DE10122163A1

DE10122163A1 - Messvorrichtung zum Erfassen der Füllhöhe in einem Kraftstofftank

Info

Publication number: DE10122163A1
Application number: DE10122163A
Authority: DE
Inventors: Werner Rosmann; Joerg Rathfelder; Heinz Brueggebors
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-05-27
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2001-12-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Erfassen der Füllhöhe in einem Tank und/oder Messsystem in einem Kraftfahrzeug, die eine Referenzkapazität und eine Messkapazität umfasst, wobei die Messkapazität von der Füllhöhe in dem Tank und/oder Messsystem abhängt und von einem ersten Impulsgenerator eine erste Impulsfolge in Abhängigkeit von der Referenzkapazität und von einem zweiten Impulsgenerator eine zweite Impulsfolge in Abhängigkeit von der Messkapazität erzeugt wird. DOLLAR A Um die Füllhöhe in dem Tank und/oder Messsystem auch bei Ausbildung von Flüssigkeitsschichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zuverlässig erfassen zu können, umfasst bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung die Messkapazität (3) mehrere Messelektroden (3) und wenigstens eine Gegenelektrode (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Erfassen der Füllhöhe in einem Tank und/oder Meßsystem eines Kraftfahrzeugs.

Eine Messvorrichtung zum Erfassen der Füllhöhe in einem Tank ist aus EP 0 927 877 bekannt. Die Messvorrichtung umfasst eine Messsonde mit einer Messkapazität und einer Referenzkapazität sowie eine Messelektronik. Die Messelektronik umfasst einen ersten Impulsgenerator zum Ausgeben einer Messimpulsfolge in Abhängigkeit von der Messkapazität und einen zweiten Impulsgenerator zum Ausgeben einer Referenzimpulsfolge in Abhängigkeit von der Referenzkapazität. Durch Vergleich der beiden Impulsfolgen wird die Füllhöhe in dem sehr genau Tank ermittelt.

Diese Messvorrichtung arbeitet sehr zufriedenstellend. Jedoch wurde von den Erfindern erkannt, dass sich in dem Kraftstofftank Kraftstoffschichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung bilden können. In diesem Fall lässt sich zwischen der Füllhöhe in dem Kraftstofftank und dem Unterschied in der Impulsfolge der beiden Impulsgeneratoren kein (umgekehrt) proportionaler Zusammenhang mehr herstellen, und es kommt zu fehlerhaften Messergebnissen und Anzeige einer ungenauen Füllhöhe in dem Kraftstofftank.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffgeber nach EP 0 927 877 derart weiterzuentwickeln, dass die Füllhöhe in dem Kraftstofftank auch bei Ausbildung von Kraftstoffschichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zuverlässig erfasst werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Messvorrichtung nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, statt nur zwei Messelektroden, die bei homogener Zusammensetzung des Kraftstoffes im Tank im Prinzip ausreichend sind, mehrere Messelektroden zu verwenden, z. B. acht Messelektroden.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zum Erfassen der Füllhöhe in einem Tank und/oder Meßsystem in einem Kraftfahrzeug, die eine Referenzkapazität und eine Messkapazität umfasst, wobei die Messkapazität von der Füllhöhe in dem Tank und/oder Meßsystem abhängt und von einem ersten Impulsgenerator eine erste Impulsfolge in Abhängigkeit von der Referenzkapazität und von einem zweiten Impulsgenerator eine zweite Impulsfolge in Abhängigkeit von der Messkapazität erzeugt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messkapazität mehrere Messelektroden und wenigstens eine Gegenelektrode umfasst.

Insbesondere kann als Gegenelektrode die Innenwand des Tanks verwendet werden, wodurch sich Bauelemente einsparen lassen und sich das Gewicht des Fahrzeugs verrindern lässt. Um noch mehr Gewicht einsparen zu können, werden die mehreren Messelektroden außerdem vorzugsweise auf einer flexiblen Folie angeordnet, die ihrerseits auf einem Trägerrohr aus Kunststoff aufgebracht ist. Das Trägerrohr kann in nahezu beliebiger Lage in dem Tank eingebaut werden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Messvorrichtung trotz ihrer vielfältigen elektrischen Möglichkeiten und hohen Genauigkeit keine beweglichen Elemente mehr aufweist, die Verschleiß unterworfen sind, und sie sehr leicht ist und damit gegenüber den klassischen Schwimmersystemen zur Gewichtersparnis bei Kraftfahrzeugen beiträgt.

Um die Füllhöhe in dem Tank und/oder Meßsystem auch bei Ausbildung von Flüssigkeitsschichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zuverlässig erfassen zu können, umfasst vorzugsweise bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung die Messkapazität mehrere Messelektroden und wenigstens eine Gegenelektrode.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung findet Anwendung bei Kraftstoffmessung, aber ist auch auf andere auch Flüssigkeiten anzuwenden, z. B. für die Ölstandsmessung, so daß das Ausführungsbeispiel zwar die Kraftstoffmessung beschreibt, jedoch auch als Ausführungsbeispiel für Flüssigkeitsmessung allgemein anzusehen ist was auch als Tank und/oder Meßsystem dargestellt wurde.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung im Querschnitt,

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung im Querschnitt,

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Messelektroden in perspektivischer Ansicht,

Fig. 4 zeigt die Messelektroden nach Fig. 3 in Draufsicht auf die Folie,

Fig. 5 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 mit der Anordnung der Folie im Querschnitt von oben.

In Fig. 1 und 2 ist eine Messvorrichtung zum Erfassen der Füllhöhe in einem Tank und/oder Meßsystem in einem Kraftfahrzeug nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Messvorrichtung umfasst eine Referenzkapazität und eine Messkapazität, die in der Ausführungsform nach Fig. 1 jeweils aus einer Mess- 3 bzw. Referenzelektrode 2 und einer Gegenelektrode 1 aufgebaut sind. Vorzugsweise ist nur eine (gleiche) Gegenelektrode 1 für die Referenzkapazität 2 und die Messkapazität 3 vorgesehen. Prinzipiell kann aber auch jede Kapazität unabhängig aus zwei Elektroden gebildet werden.

Beim Stand der Technik nach EP 0 927 877 werden die Mess- und Referenzkapazität 2 bzw. 3 durch eine Messelektronik 6 ausgewertet. Von (nicht dargestellten) Impulsgeneratoren der Messelektronik 6 werden in Abhängigkeit von der Kapazität zwischen der Referenzelektrode 2 bzw. der Messelektrode 3 und der Gegenelektrode 1 Impulsfolgen gebildet, deren Frequenz oder Impulsform(-breite) von der jeweiligen Kapazität abhängt. Die Impulsfolgen der Messkapazität 3 werden mit den Impulsfolgen der Referenzkapazität 2 verglichen, so dass sich aus dem Vergleichsergebnis das Verhältnis der Kapazitäten bestimmen lässt.

Um die Füllhöhe in dem Tank und/oder Meßsystem zu bestimmen, wird ausgenutzt, dass die Kapazitäten von der Füllhöhe in dem Kraftstofftank abhängen. Da die statische relative Dielektrizitätskonstante ε von Kraftstoff unter Normalbedingungen etwa 2 und die von Luft etwa 1 beträgt, ist bei gleicher Fläche und gleichem Abstand die Kapazität von zwei Elektroden größer, wenn sich zwischen ihnen Kraftstoff befindet, als wenn sich zwischen ihnen Luft befindet. Sind sowohl Referenzelektrode 2 als auch Messelektrode 3 ganz mit Kraftstoff bedeckt, so haben die beiden Kapazitäten ein bestimmtes Verhältnis zueinander, das nur durch ihre geometrischen Abmessungen bestimmt ist. Dasselbe Verhältnis stellt sich ein, wenn der Tank ganz leer ist. Ist der Tank nur teilweise mit Kraftstoff gefüllt, so verändert sich das Verhältnis der Kapazitäten in entsprechendem Maße und mit ihm auch das Verhältnis der Frequenzen bzw. Pulslängen. Aus den Frequenzen bzw. Pulslängen der Impulsfolgen der Impulsgeneratoren lässt sich somit das Verhältnis der beiden Kapazitäten und damit die Füllhöhe im Tank und/oder Meßsystem ermitteln. Dieses Prinzip zum Erfassen der Füllhöhe in einem Fahrzeugtank funktioniert insgesamt je nach Ausführung der Elektroden sehr zuverlässig, außer der Kraftstoff ist nicht homogen, wie es normalerweise der Fall sein sollte, sondern es bilden sich Schichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung in dem Kraftstofftank aus.

Um die Füllhöhe in dem Tank und/oder Meßsystem auch bei Ausbildung von Kraftstoffschichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zuverlässig zu erfassen, wird bei er erfindungsgemäßen Messvorrichtung die Messkapazität 3 aus mehreren Messelektroden 3 und wenigstens einer Gegenelektrode 1 aufgebaut. Damit können mehrere Messkapazitäten miteinander in ihrem Wert verglichen werden, und es kann für jeden Abschnitt der Reihe von Messkapazitäten ein eigener Wert berechnet werden, der der Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen Messelektrode 3 und der Gegenelektrode 1 entspricht. Es lässt sich also feststellen, ob sich zwischen Messelektrode 3 und Gegenelektrode 1 Kraftstoff oder Luft befindet, und darüber hinaus, welche chemischen Eigenschaften der Kraftstoff zwischen der jeweiligen Messelektrode 3 und der Gegenelektrode 1 hat.

Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst in der Ausführungsform nach Fig. 1 eine Gegenelektrode 1 in Form eines Außenrohrs. Die eine Referenzelektrode 2 bildet einen Rohrabschnitt, der in der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ganz unten angeordnet ist. Drüber sind weitere Rohrabschnitte 3 angeordnet, die durch Isolierringe 4 voneinander isoliert sind und den einzelnen Messelektroden 3 entsprechen. In der Ausführungsform in Fig. 1 sind sechs Messelektroden 3 vorgesehen. Die Zahl der Messelektroden 3 (und der Referenzelektroden 2) hängt vorzugsweise von der Bauform und -tiefe des Tanks ab. Sowohl die Referenzelektrode 2 als auch die Messelektrode 3 sind über Zuführleitungen 5 mit einer Messelektronik 6 verbunden. Diese Messelektronik 6 ist wie in Fig. 1 dargestellt vorzugsweise innerhalb des Innenrohrs aus den Rohrsegmenten 2 und 3 angeordnet, so dass durch die Messelektronik 6 wenig Platz beansprucht wird und sie selbst sehr gut vor mechanischer Einwirkung geschützt ist. Die Messelektronik 6 ist über eine Leitung 7 mit einer (nicht dargestellten) Füllstandsanzeige in der Fahrgastzelle verbunden.

Der Aufbau aus Innenrohr und Außenrohr ist an einem Befestigungsflansch 8 angebracht, wobei in der gezeigten Ausführungsform die Gegenelektrode 1 direkt mit dem Flansch 8 verbunden ist, während das Innenrohr mit den Messelektroden 3 gegenüber dem Flansch isoliert ist. Eine Zuführleitung 5 ist zwischen Messelektronik 6 und dem Flansch 8 vorgesehen, damit die Messelektronik 6 zur Erfassung der jeweiligen Kapazitäten elektrischen Kontakt zu der Gegenelektrode 1 hat. Der Flansch 8 wird seinerseits mit (nicht dargestellten) Befestigungsschrauben an der Karosserie oder im Tank des Kraftfahrzeugs befestigt, für die Bohrungen 9 im Flansch 8 vorgesehen sind.

Die Anordnung der Gegenelektrode 1 als Außenrohr und der Mess- und Referenzelektroden 3 bzw. 2 als Innenrohr kann selbstverständlich auch umgedreht werden. Ebenso kann die Gegenelektrode 1 gegenüber dem Flansch 8 isoliert sein und die oberste Messelektrode 3 direkt an dem Flansch 8 befestigt sein.

Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 ist eine Gegenelektrode 1 für die Referenzelektrode 2 und die mehreren Messelektroden 3 vorgesehen. Dadurch werden elektrische Verbindungen 5 zwischen Messelektronik 6 und entsprechenden Gegenelektroden 1 eingespart, so dass das Gewicht der Messvorrichtung reduziert wird.

Um weiteres Gewicht einzusparen, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Innenwand 10 des Tanks als Gegenelektrode 1 verwendet. Diese Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnen dieselben Elemente der erfindungsgemäßen Messvorrichtung und werden hier nicht noch einmal erläutert. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Messelektronik 6 über die Zuführleitung 5 und den Befestigungsflansch 8 mit der Innenoberfläche 10 des Tanks verbunden, die als Gegenelektrode 1 wirkt. Diese Ausführungsform lässt sich natürlich nur dann verwirklichen, wenn der Tank aus Metall hergestellt ist oder wenigstens auf seiner Innenseite mindestens teilweise mit Metall beschichtet ist. Im übrigen ist das Arbeitsprinzip dieser Ausführungsform das gleiche wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1.

Der Messaufbau nach Fig. 1 oder 2 kann auf beliebige Weise in den Tank eingebaut werden, jedoch ist er vorzugsweise derart angeordnet, dass er im wesentlichen senkrecht zu der (nicht dargestellten) Flüssigkeitsoberfläche in dem Tank steht. Dadurch ist gewährleistet, dass immer nur eine Messkapazität einen Wert zwischen einem Minimum (vollständig in Kraftstoff eingetaucht) und einem Maximum (vollständig unbenetzt) einnimmt. Sollte dagegen eine sehr genaue Messung der Füllhöhe in dem Tank erforderlich sein, so kann bei gegebener "Breite" der Messelektroden 3 der Aufbau nach Fig. 1 oder 2 auch schräg in den Tank eingebaut werden. Die Kapazität einer Messzelle aus Messelektrode 3 und Gegenelektrode 1 bzw. Tankwand 10 hängt bei teilweiser Bedeckung der Elektrode dann außerdem von dem Einbauwinkel des Gesamtaufbaus ab.

Um weiteres Gewicht einzusparen, werden die Messelektroden 3 wie in Fig. 3 gezeigt als Leiterbahnen 12 auf einer Folie 11 hergestellt. Die mehreren Messelektroden 3 sind bei dieser Ausführungsform auf der flexiblen Folie 11 angeordnet, und die flexible Folie 11 ist auf einem Trägerrohr 14 aus kraftstoffverträglichem Kunststoff aufgebracht. Dieser Ausführungsform der Messelektroden 3 und Referenzelektrode 2 ist nach teilweisem Zusammenbau in einer perspektivischen, semitransparenten Darstellung in Fig. 3 gezeigt. Die Messelektroden 3 bzw. Referenzelektroden 2 bestehen aus breiten Leiterbahnen 12 auf der Folie, zwischen denen isolierende Abstandsbereiche 13 vorgesehen sind.

Die Herstellung der Mess- und Referenzelektroden auf einer Folie 11, die auf einem Trägerrohr 14 aus Kunststoff befestigt wird, hat einen weiteren Vorteil. Da die Konstruktion des Messaufbaus mit der Messelektronik 6 mit Rohrstücken verhältnismäßig aufwendig ist, wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 auch die Messelektronik 6 auf der Folie 11 aufgebracht, und zwar mittels Ätz- oder Siebdruck. Damit entfällt auch eine komplizierte Verdrahtung zwischen Messelektronik 6 und den Elektroden 2 und 3 in dem Tank. Ein solcher Aufbau wird im folgenden mit Bezug auf Fig. 4 erläutert.

Die Leiterbahnen 12, die die Messelektroden 3 darstellen, können sich über die gesamte Breite der Folie 11 erstrecken. In diesem Fall muss aber eine Verbindung der Leiterbahnen 12 auf die andere Seite der Folie 11, nämlich die Seite, die auf dem Trägerrohr 14 befestigt wird, hergestellt werden, damit eine elektrische Verbindung zu einer Messelektronik 6 auf der Folie 11 eingerichtet werden kann oder Verbindungsleitungen 15 zu einer externen Messelektronik 6 vorgesehen werden können. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn sich die Leiterbahnen 12 nur über einen Teil der Breite der Folie 11 erstrecken. Auf einem Randbereich der Folie 11 wird dann eine "interne" Messelektronik 6 vorgesehen, so dass die Verbindungsleitungen 15 sehr kurz gehalten werden können, mit den bekannten positiven und erwünschten Folgen in Bezug auf Störungseinflüsse wie Rauschen und Gefahr mechanischer Beschädigung der Leitungen. Nur noch ein Anschluss für die Kraftstoffanzeige bei den Bedienelementen in der Fahrgastzelle braucht vorgesehen zu werden, wobei die entsprechende Verbindung über einen Stecker 16 hergestellt wird, der an einer leicht zugänglichen Stelle im oder am Tank angeordnet werden kann.

In Fig. 5 ist diese Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt von oben gezeigt, wobei 14 das Trägerrohr ist und 11 die auf das Trägerrohr 14 aufgeklebte Folie ist. Die Folie kann auch an einzelnen Punkten mit dem Trägerrohr verschweißt sein oder auf andere Art und Weise befestigt sein, so dass sie sich auch in Kraftstoff nicht von ihrer Unterlage löst.

Der Aufbau und die Funktion der Messelektronik ist derselbe bzw. dieselbe wie bei der Messelektronik in der europäischen Patentanmeldung EP 0 927 877 derselben Anmelderin, auf deren Inhalt hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Gegenelektrode

2

Referenzelektrode

3

Messelektrode

4

Isolierring zwischen Elektroden

5

Zuführleitung zwischen Messelektronik und Elektrode

6

Messelektronik

7

Leitung von Messelektronik zur Füllstandsanzeige

8

Befestigungsflansch

9

Bohrung in Befestigungsflansch für Befestigungsschrauben

10

Innenwand des Tanks

11

flexible Folie aus kraftstoffverträglichem Kunststoff

12

Leiterbahn auf Folie

11

13

isolierender Abstandsbereich zwischen Leiterbahnen

12

14

Trägerrohr (aus kraftstoffverträglichem Kunststoff) für Folie

11

15

Verbindungsleitung zu Leiterbahn

12

auf Folie

11

16

Steckverbinder

Claims

1. Messvorrichtung zum Erfassen der Füllhöhe in einem Tank und/oder Meßsystem insbesondere in einem Kraftfahrzeug, die eine Referenzkapazität und eine Messkapazität (3) umfasst, wobei die Messkapazität von der Füllhöhe in dem Tank und/oder Meßsystem abhängt und von einem ersten Impulsgenerator eine erste Impulsfolge in Abhängigkeit von der Referenzkapazität (2) und von einem zweiten Impulsgenerator eine zweite Impulsfolge in Abhängigkeit von der Messkapazität erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkapazität (3) mehrere Messelektroden (3) und wenigstens eine Gegenelektrode (1) umfasst.

2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (1) der Innenwand (10) des Tank und/oder Meßsystems entspricht.

3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Messelektroden (3) auf einer flexiblen Folie (11) angeordnet sind und die flexible Folie (11) auf einem Trägerrohr (14) aus Kunststoff aufgebracht ist.

4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerrohr (14) einen Befestigungsflansch (8) aufweist, der im wesentlichen senkrecht zu den Elektroden (2, 3) steht.

5. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass acht Messelektroden (3) vorgesehen sind.