwand kann durch eine Widerstandskennlinie der einzelnen Sensorwiderstände R1, R2, die alle auftretenden Nichtlinearitäten berücksichtigt, vermieden werden.

In Fig. 2 ist der Ablauf für die Ermittlung der Widerstandskennlinie des Sensorwiderstandes R1 schematisch dargestellt. In einem ersten Schritt S1 wird für die Kammer 1 der Verlauf der Füllstandshöhe f₁ in Abhängigkeit der in der Kammer befindlichen Kraftstoffmenge V₁ empirisch oder mathematisch ermittelt und aus diesem ermittelten Verlauf f₁ (V₁) der linearisierte Verlauf f_1lin (V₁) gebildet, indem durch die Füllstandshöhe f_l1 bei einem definierten Leerniveau V_l, das bei einem Kraftstofftank vorteilhaft auf eine minimal notwen dige Kraftstoffmenge gelegt wird, und die Füllstandshöhe f_v1 bei maximaler Kraftstoffmenge V_v1 eine Gerade mathematisch oder graphisch beschrieben wird (Fig. 3). Darauffolgend wird für definierte Füllstandshöhen f₁ die Abweichung der Volumenwerte ΔV_lin1 zwischen dem ermittelten und dem linearisierten Kraftstoffmenge-Füllstandshöhenverlauf ermittelt, dies kann meßtechnisch oder mathematisch nach folgender Formel:

erfolgen, V₁ ist dabei die Kraftstoffmenge bei einer zugehörigen Füllstandshöhe f₁.

Aus der Abweichung ΔV_lin1 werden in einem Schrift S2 additive Widerstandsglieder ΔR_lin1 mit Hilfe der Formeln

berechnet. Dabei ist R_l1 der Widerstandswert des Sensorwiderstandes bei dem definierten Leervolumen V_l1 und R_v1 der Widerstandswert bei dem größten erfaßbaren Flüssigkeits volumen V_v1.

Der nichtlineare Verlauf des Ausschlagwinkels ϕ des Geberarms 6 in Abhängigkeit der Füllstandshöhe f₁ in der Kammer 1 wird im Schritt S3 folgendermaßen berechnet:

wobei γ_l1 der Differenzwinkel der vorhergehenden Geberarmposition zu der waagerechten Geberarmposition, A die Füllstandshöhe bei waagerechter Geberarmposition, f₁ die momentane Füllstandshöhe und r die Länge des Geberarms ist.

Das additive Widerstandsglied ΔR_lin1 und der Verlauf des Ausschlagwinkels ϕ (f₁) fließen in die Dimensionierung des Sensorwiderstands R1 (ϕ, f) im Schritt S4 gemäß der Formel:

ein, wobei B die Differenz der Füllstandshöhen bei dem definierten Leervolumen V_l1 und der waagerechten Geberposition und F eine den Gesamtausschlagwinkel des Geberarms be inhaltende Konstante ist.

Die Kennlinie des Sensorwiderstandes R1, in der sowohl die Nichtlinearität zwischen Füll standsmenge V₁ und Füllstandshöhe f₁ als auch zwischen Ausschlagwinkel ϕ und der Füll standshöhe f₁ berücksichtigt ist, ist in Fig. 4 dargestellt.

Für die Kompensation des nichtlinearen Verlaufs der Füllstandshöhe f₂ in der Kammer 2 in Abhängigkeit der Kraftstoffmenge V₂ erfolgt die Berechnung der additiven Widerstands glieder ΔR_lin2 auf ähnliche Weise über die Abweichung der Volumenwerte ΔV_lin2 wie bei dem Meßwertaufnehmer 3. Da wie schon ausgeführt der Meßwertaufnehmer 4 prinzipiell eine lineare Abhängigkeit des wirksamen Widerstandswertes des Sensorwiderstandes R2 von der Füllstandshöhe f₂ realisiert, läßt sich die Kennlinie des Sensorwiderstandes R2 entsprechend einfacher ermitteln:

Aufgrund der dimensionierten Kennlinien der Sensorwiderstände R₁ (ϕ, f₁) und R₂ (f₂) wird für jede Kammer 1, 2 ein wirksamer Widerstandswert erhalten, welcher proportional der in der Kammer befindlichen Kraftstoffmenge V₁, V₂ ist. Die aktuellen Widerstandswerte der Sensorwiderstände werden zur Ermittlung der Gesamtkraftstoffmenge im Kraftstofftank 5 durch eine Reihenschaltung der Sensorwiderstände addiert und an ein Anzeigeinstrument weitergegeben.

Bezugszeichenliste

1 Kammer
2 Kammer
3 Meßwertaufnehmer
4 Meßwertaufnehmer
5 Kraftstofftank
6 Gebearm
7 Schwimmer
R1
R2 Sensorwidertand
f₁
f₂ Füllstandshöhe
f_l Füllstandshöhe bei einem definierten Leervolumen
f_v Füllstandshöhe bei einem größten erfaßbaren Flüssigkeitsvolumen
V₁
V₂ Kraftstoffmenge
S1-S4 Verfahrensschritte
V_v maximale Kraftstoffmenge
V_l definiertes Leervolumen
ΔV_lin Abweichung der Volumenwerte
ΔR_lin additives Widerstandsglied
A, B, F Konstanten
ϕ Anschlagwinkel

Claims

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Flüssigkeitsmenge in einem Flüssigkeitsbehälter mit mehreren Kammern, insbesondere in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges, die jeweils einen Meßwertaufnehmer mit einem mit einem Schwimmer zusammenarbei tenden Geberarm zum Erfassen der Füllstandshöhe der Flüssigkeit in der jeweiligen Kammer aufweisen, wobei die Meßwertaufnehmer einen elektrisch wirksamen Wider standswert eines Sensorwiderstandes einstellen und der wirksame Widerstandswert linear von der in der Kammer vorhandenen Flüssigkeitsmenge abhängt und wobei die Sensorwiderstände (R1; R2) derart dimensioniert sind, daß Nichtlinearitäten in der Beziehung zwischen der Flüssigkeitsmenge (V₁) und der Füllstandshöhe (f₁) und Nichtlinearitäten in der Abhängigkeit der Ausgangsgröße (4) des Meßwertaufnehmers (3) von der Füllstandshöhe (f₁) in dem wirksamen Widerstandswert des jeweiligen Sensorwiderstandes (R1) nicht wiedergegeben werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Sensor widerstände (R1; R2) zur Darstellung der Gesamtflüssigkeitsmenge des Flüssigkeits behälters (5) in Reihe geschaltet sind.