WO2008113627A1 - Vorrichtung und verfahren zur füllstandsmessung eines fahrzeugtanks - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur füllstandsmessung eines fahrzeugtanks Download PDF

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WO2008113627A1
WO2008113627A1 PCT/EP2008/050918 EP2008050918W WO2008113627A1 WO 2008113627 A1 WO2008113627 A1 WO 2008113627A1 EP 2008050918 W EP2008050918 W EP 2008050918W WO 2008113627 A1 WO2008113627 A1 WO 2008113627A1
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WO
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tank
volume
level
measuring
throttle
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PCT/EP2008/050918
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Inventor
Marc Neufeld
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01F23/0046—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm with a stationary probe, where a liquid specimen is separated from the mean mass and measured
    • G—PHYSICS
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    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
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    • G01F23/16—Indicating, recording, or alarm devices being actuated by mechanical or fluid means, e.g. using gas, mercury, or a diaphragm as transmitting element, or by a column of liquid
    • G01F23/162—Indicating, recording, or alarm devices being actuated by mechanical or fluid means, e.g. using gas, mercury, or a diaphragm as transmitting element, or by a column of liquid by a liquid column
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    • G01F23/30—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
    • G01F23/303—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats characterised by means to prevent fault-level readings due to turbulence of the fluid, e.g. special float housings

Definitions

  • the invention is based on measuring devices that determine the filling level in liquid tanks of motor vehicles. As a result of accelerations and cornering, waves form inside the liquid tank, which make precise level measurement difficult. By sloshing of the liquid to be measured, the level detection is badly affected by errors and must be converted by complex signal processing, for example by filtering or by statistical methods in a control electronics in a more accurate signal.
  • the invention allows an exact determination of the tank level without having to carry out complex computational methods. As a result, the devices for signal processing can be saved. Furthermore, output signal of the level sensor can be used directly, without averaging or filtering, to display the level.
  • the filling level measuring device comprises, in addition to the liquid tank whose level is measured, a measuring volume, which is connected via a throttle fluid connection with the liquid tank.
  • the restrictor fluid connection is used to significantly reduce the flow rate between the measuring volume and the liquid tank, so that the liquid level in the measuring volume simulates the long-term filling level of the tank, but short-term changes such as sloshing movements or waves are not transferred into the measuring volume.
  • the measuring volume and the liquid tank are connected to each other according to the principle of communicating tubes, so that the respective liquid columns in the tank or in the measuring volume due to the long-term pressure equalization have the same height.
  • the underlying inventive concept is now to achieve the otherwise complex statistical averaging by introducing a delay element in the form of the throttle-fluid connection between the tank and the measuring volume, so that only long-term changes are transmitted between the liquid tank and the measuring volume , but no short-term changes in level as in slosh or wave movements.
  • the detection of the level is thus carried out by measuring the level in the measurement volume, which already corresponds to a long-term average, so that the detection can be performed with slow sensors and without complex mathematical methods with high accuracy.
  • the level device according to the invention is therefore intended for a tank of a vehicle, wherein in the tank during normal operation of the vehicle, a liquid is provided.
  • This liquid may be, for example, fuel, for example, gasoline or diesel, or may be a liquid, for example, aqueous reducing agent, which is injected into the exhaust line for denitrification of the exhaust gases of the vehicle.
  • the liquid reducing agent may be an aqueous urea solution, for example the AdBlue® additive intended for motor vehicles.
  • the level measuring device preferably has a cylindrical shape.
  • the level measuring device has a bottom, which represents the lowest point of the measuring volume, which is arranged at the same height as the bottom of the tank.
  • the level measuring device is preferably arranged in the vehicle so that it extends along the direction of action of the gravitational force and has at least the same height as the tank.
  • the uppermost point of the measuring volume, which is encompassed by the level measuring device, is preferably in the same height as or above the uppermost point of the filling volume of the tank.
  • the throttle fluid connection connects the measurement volume with the fill volume at the respective lower sections of the tank or the measurement volume, or connects the tank with the measurement volume at the level of the respective floors.
  • the tank and / or the measuring volume is connected to the environment.
  • the filling volume in the upper section or at its highest point may be connected to the upper section or to the uppermost point of the measuring volume. Since in this embodiment the filling volume and the measuring volume are not in direct contact with the environment, losses due to evaporation and odor nuisance are avoided.
  • the throttle fluid connections may interconnect the respective upper portions of the measurement volume and the tank, or the uppermost locations of the measurement volume and the fill volume.
  • connections between the level measuring device and the tank are arranged and arranged such that the connection of the respective lower sections serves the throttled or unthrottled transfer of liquid from the tank into the measuring volume and vice versa.
  • a connection of the respective upper sections serves to equalize the pressure of the gas which is above the liquid.
  • This connection can also be throttled or unthrottled.
  • the connection of the upper sections and the connection of the lower sections may both be throttle fluid connections.
  • either the connection of the upper sections or the connection of the lower sections is throttled.
  • the throttle fluid connection can be provided as a line with a small cross-sectional area, in which case the entire line, which can also be designed as a channel, serves as a throttle device.
  • discrete elements may be used, for example filters or a meandering line course.
  • the high flow resistance prevents short-term changes in the fill level in the tank from being transferred to the level of the measuring volume.
  • a filter can be used whose flow resistance causes the desired delay effect, while providing protection against dirt particles.
  • a connection may comprise one or more of these elements, wherein the connection of the upper sections may comprise the same or different elements than the connection of the lower sections.
  • connection of the lower sections can be provided with an above-mentioned throttle device, wherein the upper sections are connected via a connection without throttling device, ie a direct connection which allows high flow rates.
  • pressure sensors are used to determine the level.
  • the pressure state is detected in the measurement volume, from which the average level of the tank can be determined.
  • the pressure at the bottom of the liquid column of the measuring volume is detected by means of a pressure sensor, which represents the absolute pressure of the liquid in the measuring volume, for example in the form of electrical signals.
  • a differential pressure sensor is used, which detects the pressure difference of the gas in the upper section or at the uppermost point of the measuring volume and the pressure of the liquid in the lower section or at the bottom of the measuring volume.
  • an ultrasonic sensor can be used, which measures the transit time of the sound from the bottom of the measuring volume to the transition plane between liquid and gas and back again, and from the duration and the speed of sound of the liquid detects the filling level.
  • ultrasound it is also possible to use light pulses whose transit time from the bottom to the reflection on the liquid surface and back again is detected in order to determine the fill level.
  • a quality measuring device may be used in which the capacitance between the electrodes is measured by means of two electrodes which extend along the entire measuring volume. Since the dielectric constant of the liquid differs from the dielectric constant of the gas, it is possible to calculate the liquid fraction and thus the fill level from the determined capacity.
  • a float can be used whose position is detected.
  • an optical scanning device can be used to detect the fill level, which detects the fill level on the basis of brightness, position coding, transit time to the reflective liquid surface or other optical features.
  • the wall which encloses the measuring volume is partially or completely transparent or translucent in order to allow a simple optical detection of the filling level, for example by the vehicle user.
  • the translucent or transparent portion may be a viewing window provided along the entire measuring volume.
  • the measuring volume (and also the tank) can be made of a plastic that is permeable to light to a certain extent and thus allows a visual inspection by the viewer.
  • the abovementioned devices for detecting and determining the fill level of the measurement volume can be arranged completely inside, completely outside or partly inside and outside the measurement volume.
  • evaluation devices of an ultrasonic sensor or a light transit time sensor may be provided outside.
  • a transmitter and / or a receiver for ultrasonic waves / light pulses can be arranged outside or inside the measuring volume.
  • the tank is formed integrally with the level measuring device, for example by means of a conventional blowing or extruder process.
  • the tank, together with the wall enclosing the measuring volume can be produced in two parts, for example by means of a deep-drawing process, wherein the two parts are connected to one another after they have been formed, for example by a fusion bond.
  • the upper and / or the lower supply line are formed integrally with the tank and / or with the level measuring device.
  • a loudspeaker diaphragm, a microphone diaphragm, a light source, a light sensor, capacitance measuring electrodes and / or a float with guiding device can be arranged in the measuring volume, depending on the measuring method used.
  • the devices for receiving and further processing as well as for controlling can be arranged outside the measuring volume and be connected via corresponding connections, for example electrical connections, with sensor elements located in the measuring volume and the like.
  • the measuring volume can be formed in a cylindrical shape with a very small diameter.
  • elements in the measurement volume can be provided which form a high flow resistance for the liquid present there, for example sieves, webs extending through the measurement volume or lattice structures provided there.
  • elements which absorb or suppress waves for example webs or depressions or cylinders projecting radially into the measurement volume, are attached to the walls enclosing the measurement volume.
  • FIG. 1 shows a cross section through an embodiment of the filling level measuring device according to the invention in combination with a tank connected thereto.
  • FIG. 1 shows a level measuring device according to the invention is shown, which is connected to a tank whose level is to be determined.
  • the level measuring device 10 comprises a wall which encloses a measuring volume 16.
  • the level measuring device comprises an upper access 19a and a lower access 19b.
  • the upper access 19a is disposed in the wall enclosing the measurement volume in the upper portion of the measurement volume.
  • the upper access is arranged at the level of the uppermost point of the level measuring device 18, for example on a lid surface.
  • the level gauge 10 includes the bottom access 19b at the bottom of the level gauge, i.e., the bottom of the level gauge. H. at the lowest point of the measuring volume.
  • the lower access in the height of a lower portion 18 b of the measuring volume 16 is arranged.
  • the upper access penetrates a lid surface of the level gauge
  • the lower access penetrates the bottom of the level gauge device.
  • the surface which directly and completely surrounds the filling volume is preferably formed by a radially extending bottom and a radially extending cover surface and by a cylindrical circumferential wall whose tangentially running edges abut directly against the outer edges of the base or the cover surface.
  • the filling volume extends completely between the wall, bottom and top surface.
  • the level measuring device shown in FIG. 1 comprises a throttle device 30, which is connected to the lower access.
  • the throttle device has a further connection, which can be connected to a lower access of the tank, so that a pressure difference between the measuring volume and the tank, which results from different water levels, is slowly compensated via the throttle device 30.
  • the throttle 30 may be a filter or a conduit section having a small diameter. Alternatively, a meandering line may be used as the throttle device.
  • a flow restriction caused by the throttle 30, which is related to the measuring volume so that a level difference between the level measuring device and the tank results in a reduction of the level difference 5% within a time ⁇ > 10 sec. Leads.
  • ⁇ has a duration of 5 to 10 seconds, 10 seconds to 60 seconds, or 1 to 5 minutes.
  • the throttle 30 operates as a low-pass filter based on level changes in the connected tank, so that only low frequencies and the DC component of the water level are transferred from the tank to the level measuring device.
  • the attenuation is> 4 and increases steadily with the frequency.
  • a fill level sensor 40 is arranged in the fill level measuring device and is fastened to the bottom of the fill level measuring device in the lower portion 18b of the measuring device.
  • the line connected to the upper access 19 a comprises a throttle device
  • the lower access 19 b connected line comprises a throttle device.
  • the level measuring device is completely enclosed by a wall, except for the upper and lower access, so that changes in volume (of gas or liquid) and fluid flows pass exclusively through the upper and lower access.
  • the level measuring device has the same height as a connectable tank and has a small cross-sectional area.
  • the cross-sectional area should be more than 0.5 mm 2 in order to ensure that capillary forces only have a negligible influence on the level in the measuring volume.
  • the cross-sectional area of the measuring volume can be less than 25 cm 2 , in order to avoid sloshing and undulating movements within the measuring volume.
  • the underlying inventive concept may be further implemented by a method comprising mirroring the liquid level within a tank in the measurement volume. As a result, by measuring the level in the measuring volume, the level in the tank can be closed directly. Sloshing movements that occur in the tank can be effectively prevented in the measuring volume by throttling the fluid flow between the tank and the measuring volume despite the reflection of the liquid level, which results in a time averaging.
  • the lid of the tank can be connected to the uppermost point of the measuring volume via a throttle, which restricts the gas exchange between the tank and the measuring volume. By this way also fast volume changes in the measuring volume are suppressed.

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Abstract

Die Erfindung betriffteine Füllstandmessvorrichtung für einen Tank eines Fahrzeugs, wobei der Tank ein Füllvolumen umfasst, das zur Lagerung einer Flüssigkeit vorgesehen ist, und die Füllstandmessvorrichtung ein Messvolumen und eine Drossel-Fluidverbindung umfasst, über die das Messvolumen mit dem Tank verbindbar ist, und die eine Drosseleinrichtung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Tank, der mit der erfindungsgemäßen Füllstandmessvorrichtung verbunden ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Messverfahren zur Erfassung des Flüssigkeits-Füllstands in einem Tank mit den Schritten: Spiegeln des Flüssigkeits-Füllstands, der innerhalb des Tanks besteht, in einen entsprechenden Flüssigkeits-Füllstand, der innerhalb eines Messvolumens besteht, durch Verbinden des Tanks mit dem Messvolumen und Einschränken einer Durchflussmenge zwischen dem Tank und dem Messvolumen durch Drosseln der Fluidströmung zwischen dem Tank und dem Messvolumen.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zur Füllstandsmessung eines Fahrzeugtanks
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von Messeinrichtungen, die die Füllstandshöhe in Flüssigkeitstanks von Kraftfahrzeugen ermitteln. Auf Grund von Beschleunigungen und Kurvenfahrten bilden sich Wellen innerhalb des Flüssigkeitstanks, die eine genaue Füllstandsmessung erschweren. Durch Schwappbewegungen der zu messenden Flüssigkeit ist die Füllstandserfassung stark fehlerbehaftet und muss durch aufwändige Signalverarbeitung, beispielsweise durch Filterung oder durch statistische Verfahren in einer Kontrollelektronik in ein genaueres Signal umgewandelt werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung erlaubt eine exakte Ermittlung des Tankfüllstands, ohne aufwändige rechnerische Verfahren ausführen zu müssen. Dadurch können die Vorrichtungen zur Signalverarbeitung eingespart werden. Ferner kann Ausganggangssignal des Füllstandssensors direkt, ohne Mittelung oder Filterung, zur Darstellung des Füllstands herangezogen werden.
Die erfindungsgemäße Füllstandsmessvorrichtung umfasst neben dem Flüssigkeitstank, dessen Füllstand gemessen wird, ein Messvolumen, welches über eine Drossel-Fluidverbindung mit dem Flüssigkeitstank verbunden ist. Die Drossel-Fluidverbindung wird eingesetzt, um die Durchflussmenge zwischen Messvolumen und Flüssigkeitstank deutlich zu verringern, so dass der Flüssigkeitspegel in dem Messvolumen den Langzeit-Füllstand des Tanks nachbildet, jedoch kurzfristige Änderungen wie Schwappbewegungen oder Wellen nicht in das Messvolumen übertragen werden. Das Messvolumen und der Flüssigkeitstank sind nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren miteinander verbunden, so dass die jeweiligen Flüssigkeitssäulen in den Tank bzw. in dem Messvolumen auf Grund des langfristigen Druckausgleichs die gleiche Höhe aufweisen. Das zu Grunde liegende erfinderische Konzept besteht nun darin, die ansonsten aufwändige statistische Mittelung zu erreichen, indem zwischen dem Tank und dem Messvolumen ein verzögerndes Element in Form der Drossel-Fluidverbindung eingeführt wird, so dass zwischen dem Flüssigkeitstank und dem Messvolumen nur langfristige Änderungen übertragen werden, jedoch keine kurzfristigen Änderungen des Füllstands wie bei Schwapp- oder Wellenbewegungen. Die Erfassung des Füllstands erfolgt somit über das Messen des Pegels in dem Messvolumen, das bereits einem Langzeit-Mittelwert entspricht, so dass die Erfassung mit langsamen Sensoren und ohne aufwändige mathematische Verfahren mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Füllstandsvorrichtung ist daher für einen Tank eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei in dem Tank während dem üblichen Betrieb des Fahrzeugs eine Flüssigkeit vorgesehen ist. Diese Flüssigkeit kann beispielsweise Kraftstoff sein, beispielsweise Benzin oder Diesel, oder kann ein flüssiges, beispielsweise wässriges Reduktionsmittel sein, das zur Entstickung der Abgase des Fahrzeugs in den Abgasstrang eingespritzt wird. Das flüssige Reduktionsmittel kann eine wässrige Harnstofflösung sein, beispielsweise der für Kraftfahrtzeuge vorgesehene AdBlue®-Zusatz.
Die Füllstandsmessvorrichtung hat vorzugsweise eine zylindrische Form. Vorzugsweise hat die Füllstandsmessvorrichtung einen Boden, der die unterste Stelle des Messvolumens darstellt, der auf der gleichen Höhe wie der Boden des Tanks angeordnet ist. Die Füllstandsmessvorrichtung wird vorzugsweise in dem Fahrzeug so angeordnet, dass sie sich entlang der Wirkungsrichtung der Gravitationskraft erstreckt und mindestens die gleiche Höhe aufweist wie der Tank. Der oberste Punkt des Messvolumens, der von der Füllstandsmessvor- richtung umfasst wird, liegt vorzugsweise in der gleichen Höhe wie der oberste Punkt des Füllvolumens des Tanks oder liegt darüber.
Die Drossel-Fluidverbindung verbindet in einer Ausführungsform das Messvolumen mit dem Füllvolumen an den jeweiligen unteren Abschnitten des Tanks bzw. des Messvolumens, oder verbindet den Tank mit dem Messvolumen in der Höhe der jeweiligen Böden. Um eine Volumenänderung zu erlauben, ist der Tank und/oder das Messvolumen mit der Umgebung verbunden. Alternativ kann das Füllvolumen im oberen Abschnitt bzw. an seiner höchsten Stelle mit dem oberen Abschnitt bzw. mit der obersten Stelle des Messvolumens verbunden sein. Da in dieser Ausführung das Füllvolumen und das Messvolumen nicht mit der Umge- bung in direktem Kontakt stehen, werden Verluste durch Verdampfen sowie Geruchsbelästigungen vermieden. Alternativ kann die Drossel-Fluidverbindungen die jeweiligen oberen Abschnitte des Messvolumens und des Tanks miteinander verbinden bzw. die obersten Stellen des Messvolumens und des Füllvolumens. Selbst wenn die jeweiligen unteren Abschnitte bzw. das Messvolumen und das Füllvolumen in der Höhe des Bodens direkt, ohne eine wesentliche Dros- seiung, miteinander verbunden sind, führt die Drossel-Fluidverbindung im oberen Abschnitt des Füllvolumens bzw. des Messvolumens zu einem langsamen Druckausgleich bei Volumenänderungen, wodurch die gewünschte Mittelung erzielt wird. Durch die Kompressionsfähigkeit von Gas, das sich oberhalb des Füllstands befindet, ergibt sich ein weiterer Dämpfungseffekt für die in dem Messvolumen vorhandene Flüssigkeit.
Im Allgemeinen sind Verbindungen zwischen Füllstandsmessvorrichtung und Tank derart eingerichtet und angeordnet, dass die Verbindung der jeweiligen unteren Abschnitte dem gedrosselten oder ungedrosselten Übertrag von Flüssigkeit vom Tank in das Messvolumen und umgekehrt dient. In gleicher Weise dient eine Verbindung der jeweiligen oberen Ab- schnitte dem Druckausgleich des Gases, welches sich über der Flüssigkeit befindet. Diese Verbindung kann ebenso gedrosselt oder ungedrosselt sein. Die Verbindung der oberen Abschnitte und die Verbindung der unteren Abschnitte können beide Drossel- Fluidverbindungen sein. Alternativ ist entweder die Verbindung der oberen Abschnitte oder die Verbindung der unteren Abschnitte gedrosselt. Durch die Drosselung, d. h. der starken Einschränkung der Fluidvolumenrate des Fluidflusses zwischen Tank und Messvolumen wird eine pneumatische oder hydraulische Mittelung erreicht, die dazu führt, dass kurzfristige Schwappbewegungen innerhalb des Tanks nicht in das Messvolumen übertragen werden.
Die Drossel-Fluidverbindung kann als Leitung mit geringer Querschnittsfläche vorgesehen werden, wobei in diesem Fall die gesamte Leitung, der auch als Kanal ausgebildet sein kann, als Drosseleinrichtung dient. Alternativ oder in Kombination hierzu können diskrete Elemente verwendet werden, beispielsweise Filter oder ein mäanderformiger Leitungsverlauf. In diesem Fall wird durch den hohen Strömungswiderstand vermieden, das kurzfristige Änderungen des Füllstands im Tank auf den Füllstand des Messvolumens übertragen werden. Ferner kann ein Filter verwendet werden, dessen Strömungswiderstand den gewünschten Verzögerungseffekt hervorruft, und gleichzeitig einen Schutz vor Schmutzpartikeln vorsieht. Eine Verbindung kann eines oder mehrere dieser Elemente aufweisen, wobei die Verbindung der oberen Abschnitte die gleichen oder andere Elemente als die Verbindung der unteren Abschnitte umfassen kann. Ferner kann die Verbindung der unteren Abschnitte mit einer oben genannten Drosseleinrichtung versehen werden, wobei die oberen Abschnitte über eine Verbindung ohne Drosseleinrichtung, d. h. eine direkte Verbindung, die hohe Durchfiussraten zulässt, verbunden werden. Gemäß einer Ausführung werden Drucksensoren zur Ermittlung des Füllstands verwendet. Hierzu wird der Druckzustand in dem Messvolumen erfasst, aus dem der gemittelte Füllstand des Tanks ermittelt werden kann. In einer Ausführung wird der Druck am Boden der Flüssigkeitssäule des Messvolumens mittels eines Drucksensors erfasst, der den absoluten Druck der Flüssigkeit in dem Messvolumen, beispielsweise in Form elektrischer Signale, wiedergibt. Alternativ oder in Kombination hierzu, wird ein Differenz-Drucksensor verwendet, der die Druckdifferenz des Gases im oberen Abschnitt oder an der obersten Stelle des Messvolumens und dem Druck der Flüssigkeit im unteren Abschnitt bzw. am Boden des Messvolumens erfasst.
Ferner kann ein Ultraschallsensor verwendet werden, der die Laufzeit des Schalls vom Boden des Messvolumens zur Übergangsebene zwischen Flüssigkeit und Gas und wieder zurück misst, und aus der Dauer und der Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit die Füllstandshöhe erfasst. Statt Ultraschall kann können auch Lichtimpulse verwendet werden, deren Laufzeit vom Boden bis zur Reflexion an der Flüssigkeitsoberfläche und wieder zurück erfasst wird, um den Füllstand zu ermitteln.
Alternativ, oder in Kombination hierzu kann eine Qualitätsmessvorrichtung verwendet werden, bei der mittels zweier Elektroden, die sich entlang des gesamten Messvolumens erstre- cken die Kapazität zwischen den Elektroden gemessen wird. Da sich die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit von der Dielektrizitätskonstante des Gases unterscheidet, kann aus der ermittelten Kapazität der Flüssigkeitsanteil und somit die Füllstandshöhe berechnet werden.
Als weitere Möglichkeit zur Erfassung des Füllstands in dem Messvolumen kann ein Schwimmer verwendet werden, dessen Position erfasst wird. Ferner kann zur Erfassung des Füllstands eine optische Abtastvorrichtung verwendet werden, die auf Grund von Helligkeit, Positionskodierung, Laufzeit bis zur reflektierenden Flüssigkeitsoberfläche oder weiteren optischen Merkmalen den Füllstand erfasst.
Bevorzugt ist die Wand, welche das Messvolumen einschließt, abschnittsweise oder vollständig transparent oder transluzent, um eine einfache optische Erfassung des Füllstands, beispielsweise durch den Fahrzeugbenutzer, zu erlauben. Der transluzente oder transparente Abschnitt kann ein längs des gesamten Messvolumens vorgesehenes Sichtfenster sein. Fer- ner kann das Messvolumen (und auch der Tank) aus einem Kunststoff hergestellt sein, der für Licht in gewissem Maße durchlässig ist und so eine optische Überprüfung durch den Betrachter erlaubt. Die oben genannten Vorrichtungen zum Erfassen und Bestimmen des Füllstands des Messvolumen können vollständig innerhalb, vollständig außerhalb oder teilweise innerhalb und außerhalb des Messvolumens angeordnet sein. Beispielsweise Auswertevorrichtungen eines Ultraschallsensors oder eines Lichtlaufzeitsensors können außerhalb vorgesehen sein. Hier- bei kann beispielsweise ein Sender und/oder ein Empfänger für Ultraschallwellen/Lichtimpulse außerhalb oder innerhalb des Messvolumens angeordnet sein.
Vorzugsweise ist der Tank einteilig mit der Füllstandsmessvorrichtung ausgebildet, beispielsweise mittels eines herkömmlichen Blas- oder Extruderprozesses. Der Tank kann zu- sammen mit der Wand, die das Messvolumen umschließt, zweiteilig hergestellt werden, beispielsweise mittels eines Tiefziehverfahrens, wobei beide Teile nach deren Formung miteinander verbunden werden, beispielsweise durch eine Schmelzverbindung. In einer Ausführungsform sind die obere und/oder die untere Zuleitung einteilig mit dem Tank und/oder mit der Füllstandsmessvorrichtung ausgebildet.
Beispielsweise können ein Lautsprechermembran, ein Mikrofonmembran, eine Lichtquelle, ein Lichtsensor, Kapazitätsmesselektroden und/oder ein Schwimmer mit Führungsvorrichtung in dem Messvolumen angeordnet sein, abhängig von dem verwendeten Messverfahren. Die Vorrichtungen zur Aufnahme und Weiterverarbeitung sowie zur Ansteuerung können außerhalb des Messvolumens angeordnet sein und über entsprechende Verbindungen, beispielsweise elektrische Verbindungen, mit in dem Messvolumen liegenden Sensorelementen und Ähnlichem verbunden sein.
Zur Vermeidung von Wellenbewegungen kann das Messvolumen zylinderförmig mit sehr geringem Durchmesser ausgebildet sein. Alternativ oder in Kombination hierzu können E- lemente in dem Messvolumen vorgesehen sein, die einen hohen Strömungswiderstand für die dort vorhandene Flüssigkeit bilden, beispielsweise Siebe, durch das Messvolumen verlaufende Stege oder dort vorgesehene Gitterstrukturen. Vorzugsweise sind an den Wänden, die das Messvolumen umschließen, Elemente angebracht, die Wellen absorbieren oder un- terdrücken, beispielsweise Stege oder radial in das Messvolumen ragende Vertiefungen oder Zylinder.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführung der erfindungsgemäßen Füllstandmessvorrichtung in Kombination mit einem daran angeschlossenen Tank.
Ausfuhrungsformen:
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Füllstandsmessvorrichtung dargestellt, die an einen Tank angeschlossen ist, dessen Füllstand zu ermitteln ist.
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Füllstandsmessvorrichtung 10 in Kombination mit einem Tank 20 eines Fahrzeugs, der mit Flüssigkeit gefüllt ist. Durch die Verbindungen 12, 14 bilden der Tank und die Füllstandsmessvorrichtung 10 kommunizierender Röhren und haben daher den gleichen Füllstand. Die Füllstandsmessvorrichtung 10 umfasst eine Wand, die ein Messvolumen 16 umschließt. In der in Figur 1 dargestellten Ausführung besteht eine Verbindung zwischen dem oberen Abschnitt 22 des Tanks 20 mit dem oberen Abschnitt 18 des Messvolumens 16. Hierzu umfasst die Füllstandsmessvorrichtung einen oberen Zugang 19a und einen unteren Zugang 19b. Der obere Zugang 19a ist in der Wand, die das Messvolumen umschließt in dem oberen Abschnitt des Messvolumens angeordnet.
Vorzugsweise ist der obere Zugang in der Höhe der obersten Stelle der Füllstandsmessvor- richtung 18 angeordnet, beispielsweise an einer Deckelfläche. In gleicher Weise umfasst die Füllstandsmessvorrichtung 10 den unteren Zugang 19b am Boden der Füllstandsmessvorrichtung, d. h. an der untersten Stelle des Messvolumens. Vorzugsweise ist der untere Zugang in der Höhe eines unteren Abschnitts 18 b des Messvolumens 16 angeordnet.
In einer weiteren Ausführung (nicht dargestellt) durchdringt der obere Zugang eine Deckeloberfläche der Füllstandsmessvorrichtung, und der untere Zugang durchbricht den Boden der Füllstandsmess Vorrichtung. Die Oberfläche, die das Füllvolumen direkt und vollständig umgibt, wird vorzugsweise von einem radial verlaufenden Boden und einer radial verlaufenden Deckelfläche sowie einer zylindrisch umlaufenden Wand gebildet, deren tangential ver- laufende Kanten direkt an die Aussenkanten des Bodens bzw. der Deckelfläche anstoßen. Somit erstreckt sich das Füllvolumen vollständig zwischen Wand, Boden und Deckelfläche.
Um die erfindungsgemäße Mittelung durch die Drosselung zu erreichen, umfasst die in Figur 1 dargestellte Füllstandsmessvorrichtung eine Drosseleinrichtung 30, die mit dem unte- ren Zugang verbunden ist. Die Drosseleinrichtung weist einen weiteren Anschluss auf, der mit einem unteren Zugang des Tanks verbindbar ist, so dass sich ein Druckunterschied zwischen dem Messvolumen und des Tanks, der von unterschiedlichen Pegelständen herrührt, über die Drosseleinrichtung 30 langsam ausgeglichen wird. Die Drossel 30 kann ein Filter sein oder ein Leitungsabschnitt, der einen geringen Durchmesser aufweist. Alternativ kann als Drosseleinrichtung eine mäanderförmig verlaufende Leitung verwendet werden.
Zur Dimensionierung der Drossel und des Messvolumens wird vorzugsweise eine Durch- flussbegrenzung vorgesehen, die durch die Drossel 30 hervorgerufen wird, und die mit dem Messvolumen in einer Beziehung steht, so dass bei einem Pegelunterschied zwischen der Füllstandsmessvorrichtung und dem Tank zu einer Verringerung des Pegelunterschieds auf 5 % innerhalb einer Zeit τ > 10 sec. führt. Alternativ hat τ eine Dauer von 5 bis 10 Sekunden, 10 Sekunden bis 60 Sekunden, oder 1 bis 5 Minuten. Eine besonders effektive Unter- drückung von Schwappbewegungen bei einer gleichzeitigen dynamischen Füllstandsanzeige wird mit τ = 10 bis 30 Sekunden erreicht. Da die durch die Drossel 30 geführte Durchflussmenge von der Druckdifferenz zwischen Messvolumen und Füllvolumen abhängt, ergibt sich ein negativ experimenteller zeitlicher Verlauf des Pegels des Messvolumens bei einem bestimmten anfänglichen Pegelunterschied.
Ferner arbeitet die Drossel 30 als Tiefpassfilter bezogen auf Pegelveränderungen in dem angeschlossenen Tank, so dass nur tiefe Frequenzen und der Gleichanteil des Pegelstands vom Tank in die Füllstandsmessvorrichtung übertragen werden. Vorzugsweise ist die Dämpfung a für Frequenzen f < 0.1 Hz gleich 1 - 1.1, wobei jedoch für den Gleichanteil eine Dämpfung von a = 1 vorgesehen ist. Gleichzeitig ist jedoch für Frequenzen > 1 Hz die Dämpfung > 4 beträgt und mit der Frequenz stetig zunimmt.
Zur Erfassung des Pegels ist in der Füllstandsmessvorrichtung ein Füllstandssensor 40 angeordnet, der im unteren Abschnitt 18b der Messvorrichtung am Boden der Füllstandsmess- Vorrichtung befestigt ist. In einer nicht dargestellten Ausführungsform umfasst die an den oberen Zugang 19 a angeschlossene Leitung eine Drosseleinrichtung, und die am unteren Zugang 19 b angeschlossene Leitung umfasst eine Drosseleinrichtung. Vorzugsweise ist die Füllstandsmessvorrichtung bis auf den oberen und unteren Zugang vollständig von einer Wand umschlossen, so dass Volumenänderungen (von Gas oder von Flüssigkeit) und FIu- idströme ausschließlich durch den oberen und den unteren Zugang hindurch treten.
Vorzugsweise weist die Füllstandsmessvorrichtung die gleiche Höhe wie ein daran anschließbarer Tank auf und hat eine geringe Querschnittsfläche. Die Querschnittsfläche sollte mehr als 0,5 mm2 betragen, um zu erreichen, dass Kapillarkräfte nur einen vernachlässigba- ren Einfluss auf den Füllstand im Messvolumen haben. Es kann also die Querschnittsfläche des Messvolumens weniger als 25 cm2 betragen, um Schwapp- und Wellenbewegungen innerhalb des Messvolumens zu vermeiden. Das zu Grunde liegende erfinderische Konzept kann ferner mittels eines Verfahrens umgesetzt werden, das das Spiegeln bzw. Wiedergeben des Flüssigkeitsfüllstands innerhalb eines Tanks in dem Messvolumen umfasst. Dadurch kann durch Messung des Füllstands im Messvolumen auf den Füllstand im Tank direkt zurück geschlossen werden. Schwappbewe- gungen, die im Tank auftreten, können effektiv im Messvolumen unterbunden werden, indem, trotz der Spiegelung des Flüssigkeitsfüllstands, die Fluidströmung zwischen Tank und Messvolumen gedrosselt ist, wodurch sich eine zeitliche Mittelung ergibt.
Dies kann erreicht werden, indem eine Verbindung am Boden des Tanks und des Messvo- lumens mit einer Drossel vorgesehen wird, so dass ein Flüssigkeitsaustausch zwischen Tank und Messvolumen verlangsamt ist. Alternativ, oder in Kombination hierzu, kann der Deckel des Tanks mit der obersten Stelle des Messvolumens über eine Drossel verbunden werden, die den Gasaustausch zwischen Tank und Messvolumen einschränkt. Durch diese Weise werden ebenfalls schnelle Volumenänderungen in dem Messvolumen unterdrückt.

Claims

Ansprüche
1. Füllstandmessvorrichtung für einen Tank eines Fahrzeugs, wobei der Tank (20) ein Füllvolumen umfasst, das zur Lagerung einer Flüssigkeit vorgesehen ist, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Füllstandmessvorrichtung (10) ein Messvolumen (16) und eine
Drossel-Fluidverbindung (12, 30) umfasst, über die das Messvolumen mit dem Tank (20) verbindbar ist, und die eine Drosseleinrichtung (30) aufweist.
2. Füllstandmessvorrichtung nach Anspruch 1, die einen oberen Zugang (19a) zu einem oberen Abschnitt (18a) des Messvolumens (16) angeordnet ist, und einen unteren Zugang (19b) zu einem unteren Abschnitt (18b) des Messvolumens (16) umfasst.
3. Füllstandmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der obere Zugang (19a) an der o- bersten Stelle des Messvolumens (16) angeordnet ist, und der untere Zugang (19b) an der untersten Stelle des Messvolumens (16) angeordnet ist.
4. Füllstandmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Drosseleinrichtung (30) Elemente zur Verringerung der Durchflussrate und/oder Elemente mit hohem Strömungswiderstand umfasst.
5. Füllstandmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Drosseleinrichtung (30) eine Leitung mit einer starken Verjüngung des inneren Querschnitts, mit einem Filter und/oder mit einem mäandernden Leitungsverlauf umfasst.
6. Füllstandmessvorrichtung nach Anspruch 2, die einen Drucksensor (40), der mit dem unteren Abschnitts des Messvolumens in Fluidkommunikation steht und eingerichtet ist, den Druck innerhalb unteren Abschnitts (18b) des Messvolumens (16) zu erfassen, oder einen Differenz-Drucksensor umfasst, der mit dem oberen (18a) sowie mit dem unteren Abschnitt (18b) des Messvolumens (16) in Fluidkommunikation steht und eingerichtet ist, die Druckdifferenz zwischen dem oberen Abschnitt (18a) und dem unteren Abschnitt (18b) zu erfassen.
7. Füllstandmessvorrichtung nach Anspruch 1, die einen Ultraschallsensor, eine optische Abtastvorrichtung, eine Kapazitätsmessvorrichtung und/oder einen Schwimmer- Positionssensor zur Erfassung des Flüssigkeit-Füllstands in dem Messvolumen umfasst.
8. Füllstandmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Messvolumen an eine Wand grenzt, die einen transluzenten oder transparenten Abschnitt aufweist.
9. Tank (20) mit einer Füllstandmessvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die eingrenzende Fläche des Messvolumens, die Tankwand des Tanks (20) und die Drossel- Fluidverbindung (12, 30) einteilig oder als zwei miteinander verbundenen Wandhälften ausgebildet sind.
10. Messverfahren zur Erfassung des Flüssigkeits-Füllstands in einem Tank (20) mit den Schritten: Spiegeln des Flüssigkeits-Füllstands, der innerhalb des Tanks (20) besteht, in einen entsprechenden Flüssigkeits-Füllstand, der innerhalb eines Messvolumens (16) besteht, durch Verbinden des Tanks (20) mit dem Messvolumen (16) und Einschränken einer Durchflussmenge zwischen dem Tank (20) und dem Messvolumen (16) durch Drosseln der Fluidströmung zwischen dem Tank (20) und dem Messvolumen (16).
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