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Die Erfindung betrifft eine Kraftstofftankanordnung für einen Kraftwagen mit einem Kraftstofftank und mit wenigstens einem Sensor zum Ermitteln eines Füllstands des Kraftstofftanks. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kraftstofftankanordnung.
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Der Kraftstoffbehälter ist im Kraftwagen oft vergleichsweise flach und großflächig ausgebildet, und er weist häufig lokale Erhöhungen auf. Da man bestrebt ist, möglichst wenige Sensoren im Kraftstofftank vorzusehen, um den Füllstand desselben zu ermitteln, ist es üblich, den Sensor dort zu platzieren, wo der Füllstand über die gesamte Höhe des Kraftstofftanks erfasst werden kann. Dies ist etwa dann der Fall, wenn der Sensor im Bereich einer lokalen Erhöhung des Kraftstofftanks angeordnet ist. Beim Ermitteln des Füllstands des Kraftstofftanks kann es hierbei jedoch zu Ungenauigkeiten kommen.
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Die
DE 10 2004 047 071 A1 beschreibt ein Verfahren zum Überprüfen von Messwerten zweier in einem Kraftstofftank angeordneter Füllstandssensoren. Hierbei ist der Kraftstofftank sattelförmig ausgebildet, und ein erster Füllstandssensor ist in einer Hauptkammer des Kraftstofftanks angeordnet, während ein zweiter Füllstandssensor den jeweiligen Füllstand in einer Nebenkammer des Kraftstofftanks erfasst. Einer Rechnereinheit werden die Messwerte der beiden Füllstandssensoren zugeführt. In kurzen Zeitabständen hintereinander ermittelte Messwertsummen werden dann verglichen, um die Plausibilität der Füllstandsmessung zu überprüfen. Bei zu großen Abweichungen der nacheinander ermittelten Messwertsummen wird ein Warnsignal ausgegeben und eine Fehlerinformationsanzeige aktiviert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstofftankanordnung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kraftstofftankanordnung zu schaffen, welche bzw. welches eine besonders hohe Verlässlichkeit beim Angeben des Füllstands ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstofftankanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Kraftstofftankanordnung ist wenigstens ein Schalter vorgesehen, dessen Schaltzustand in Abhängigkeit vom Füllstand des Kraftstofftanks veränderbar ist, wobei der wenigstens eine Schalter in eine Querrichtung des Kraftstofftanks von dem wenigstens einen Sensor beabstandet ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Schräglage des Kraftstofftanks bzw. des den Kraftstofftank aufweisenden Kraftwagens oder bei einer durch die Fahrdynamik des Kraftwagens bedingten Abweichung des Kraftstoffspiegels von der Horizontalen der von dem Sensor ermittelte Füllstand vom tatsächlichen Füllstand abweichen kann. Vorliegend ist jedoch zusätzlich zu dem Sensor der Schalter vorgesehen ist, welcher seinen Schaltzustand ändert, wenn das Kraftstoffniveau im Tank die Höhe des Schalters erreicht oder unterschreitet. Dadurch steht ein zweites Signal zur Verfügung, welches es ermöglicht, eine Schräglage des Kraftstofftanks und/oder des Kraftstoffspiegels festzustellen.
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Da nämlich der Sensor und der Schalter in die Querrichtung des Kraftstofftanks gesehen voneinander beabstandet in diesem angeordnet sind, werden bei einer Schräglage des Kraftstofftanks – oder bei einer aufgrund der Dynamik des Kraftwagens schrägen Ausrichtung des Kraftstoffspiegels – unterschiedliche Füllstandshöhen vom Sensor einerseits und vom Schalter andererseits ermittelt. Dies kann bei der Angabe des Füllstands berücksichtigt werden, sodass sich eine besonders hohe Verlässlichkeit dieser Angabe erreichen lässt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Schalter im Bereich des Schwerpunkts einer Fläche angeordnet, welche mit dem durch die Wandungen des Kraftstofftanks begrenzten und mit einem vorbestimmten Füllstand korrespondierenden Kraftstoffspiegel zusammenfällt. Selbst wenn der Schalter in die Querrichtung des Kraftstofftanks gesehen vom Schwerpunkt dieser Fläche ein Stück weit, beispielsweise ein Zehntel einer maximalen Länge oder Breite des Kraftstofftanks, beabstandet ist, so ergibt sich allenfalls eine äußerst geringe Abweichung des aufgrund des Schaltzustands des Schalters ermittelten Werts des Füllstands vom tatsächlichen Füllstand. Mit anderen Worten ist der durch die Änderung des Schaltzustands des Schalters ermittelbare Füllstand so gut wie unabhängig von der Schräglage des Kraftstofftanks oder des Kraftstoffspiegels, sofern der wenigstens eine Schalter in einem gewissen Toleranzbereich um den Schwerpunkt der Fläche herum angeordnet ist.
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Bevorzugt ist jedoch der wenigstens eine Schalter genau im Schwerpunkt der Fläche angeordnet, da so die Änderung des Schaltzustands des Schalters die Information liefert, wie viel Kraftstoff sich tatsächlich im Kraftstofftank befindet, und zwar unabhängig von der Schräglage des Kraftstofftanks bzw. unabhängig von der Schräglage des Kraftstoffspiegels. Der Schwerpunkt der bei einem vorbestimmten Füllstand mit dem Kraftstoffspiegel zusammenfallenden Fläche kann sehr einfach und aufwandsarm experimentell ermittelt werden, etwa indem eine an die Wandungen des Kraftstofftanks angrenzende Pappscheibe zurechtgeschnitten und deren Schwerpunkt, etwa durch Ausbalancieren auf einer Spitze, ermittelt wird. Alternativ lässt sich der Schwerpunkt der Fläche sehr einfach auch rechnerisch bestimmen.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der wenigstens eine Schalter mittels eines eigensteifen Kopplungselements an einem Boden des Kraftstofftanks festgelegt ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass auch bei einer alterungsbedingten Veränderung der Form des Bodens des Kraftstofftanks – oder bei fertigungsbedingt unterschiedlichen Ausbildungen des Bodens – der Abstand des Schalters vom Boden gleich bleibt. Dadurch kann auch über die Lebensdauer des Kraftstofftanks hinweg eine gleichbleibend verlässliche Angabe des Füllstands erreicht werden.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn sich der Schaltzustand des wenigstens einen Schalters ändert, wenn eine auf eine horizontal ausgerichtete Einbaulage des unbewegten Kraftstofftanks im Kraftwagen bezogene Füllmenge im Kraftstofftank erreicht oder unterschritten wird, welche mit einer als Reserve vorzuhaltenden Füllmenge des Kraftstofftanks korrespondiert. Dann ist sichergestellt, dass mittels des Schalters das Erreichen der Reserve-Füllmenge verlässlich festgestellt werden kann. Insbesondere, wenn nämlich im Kraftstofftank lediglich die Reserve-Füllmenge – also eine vergleichsweise geringe Füllmenge – enthalten ist, ist es von großer Bedeutung, dass diese Füllmenge korrekt ermittelt wird. Bei einer deutlich größeren Füllmenge im Tank spielen nämlich durch die Schräglage des Kraftstofftanks oder die Schräglage des Kraftstoffspiegels bedingte Abweichungen des mittels des Sensors ermittelten Füllstands vom tatsächlichen Füllstand keine besonders große Rolle. Erreicht jedoch die Füllmenge im Tank die Reserve von in der Regel lediglich wenigen Litern, so sind Abweichungen des mittels des Sensors ermittelten Füllstands vom tatsächlichen Füllstand von großer Wichtigkeit. Diese Abweichungen können anhand des Schaltzustands des wenigstens einen Schalters festgestellt werden. So lässt sich sicherstellen, dass ein Nutzer des Kraftwagens rechtzeitig darüber informiert wird, wenn sich im Kraftstofftank die der Reserve entsprechende Füllmenge befindet und so in Bälde ein Nachtankvorgang erforderlich ist.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Kraftstofftankanordnung eine Auswerteeinrichtung umfasst, welcher ein mit dem Schaltzustand des wenigstens einen Schalters korrespondierendes Signal übermittelbar ist, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt ist, einen von dem wenigstens einen Sensor ermittelten Füllstand in Abhängigkeit von dem Signal zu ändern. Je nach Schräglage des Kraftstofftanks oder des Kraftstoffspiegels kann nämlich der Sensor einen vermeintlichen Füllstand erfassen, welcher höher oder niedriger ist als der tatsächliche Füllstand im Kraftstofftank. Diese Abweichung vom tatsächlichen Füllstand kann durch Heranziehen des Signals von der Auswerteeinrichtung überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden. So kann sichergestellt werden, dass es trotz einer Schräglage des Kraftstofftanks oder des Kraftstoffspiegels zu einer korrekten Anzeige des Füllstands im Kraftstofftank kommt. Des Weiteren kann anhand des Signals eine Kalibrierung des Sensors vorgenommen werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Kraftstofftankanordnung für einen Kraftstofftank wird mittels wenigstens eines Sensors ein Füllstand des Kraftstofftanks ermittelt. Beim Ermitteln des Füllstands wird hierbei ein Signal wenigstens eines Schalters berücksichtigt, dessen Schaltzustand sich in Abhängigkeit vom Füllstand des Kraftstofftanks verändert, wobei der wenigstens eine Schalter in eine Querrichtung des Kraftstofftanks von dem wenigstens einen Sensor beabstandet ist. Durch den füllstandsabhängigen Schalter lässt sich eine besonders hohe Verlässlichkeit bei der Angabe des Füllstands erreichen, selbst wenn eine Schräglage des Kraftstofftanks oder des Kraftstoffspiegels im Kraftstofftank vorliegt.
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Insbesondere kann ein von dem wenigstens einen Sensor erfasster und den Füllstand angebender Messwert kalibriert werden, wenn der wenigstens eine Schalter einer Auswerteeinrichtung das die Änderung seines Schaltzustands angebende Signal übermittelt. Auf diese Weise kann im Fahrbetrieb eine besonders hohe Genauigkeit der von dem wenigstens einen Sensor erfassten Messwerte sichergestellt werden.
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Die für die erfindungsgemäße Kraftstofftankanordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Kraftstofftankanordnung für einen Kraftwagen, wobei in dem Kraftstofftank ein Sensor zum Ermitteln eines Füllstands des Kraftstofftanks angeordnet ist sowie ein Schalter, dessen Schaltzustand sich in Abhängigkeit vom Füllstand in dem Kraftstofftank ändert;
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2 die Kraftstofftankanordnung gemäß 1 bei welcher sich der Kraftstoffspiegel in einer Schräglage befindet; und
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3 die Kraftstofftankanordnung gemäß 1 bei einer weiteren Schräglage des Kraftstoffspiegels.
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Eine Kraftstofftankanordnung 10 eines Kraftwagens umfasst einen Kraftstofftank 12 und einen Sensor 14 zum Ermitteln eines Füllstands des Kraftstofftanks 12. Der Sensor 14 ist in einem Bereich des Kraftstofftanks 12 angeordnet, in welchem dieser eine lokale Erhöhung aufweist und in welchem auch eine Fördereinheit 16 angeordnet ist. So kann der Sensor 14, welcher einen gegenüber der Fördereinheit 16 nach oben und nach unten frei bewegbaren Schwimmkörper umfassen kann, sämtliche im Kraftstofftank 12 auftretenden Füllstände erfassen.
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In 1 ist ein Flüssigkeitsspiegel 18 eines sich in dem Kraftstofftank 12 befindenden Kraftstoffs 20 horizontal ausgerichtet, und auch der Kraftstofftank 12 selber befindet sich in seiner Einbaulage, in welcher er bei eben stehendem Kraftwagen ebenfalls keine Neigung gegenüber der Horizontalen aufweist. Der Sensor 14 erfasst in diesem Fall den Füllstand im Kraftstofftank 12 korrekt, da weder der Kraftstofftank 12 noch der Flüssigkeitsspiegel 18 eine Schräglage aufweisen.
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Bei einer durch die Fahrdynamik des Kraftwagens bewirkten Veränderung der Ausrichtung des Flüssigkeitsspiegels 18, wie sie beispielhaft in 2 und 3 gezeigt ist, ändert sich jedoch lokal die Höhe des Füllstands, welche der Sensor 14 in dem Teilbereich des Kraftstofftanks 12 erfasst, in welchem der Sensor 14 angeordnet ist.
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Um in einem solchen Fall die Anzeige eines gegenüber dem tatsächlichen Füllstand zu hohen Füllstands (vgl. 2) oder eines zu niedrigen Füllstands (vgl. 3) zu vermeiden, ist in dem Kraftstofftank 12 ein Schalter 22 angeordnet, dessen Schaltzustand sich in Abhängigkeit von dem Niveau des Flüssigkeitsspiegels 18 verändert. Dieser Schalter 22 ist – ebenso wie der Sensor 14 – mit einer beispielsweise in ein Steuergerät des Kraftwagens integrierten – Auswerteinrichtung 24 gekoppelt. Die Auswerteeinrichtung 24 erfasst also ein Signal des Schalters 22, welches mit dem jeweiligen Schaltzustand des Schalters 22 korrespondiert, und ein Signal des Sensors 14. Wenn der Flüssigkeitsspiegel 18 das Höhenniveau des Schalters 22 erreicht oder unterschreitet, ändert sich der Schaltzustand des Schalters 22, und das entsprechende Signal wird an die Auswerteinrichtung 24 übermittelt.
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Der Schalter 22 ist vorliegend im Schwerpunkt S einer Fläche angeordnet, welche mit dem durch Seitenwände 26, 28 des Kraftstofftanks 12 begrenzten und mit einer vorbestimmten Füllmenge im Kraftstofftank 12 korrespondierenden Niveau des Kraftstoffs 20 zusammenfällt. Bei einer Änderung der Ausrichtung des Flüssigkeitsspiegels 18 – oder auch bei einer Änderung der Neigung des Kraftstofftanks 12 und dafür gleichbleibend horizontal ausgerichtetem Flüssigkeitsspiegel 18 – ändert sich daher die Höhenlage des Schwerpunkts S nicht.
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Somit erfasst auch der in dem Schwerpunkt S der durch den Flüssigkeitsspiegel 18 definierten Fläche angeordnete Schalter 22 ein Absinken des Niveaus des Kraftstoffs 20 im Kraftstofftank 12 unter die Höhe des Schalters 22 und zwar unabhängig davon, ob sich der Flüssigkeitsspiegel 18 oder der Kraftstofftank 12 in einer Schräglage befindet.
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Der Schalter 22 ist über eine Stützstrebe 30 oder ein derartiges Kopplungselement an einem Boden 32 des Kraftstofftanks 12 festgelegt. Selbst bei einem – beispielsweise alterungsbedingten – geringfügigen Einsacken oder Absinken des Bodens 32 des Kraftstofftanks 12 ändert sich somit die Höhe des Schalters 22 über dem Boden 32 nicht.
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Der Schalter 22 kann insbesondere in einer Höhe über dem Boden 32 angeordnet sein, in welcher die Änderung seines Schaltzustands das Vorhandensein einer Reservemenge an Kraftstoff 20 im Kraftstofftank 12 angibt, welche üblicherweise lediglich einen Bruchteil der maximalen Füllmenge des Kraftstofftanks 12 beträgt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Erreichen der Reserve in dem Kraftstofftank 12 jederzeit korrekt einem Fahrzeugnutzer zur Anzeige gebracht wird. Hierbei wird diese Anzeige nicht durch eine, etwa durch die Fahrdynamik bewirkte Schräglage des Flüssigkeitsspiegels 18 oder durch eine Neigung des Kraftwagens und damit einhergehend eine Schräglage des Kraftstofftanks 12 beeinflusst.
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Der im Schwerpunkt S der mit dem Flüssigkeitsspiegel 18 zusammenfallenden Fläche angeordnete Schalter 22 schaltet nämlich unabhängig von Schräglagen beim gleichen im Kraftstofftank 12 verbleibenden Füllvolumen, etwa beim Erreichen der Reserve.
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In 2 ist eine Schräglage des Flüssigkeitsspiegels 18 veranschaulicht, bei welcher der Sensor 14 alleine einen höheren Füllstand im Kraftstofftank 12 erfassen würde, als er tatsächlich vorliegt. Der im Schwerpunkt S der Fläche des Flüssigkeitsspiegels 18 angeordnete Schalter 22 ist jedoch von dieser Schräglage des Flüssigkeitsspiegels 18 unbeeinflusst. Da der Auswerteeinrichtung 24 sowohl das Signal des Schalters 22 als auch der von dem Sensor 14 erfasste Messwert des Füllstands übermittelt werden, kann die Auswerteeinrichtung 24 den von dem Sensor 14 erfassten Füllstand überprüfen und in diesem Fall nach unten korrigieren.
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Auf diese Weise kann auch immer dann, wenn der Flüssigkeitsspiegel 18 des Kraftstoffs 20 das Niveau des im Schwerpunkt S angeordneten Schalters 22 unterschreitet, eine Kalibrierung der von dem Sensor 14 gelieferten Messwerte vorgenommen werden. Aufgrund des im Schwerpunkt S angeordneten, füllstandsabhängigen Schalters 22 kann also die von dem Sensor 14 gelieferte Information angepasst oder plausibilisiert werden.
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3 zeigt schematisch eine weitere Situation mit schräg ausgerichtetem Flüssigkeitsspiegel 18, in welcher der Sensor 14 jedoch einen deutlich niedrigeren Füllstand als den tatsächlich vorliegenden erfasst. Im Schwerpunkt S des Flüssigkeitsspiegels 18 liegt hierbei jedoch dasselbe Kraftstoffniveau vor wie bei horizontaler Ausrichtung des Flüssigkeitsspiegels 18 (vgl. 1). Entsprechend wird der von dem Sensor 14 erfasste Messwert des Füllstands, welcher niedriger ist als der mit dem tatsächlichen Füllstand korrespondierende Messwert, mittels der Auswerteeinrichtung 24 korrigiert. So wird dafür gesorgt, dass auch bei dieser Schräglage des Flüssigkeitsspiegels 18 das korrekte – beispielsweise mit der Reserve des Kraftstofftanks 12 korrespondierende – Füllvolumen an Kraftstoff 20 angezeigt wird.
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In alternativen Ausführungsformen können mehrere Schalter 22 im Kraftstofftank 12 angeordnet sein, wobei die Position des jeweiligen Schalters 22 bevorzugt der Lage des Schwerpunkts S eines jeweiligen Flüssigkeitsspiegels 18 bei jeweils unterschiedlichen Füllvolumina an Kraftstoff 20 entspricht. So können auch Schräglagen des Flüssigkeitsspiegels 18 und/oder des Kraftstofftanks 12 bei von der Reserve verschiedenen Füllmengen an Kraftstoff 20 im Kraftstofftank 12 kompensiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004047071 A1 [0003]
