DE2949497C2

DE2949497C2 - Flüssigkeitsstandsmesser für einen Kraftstofftank für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2949497C2
Application number: DE2949497A
Authority: DE
Inventors: Tony James Washtenaw County Mich. Wood
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1979-12-08
Publication date: 1982-02-11
Also published as: US4194395A; GB2043261B; GB2043261A; DE2949497A1

Description

a) das Hohlgehäuse (20, 120, 220) hai /yliiulri sehen, prismatischen oder prismaähiilichcii Querschnitt, dessen Mittelachse senkrecht auf ι · der Oberfläche des Kraftstoffes im Kraftstoff tank steht;

b) das Hohlgehäuse (20, 120, 220) bcMeht aus einem elektrisch leitenden Material und bildet die eine gemeinsame Elektrode der Kaj>a/il;il; -'<>

c) innerhalb des Hohlgehäuses (20, !20, 220) sind mehrere Platten (II, 12, II, IiI, 112, 111,211, 212,21 J) angeordnet, die gegeneinander isoliert sind und aus einem elektrisch leitenden Material bestehen und die Gegenelektrode von versrhie- .'> denen Teilkapazitäten bilden;

d) die Elektrodenplatten sind so in einem Kraftstofftank angeordnet, daß die flüssigkeit jeweils einen Teil der Platten und des Hohlgehäuses bedeckt, während im anderen ·ι> Peil der Platten und des Hohlgehäuses sich zwischen den Platten und dem llohlgehäuse luft als Dielektrikum befindet;

e) In den Wänden des I lohlgehäiises (20, 120, 220) sind in verschiedenen Höhen Öffnungen (17, 18) i". für ein Einströmen von der Flüssigkeit vorhanden.

2. Flüssigkeitsstandmesser nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, dall

a)

I,

drei Platten (II, 12, I 3) sternförmig und gleichmäßig verteilt, ausgehend von einem mittig angeordneten Isolationsteil (22), angeordnet sind und ι ■ b) die Wände des Gehäuses (20) im Abstand zu den Platten (II, 12, H) verlaufend, sternförmig angeordnet sind.

3. Flüssigkeitsstandsmesser nach Anspruch I und >" 2.dadurch gekennzeichnet,daß die Platten (I II, 112,

113) kreisbogenförmig ausgebildet sind und das Gehäuse (120) die Form eines Zylinders hat.

4. Flüssigkeitsstandsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Platten im ¹^ gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sind.

5. Flüssigkeitsstandsmesser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

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a) die Platten (211, 212, 213) so angeordnet sind, daß sie, im Querschnitt gesehen, die Seiten eines gleichseitigen Dreiecks bilden, und

b) das Gehäuse (220), im Querschnitt gesehen, dreieckig ausgebildet ist

6. Flüssigkeitsstandsmesser nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Isolationsteil (22, 122, 222) und dem Gehäuse (20, 120, 220) Abstandsarme (23, 23, 25, 123, 124, 125, 223, 224,225) aus Isolationsmaterial angeordnet sind.

7. Flüssigkeitsstandsmesser nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (20, 120, 220) Vorrichtungen zur Dämpfung von Schwa'bbelbewegungen der im Gehäuse befindlichen Flüssigkeit angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsstandsmesser mit einem Hohlgehäusc für einen Kraftstofftank für Verbiennungskraftmaschinen mit einer Einrichtung zur Messung der Kapazität zwischen mehreren Platten, wobei die Einrichtung in der Flüssigkeit angeordnet ist und das sich ändernde Niveau der Flüssigkeit unterschiedliche Bereiche der Kapazitäten als Dielektrikum ausfüllt.

Flüssigkeitsstandsmesser der geschilderten Art sind beispielsweise durch Grave: Elektrische Messung !lichtelektrischer Größen (1962), Seiten 260 bis 266 bekannt. I lier ist jedoch nur eine Kapazität installiert, so daß es nicht möglich ist, bei einer Neigung des Behälters die davon ausgelöste Veränderung der Kapazität festzustellen, zu erkennen und die Anzeige entsprechend zu korrigieren. Auch dient der verwendete Behälter insgesamt als eine Platte der Kapazität, was bei einer Anwendung in der Praxis zu Schwierigkeiten, insbesondere die Isolation betreffend, führt. Zwar ist in der US-PS 28 66 337 ein Flüssigkeitsstandsmesser dargestellt, bei dem neben einer inneren Elektrode eine diese umgebende äußere Elektrode vorgesehen ist, wobei die eine Elektrode -lieser Kapazität auch die Elektrode einer weiteren Kapazität bildet mit einer Elektrode, die die gemeinsame Elektrode umgibt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß bei jeder Platte eine gesonderte Gcgcnplaltc vorgesehen ist, was die Anordnung kompliziert und verteuert und auch einen größeren Kaumbedai f erfordert.

Entsprechend ist es .lie Aufgabe der Erfindung, einen Flüssigkcitsstandsiiicsser der oben geschilderten Art vorzusehen, der es erlaubt, ohne großen Raumbedarf in einfacher Weise und unaiifwcndig auch bei geneigter Lage des Tanks und bei .Schiefstellung drs Müssigkeitsstandes im I'ank, ausgelöst durch Verzögerungen, Beschleunigungen, Kurvenfahren und ähnliches, eine gesicherte Aussage über das wirklich im Kraftstofftank befindliche Flüssigkeitsvolumen zu machen.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den im Anspruch I gekennzeichneten Merkmalen erreicht Zweckmäßige weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprflchc.

Durch den Gegenstand der Erfindung wird eine einfache Konstruktion der Anordnung erreicht; es ist nur eine gemeinsame Gegenplatte vorgesehen. Auch sind die einzelnen Platten innerhalb des Gehäuses, das die Gegenplatte bildet angeordnet, was die Konstruktion ebenfalls vereinfacht

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht des Flüssigkeitsstandsmessers, teilweise geschnitten,

Fig.2 einen Schnitt durch die Anordnung gemäß F i g. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausfüihnings-

form eines Flüssigkeitsstandsmessers,

F i g. 4 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Flüssigkeitsstandsmessers,

Fig.5 ein schematisch dargestellter Schaltplan für den Anschluß an einen Flüssigkeitsstandsmessers, ">

F i g. 6 eine Darstellung von verschiedenen Signalen, wie sie nacheinander im Schaltplan gemäß F i g. .5 auftreten.

Ein Flüssigkeitsstandsmesser 10, der die elektrische Ladung zur Messung des Flüssigkeitsstandes benutzt, ist i< > in den Fig. I und 2 dargestellt. Der Flüssigkeitsstandsmesser 10 ist in einem Flüssigkeitstank 6 angeordnet, der eine bestimmte Menge einer Flüssigkeit JO enthält. Der Flüssigkeitsstandsmesser IO weist ein Gehäuse 20 auf. das sich entlang einer Linie erstreckt, im Bereich i¹» derer ein Stand der Flüssigkeit JO erwartet wird. t)a in der statischen Position die Flüssigkeit eine Oberfläche besitzt, die parallel zu einer Horizontalen verläuft, ist das Gehäuse 20 senkrecht auf einer solchen Horizontalen angeordnet. Ji)

Öffnungen 17 und 18 sind nahe den obersten und untersten Bereichen des Gehäuses 20 so angeordnet, daß die Flüssigkeit }0 in das Gehäuse eintreten kann und in diesem Gehäuse einen Flüssigkeitsstand einnehmen kann, der dem Flüssigkeitsstand außerhalb des -'■"> Ciehäuses im Flüssigkeitstank 6 entspricht. Das Gehäuse 20 weist im Querschnitt eine sternförmige Konfiguration mit drei Ecken auf und enthält eine Reihe von Platten, die im folgenden als Kapazitätsplatten II, 12 und U bezeichnet werden. |ede der Kapazitätspkuten > <> fl, 12 und 1.1 erstreckt sich in einem entsprechenden Arm des Gehäuses 20, so daß der Flüssigkeitsstand in verschiedenen Punkten, die voneinander getrennt liegen, gemessen werden kann. Die Kapazitätsplatten 11,12 und IJ sind in der Mitte an einem Isolationsteil 22 r> in entsprechenden Schlitzen 26, 27 und 28 befestigt. Das Isolationslcil 22 weist ebenfalls drei Abslandsarme 2J, 24 und 25 auf. die sich zur Innenwand des Ciehäuses 20 erstrecken und die für eine stabile Halterung sorgen. Darüber hinaus ist durch sie sichergestellt, da·! die Platten einen gleichbleibenden Abstand vom Gehäuse einhalten.

Beim dargestellten Ausführiingsbeispiel ist der Flüssigkeitsstandsmesscr in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges angeordnet und ist als Kmfttoffanzei- r> ger bezeichnet. Normalerweise wirkt die Flüssigkeit JO, also hier der Kraftstoff, als ein Dielektrikum, zwischen den Kapazitätsplatten 11, 12 und I J und dem Gehäuse 20. Da jedoch bekannt ist, daß Feuchtigkeit eintreten kann und sich mit dem Kraftstoff vermischt, sind die w Kapazitätsplatten mit einem Isolationsfilm bedeckt, der mit 14,15 und 16 bezeichnet ist. Dieser Isolationsfilm ist sehr dünn ausgeführt, verglichen mit dem Abstand der Platten zum Gehäuse und hat einen vernachlässigbaren Effekt auf den Betrag der Ladung beim Flüssigkeitsmes- ^r>5 ser.

Bei einem System, in dem die Menge an Flüssigkeit in einem Flüssigkeitstank 6 gemessen werden soll, wird zur Messung der vertikalen Höhe des Flüssigkeitsstandes das zylinderische Gehäuse 20 sowie auch die Kapazitätsplatten 14,15 und 16 so angeordnet werden, daß die vom oberen Bereich des gewünschten Meßbereiches zum unteren Bereich des gewünschten Meßbereiches reichen.

Eine andere Ausführungsform eines Flüssigkeits-Standsmessers ist in der F i g. 3 dargestellt und mit 110 bezeichnet Hier ist der Querschnitt des Flüssigkeitsstandsmessers kreisförmig ausgeführt Beim Flüssigkeitsstandmesser 110 ist ein zylinderisches Gehäuse 120 aus elektrisch leitendem Material gefertigt. Ein konzentrisches Innenteil 122 besteht aus Isolationsmaterial und dient als Halteteil für eine Reihe von Kapazitätsplatten IK, 112 und 113; diese Kapazitätsplatten messen den Flüssigkeitsspiegel an verschiedenen Stellen innerhalb des Gehäuses 120. Arme 123, 124 und 125 sind ebenfalls aus Isolationsmaterial hergestellt, wie .auch das Innenteil 122; dabei erstrecken sich die Arme 123, 124 und 125 zwischen dem Innenteil 122 und dem äußeren Gehäuse 120 und sorgen für eine festere Halterung und einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Kapazitätsplatten 112, IiJ und 114 vom Gehäuse 120. Wie bei der Ausführungsform in den F i g. I und 2 auch, ist ein Isolationsfilm 114, US und 116 auf den Kapazitätsplatten 111, I(2und 11Jangeordnet.

Eine weitere Ausführungsl'orm des Flüssigkeitsstandsmessers ist in der Fi g. 4 dargestellt. Hier ist der Flüssigkeitsstandsmesser 210 so ausgebildet, daß er einen dreieckigen Querschnitt besitzt. Bei diesem System ist dss dreieckige Gehäuse mit 220 und eine Reihe von Kapazitätsplatten mit 211, 212 und 2IJ bezeichnet. Die Platten besitzen einen gleichmäßigen Abstand vom Gehäuse 220 und messen den Flüssigkeitsstand 230 in verschiedenen Punkten innerhalb des Gehäuses 220. Arme 22J, 224 und 225 dienen als Halterung und sorgen dafür, daß das Innenteil 222 eine bestimmte Position einnimmt. Die Kapazitätspi.itten 211, 212 und 21J sind am Innenteil 222 befestigt und weisen ebenfalls einen Isolationsfilni 214, 215 und 216 auf.

In jeder der dargestellten Ausführungsfornien ist der Flüssigkeitsstandsmesser so ausgebildet,daß das äußere Gehäuse als eine Platte und die Kapazitätsplatten als die anderen Platten einer Kapazität wirken, wobei beide Plattenarten in einem Abstand zueinander stehen. Als Folge davon wird die Kapazität der Einrichtung verändert, wenn die Platten mehr oder weniger von der Flüssigkeit, also etwa vom Kraftstoff, bedeckt sind. Auf der anderen Seite ist jedoch m beachten, dafi gemäß der Anordnung von drei Meßpunkten innerhalb des Flüssigkeitsstandsmessers die drei gemessenen Werte voneinander abweichen können.

In der Fig. 1 ist ein elektrisches Kabel mit 8 bezeichnet; es weist eine Reihe von Leitungen auf, die mit Ci, G und C\ bezeichnet sind. Diese Leitungen verlaufen zu den Kapazitätsplatten 14. 15 und 16 entsprechend dem Schaltbild in der F i g. 5. Eine vierte Leitung, die Erdleitung, ist an das Gehäuse 20 angeschlossen.

Der Schaltkreis gemäß F i g. 5 dient dazu, bei den drei Kapazitäten die Kapazitätswerte, also die Ladung, abzufragen und daraus entsprechende Rückschlüsse auf den Flüssigkeitsstand zu ziehen. Das gezeigte Schaltbild vergleicht die gemessenen Flüssigkeitslevel an den verschiedenen Punkten miteinander und bildet ein Differenzsignal. Daraufhin wird dieses Differenzsignal mit einem vorherbestimmten maximalen Differenzsignal verglichen, um festzustellen, ob die gemessenen Flüssigkeitslevel im Verhältnis zueinander innerhalb einer erlaubten Differenz bleiben. Die vorherbestimmte erlaubte Differenz wird festgesetzt während der Eichung des ganzen Systems, um den notwendigerweise auftretenden Abweichungen Rechnung zu tragen. Liegt die gemessene Differenz innerhalb eines erlaubten Limits, so wird ein Signal erzeugt, das es erlaubt, daß einer der gemessenen Werte innerhalb der Messung des Flüssigkeitstandes weitergegeben wird. Dieser Wert ist

sodann ein Maß für die Quantität an Flüssigkeit innerhalb des Tanks.

Ein Impulsgenerator 402 erzeugt Rechteckimpulse, die sowohl für die Abfragung als auch für das Taktgeben verwendet werden können. Der Ausgang des Impulsgenerators ist mit einem Widerstand 404 durch parallel angeschlossene Dioden 406,410 und 414 verbunden.

Die Kathode der Diode 406 ist mit der Kapazitätsplatte U mit der Kapazität Q verbunden; weiterhin besteht eine Verbindung mit dem Widerstand 408 zum positiven Pol eines Gleichrichters Au Die gegenüberliegende Platte 20 der Kapazität Q und der andere Anschluß des Widerstandes 408 sind mit der Erde verbunden.

Die Kathode der Diode 410 ist mit der Kapazitätsplatte 12 der Kapazität G verbunden, sowie mit einem Anschluß des Widerstandes 412 und mit dem positiven Anschluß des Gleichrichters Ai. Die entgegengesetzte Kapazitätsplatte 20 der Kapazität Ci und der andere Anschluß des Widerstandes 412 sind mit der Erde verbunden.

Die Kathode der Diode 414 ist mit der Kapazitätsplatte 13 der Kapazität Ci verbunden sowie mit einem Anschluß des Widerstandes 416 und dem positiven Pol des Gleichrichters Ai. Die entgegengesetzte Kapazitätsplatte 20 der Kapazität C₃ und der andere Anschluß des Widerstandes 416 sind mit der Erde verbunden.

Der Impuls des Impulsgenerators geht über den Widerstand 404 und gleichzeitig durch die parallel angeschlossenen Dioden 406, 410 und 414 und bewirkt, daß die Kapazitäten Ci, C2 und Ci entsprechend der bestehenden Möglichkeiten aufgeladen werden auf die ihnen eigene Ladungen. Um die Situation zu verdeutlichen, wird angenommen, daß die Kapazitäten G, Ci und Cs etwas unterschiedlich sind. So ist beispielsweise die Kapazität Ci etwas größer als die Kapazität Ci und die Kapazität Ci ist größer als die Kapazität Cy Entsprechend sind die relativen Ladungsbeträge in der F i g. 6 dargestellt, für die letztgenannten Kapazitäten etwas höher.

Die negativen Anschlußpole der Gleichrichter Au Ai und Ai sind mit einer Schwellcnspannung V₁/, durch einen Spannungsteiler 418 verbunden. Wenn die Kapazitäten, die den Flüssigkeitsstand anzeigen, aufgeladen sind auf einen Wert, der der Schwellenspannung entspricht, wechselt das Ausgangssignal der Gleichrichter von einem niedrigen Wert auf einen hohen Wert, wie aus der Fig.6 hervorgeht. Ist entsprechend die Entladung der Kapazitäten unterhalb der Schwellenspannung, so verbleiben die Ausgangswerte der entsprechenden Gleichrichter auf einem normal niedrigen Pegel.

Eine Entladung der Kapazitäten zur Messung des Flüssigkeitsstandes beginnt gleichzeitig dann, wenn der Ausgangsimpuls des Impulsgenerators 402 von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert übergeht. In diesem Falle werden die Dioden 406, 410 und 414 umgepolt und blockieren den Strom. Die entsprechenden Kapazitäten Q, Ci und C3 werden gleichzeitig entladen durch ihre Widerstände 408,412 und 416. Die Widerstände 408, 412 und 416 sind gleich groß, wobei der Widerstandswert relativ hoch ist im Vergleich zum Widerstand 404. Entsprechend entladen die Kapazitäten Cu Ci und Ci im Beträgen, die nur unterschiedlich sind in bezug auf ihre Unterschiede in der Ladung. Daraus folgt auch, daß die Ausgangssignale der entsprechenden Gleichrichter Au Ai und A3 die Form von Impulsen mit hohen Weiten haben, solange die entsprechenden Kapazitäten auf einen Wert im Bereich oder oberhalb der Schwellenspannung aufgeladen werden. Die Größe dieser Impulse sind damit ein Maß für die Ladung der Kapazitäten, die wiederum ein Maß für den Flüssigkeitsstand sind.

Die Ausgangswerte der Gleichrichter Au Ai und Ai sind mit einem OR-Glied 420 verbunden, das ein Differenzausgangssignal erzeugt, in einer Größe, das der Zeit zwischen dem zuerst auftretenden Impuls und dem zuletzt auftretenden Impuls der Gleichrichter Au Ai und Ai entspricht. Die meßbare Zeitdifferenz entsteht während der Entladung der Kapazitäten und daher ist das Differenzausgangssignal des OR-Gliedes 420 ein Maß für die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn des Ausgangssignals eines der Gleichrichter A\, Ai und A) und dem Ende dieses Signals. Das Differenzsigna! des OR-Gliedes 420 wird sodann einer Impulsbreite-Vergleichseinrichtung 430 zugeführt, die diesen Wert mit einem Maximaldifferenzsignal vergleicht, um festzustellen, ob die Ausgangswerte der Gleichrichter Au Ai und Ai Impulsbreiten besitzen, die so nahe beieinander liegen, daß sie als identisch bezeichnet werden können. Das Differenzsignal wird dem Eingang eines Multivibrators 432 zugeführt, innerhalb der Impulsbreite-Vergleichseinrichtung 430. Der Multivibrator 432 enthält einen einstellbaren Widerstand 434, durch den die Impulsbreite der Einrichtung bestimmbar ist. Dieser Ausgangsimpuls wird als maximales Differenzsignal benutzt. Das Maximaldifferenzsignal wird durch einen Inverter 435 umgedreht und einem AND-Glied 436 zugeführt. Das umgedrehte Maximaldifferenzsignal wird im AND-Glied verarbeitet mit dem Differenzsignal des OR-Gliedes 420. Wenn daher das Differenzsignal eine Impulsbreite hat, die kleiner ist als das umgekehrte Maximaldifferenzsignal, befindet sich das Ausgangssignal des AND-Gliedes 436 auf einem niedrigen Pegel; wenn die Impulsbreite des Differenzsignals größer ist als das umgekehrte Maximaldifferenzsignal, erzeugt das A N D-Glied 436 ein Signal mit hohem Ausgangswert, das dem Eingang eines bistabilen Multivibrators 438 zugeleitet wird.

Ein Multivirator 444 empfängt die Impulse des Impulsgenerators 402 und antwortet auf den Anfangswert des Signals. Der Ausgang des Multivibrators 444 stellt ein »CLEAR«-Signal dar und wird zugeleitet dem Eingang eines Multivibrators 438 und auch dem Eingang des Multivibrators oder Zerhackers 43Z

Der Impulsgenerator 402 ist weiterhin an einen Multivibrator oder Zerhacker 442 angeschlossen, um diesem Taktimpulse zuzuführen. Der Zerhacker 442 spricht auf den Eingangswert der Impulse an und erzeugt einen Datentransfer-Impuls des Zerhackers 438, wenn er nicht zurückgestellt ist

Die Ablesung des Flüssigkeitspegels wird so vorgenommen, daß einer der Ausgangswerte der Gleichrichter untersucht wird. Im vorliegenden Fall wird der Ausgangswert des Gleichrichters A3 als das Signal betrachtet das den Flüssigkeitsstand angibt; entsprechend wird dieses Signal einer 8-bit-Zähleinrichtung 448 zugeleitet, worauf diese Zähleinrichtung eine Serie von Hochfrequenzimpulsen vom Oszillator 446 empfängt Der Eingangswert des »CLEAR«-Signal des Zerhackers 444 setzt die Zähleinrichtung 448 auf Null und erlaubt somit die Impulse während der Entladung des Signals zu zählen. Der Ausgangswert der Zähleinrichtung 448 erzeugt ein Signal für den Meßwert (Zähleinrichtung für Meßwert); dieses Signal wird einem 8-bit-Schalter 450 zugeführt wenn das Ausgangssignal des AND-Gliedes

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440 einen hohen Wert aufweist, und zwar vor dem übertragene Wert in Form eines Stromes, einer

nächsten Meßweitzyklus. Daraus geht hervor, daß der Spannung, einer Impulsbreite, einer Frequenz oder

Schalter 415 mit einem neuen Signal versehen wird eines anderen Wertes angegeben werden kann, wobei

immer dann, wenn das Datentransfer-Signal und das dieser Wert ein Maß für den Flüssigkeitspegel im Tank

Signal zur freigebenden Übertragung des Datentrans- ί ist. Welcher Wert zur Wiedergabe benutzt wird, hängt

fcTsignals auftreten Der Inhalt des Schalters 450 wird von den Gegebenheiten ab und ist nicht Gegenstand

dann einem Wiedergabegerät 452 zugeleitet, wo der dieser Erfindung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsstandsmesser mit einem Hohlgehäuse für einen Kraftstofftank für Verbrennungskraftmaschinen mit einer Einrichtung zur Messung der "· Kapazität zwischen mehreren Platten, wobei die Einrichtung in der Flüssigkeit angeordnet ist und das sich ändernde Niveau der Flüssigkeit unterschiedliche Bereiche der Kapazitäten als Dielektrikum ausfüllt, gekennzeichnet durch die Kombi- i» nation folgender Merkmale: