DE3027726A1

DE3027726A1 - Elektrostatische treibstoffmesseinrichtung

Info

Publication number: DE3027726A1
Application number: DE19803027726
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fujishiro
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-07-23
Filing date: 1980-07-22
Publication date: 1981-01-29
Also published as: GB2055477A; US4399699A; GB2055477B; FR2461934A1; JPS5619723U; FR2461934B1

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treibstoffanzeige oder eine Treibstoffmeßeinrichtung, um die restliche Menge an Treibstoff in einem Treibstofftank eines Kraftfahrzeuges zu messen oder anzuzeigen. .

Es ist eine Einrichtung zum Messen der Treibstoffmenge in einem Treibstofftank eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei der ein Schwimmer und ein Schiebewiderstand zusammenwirken. Grundsätzlich weist diese Einrichtung einen Schwimmer auf, der auf der Flüssigkeitsoberfläche des Treibstoffes in einem Tank schwimmt, und die die Treibstoffmenge angebende Schwimmerlage wird durch die Schiebebewegung eines Gleitelementes festgestellt, welches, mit dem Schwimmer gekoppelt und verschiebbar an der Oberfläche eines Schiebewiderstandselementes angeordnet ist, um die Lage in eine elektrische Größe umzuwandeln, beispielsweise einen elektrischen Widerstandswert, der elektrisch gemessen wird, um die Treibstoffmenge davon abzuleiten.

Bei einer solchen herkömmlichen Einrichtung sind, da der die Treib stoff menge angebende Widerstands wert mechanisch, eingestellt wird, wie es vorhergehend erwähnt wurde, so daß Änderungen des Kontaktwiderstandes zwischen dem Gleitelement und dem Gleitwiderstand aufgrund der Alterungen sehr groß werden, sehr häufig Fehler aufgetreten, wie z.B. mangelnder elektrischer Kontakt. Ferner ist die Befestigung

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in dem Treibstofftank mühsam.

Durch die Erfindung soll die vorhergehend erwähnte Schwierigkeit bei der bekannten Einrichtung behoben werden. Die Erfindung sieht eine elektrostatische Treibstoffanzeige- ' oder Treibstoffmeßeinrichtung vor, welche mindestens ein Paar Elektrodenplatten umfaßt, die einander gegenüberliegend in dem Treibstofftank angeordnet sind, wobei von dem Prinzip des Unterschiedes der Dielektrizitätskonstanten des Treibstoffes und der Luft ausgegangen wird und aufgrund der sich ändernden elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden die Treibstoffmenge genau durch Messen der elektrostatischen Kapazität bestimmt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A eine schematische Querschnittsdarstellung eines Treibstofftankes, in dem eine elektrostatische Treibstoffmeßeinrichtung nach der Erfindung angeordnet ist,

Pig. 1B eine perspektivische Darstellung des wesentlichen Teils der Einrichtung im größeren Maßstab,

Pig. 2A eine geänderte Ausführungsform des Elektroden-^1X11 abschnittes, wobei in Fig. 2A eine perspektivische Darstellung und in Pig. 2B eine Schnittdarstellung längs der Linie B-B in Pig. 2A gezeigt ist,

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Pig. 3 eine weitere, unterschiedliche Ausführungsform der Erfindung,

Pig. 4A ein Schaltkreisdiagramm eines nichtstabilen Multivibrators, der zusammen mit dem Meßteil nach I¹Xg. 3 verwandt wird,

Fig. 4-B eine Darstellung der Aus gangs impulse des in S¹Xg. 4A gezeigten Schaltkreises, und

Pig. 5 ein Blockdiagramm eines Treibstoffanzeigesystems der Meßeinrichtung.

Die erste Ausführungsform der Erfindung ist in den iig. 1A und 1B dargestellt.

«
Pig. IA zeigt die_eAnordnung des Meßteils der elektrostatischen Treibstoffmeßeinrichtung 2 in einem Treibstofftank 1, der Treibstoff 3 enthält. Die Treib stoff!gießeinrichtung 2 weist im wesentlichen ein Paar plattenförmige Elektroden 4 aus Metall auf, die mit einem gewissen Trennabstand einander gegenüberliegend angeordnet sind. Ihre beiden Enden sind durch Abstandsteile 5 befestigt, wie es am besten in der Pig. 1B zu sehen ist. Die beiden Elektroden 4 sind mit entsprechenden Verbindungsdrähten 6 verbunden. Die einander gegenüberliegend angeordneten Elektroden können andererseits auch als Metallzylinder 4·¹ mit verschiedenen Durchmessern ausgebildet sein, die konzentrisch angeordnet sind, um einen Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen zu bilden. Die Elektrodenform kann geändert

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werden, um verschiedene Beziehungen zwischen der Treibstoff menge und der elektrostatischen Kapazität zu erhalten.

Im folgenden wird das Meßprinzip bei der Treibstoffmeßeinrichtung mit der vorhergehenden Ausbildung beschrieben.

Im Falle von parallelen Elektrodenplatten ergibt sich die elektrostatische Kapazität G zu:

C =

Hit S,d... Oberfläche der Platte bzw. Plattenabstand £q. ... dielektrische Konstante des Vakuums e^.... dielektrische Kdnstante des zwischen den Elektroden vorhandenen Stoffes.

Wenn angenommen wird, daß der Treibstoffpegel in dem Treibstoff tank 1 eine Hohe h vom Boden des Tanks aufweist, wie es in I¹Xg. 1 gezeigt ist, und daß die in den Treibstoff eingetauchte Oberfläche der Elektrodenplatten 4- XS ist, ergibt sich die elektrostatische Kapazität Cx zwischen den Elektroden zu:

ε₀ S{(l-X)s_A + Xe_f}

Mit £&-··· spezifische Dielektrizitätskonstante der Luft ^p.... spezifische Dielektrizitätskonstante des Treibstoffes.

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Ausgehend von diesem Prinzip ändert sich, wenn sich die Treibstoffmenge ändert, die elektrostatische Kapazität zwischen den plattenförmigen Elektroden entsprechend, und durch Messen dieser elektrostatischen Kapazität kann die Treibstoffmenge festgestellt werden.

Bei einer Ausführungsform der Messeinrichtung zum Messen der elektrostatischen Kapazität ist ein Oszillatorsystem vorgesehen, welches eine Spule oder ein Widerstandselement aufweist. In diesem Fall sind die Elektroden der Treibst off messeinrichtung 2 in das Oszillatorsystem einbezogen und die restliche Treibstoffmenge wird durch Messen der .Änderung der Oszillatorfrequenz bestimmt, die durch die Änderung der elektrostatischen Kapazität bewirkt wird. Verschiedene Meß- und Anzeigeverfahren können in Betracht gezogen werden.

Bei der praktischen Durchführung ergibt sich jedoch ein Problem. Die spezifische Dielektrizitätkonstante von Benzin, welches im allgemeinen als Treibstoff für Kraftfahrzeuge verwandt wird, ist temperaturabhängig und nimmt mit steigender Temperatur zu. Ferner verändert sich die spezifische Dielektrizitätkonstante £ in gewissem Maße in Abhängigkeit von der HC-Zusammensetzung im Benzin. Auch wenn Alkohol oder ähnliches mit dem Benzin vermischt wird, ändert sich die spezifische Dielektrizitätkonstante £ ganz beträchtlich.

TJm dieses Problem zu lösen, ist, wie es in !"ig. 3 gezeigt ist, ein Paar Bezugselektroden 8 zum Messen der spezifischen Dielektrizitätskonstante g¹ des Treibstoffes selbst getrennt von den Hauptmeßelektroden 7 vorgesehen, um die Treibstoff-

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menge in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführung sform zu messen. Dieses Paar Bezugselektroden 8 besteht aus kleinen HetalIpIatten derart, daß diese Elektroden stets vollkommen in dem Treibstoff untergetaucht sind, wenn sie in dem Treibstofftank angeordnet sind.

Wenn diese Art elektrostatischer Treibstoffmeßeinrichtung 2¹, die in Fig. 3 dargestellt ist, verwandt wird, kann die spezifische Dielektrizitätskonstante &¹ selbst mittels der Bezugselektroden 8 selbst dann gemessen werden, wenn sich die spezifische Dielektrizitätskonstante B des Treibstoffes aufgrund von Temperaturänderungen oder Änderungen der Zusammensetzung oder ähnlichem ändert. Aufgrund der Beziehung

ε = ε

spezifische Dielektrizitätskonstante im Vakuum

kann die spezifische Dielektrizitätskonstante £ des Treibstoffes dann erhalten werden und der Einfluß der Temperatur, der Zusammensetzung oder anderer Parameter kann unmittelbar berücksichtigt bzw. ausgeglichen werden, so daß die restliche bzw. vorhandene Treib stoff menge sehr genau gemessen werden kann. Wenn eine Treibstoffmischung aus Benzin und Alkohol verwandt wird, kann das Mischungsverhältnis aufgrund dieser Messung bestimmt werden, so daß durch Änderung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses gemäß dem gemessenen Wert eine äußerst gute Steuerung des Luft-Treibstoff -Verhältnisses oder des Wa?tes der Vorzündung vorgenommen v/erden kann, um eine Anpassung an das Mischungsverhältnis des Treibstoffes zu erreichen.

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Eine Ausführungsform der Erfindung, "bei der die elektrostatische Ire ib st off meß einrichtung 2¹ der vorhergehenden zweiten Ausführungsform in das Eontrollsystem einbezogen ist, wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4- und 5 beschrieben, wobei das Meßergebnis von einem Mikrocomputer verarbeitet wird, um den durchschnittlichen Treib st off verbrauch oder die Treibstoffkosten oder die noch mit der restlichen . Treibstoffmenge zurückzulegende Fahrstrecke zu berechnen.

In Fig. 4A ist ein Signalverarbeitungsschaltkreis dargestellt, der in einer dem Mikrocomputer vorgeschalteten Stufe verwandt wird. Dieser Schaltkreis stellt im wesentlichen einen nichtstabilen Multivibrator dar und schließt die Bezugselektroden 8 und die Meßelektroden 7 der Treibstoffmeßeinrichtung 2' ein, welche als Kapazitäten C₁ bzw. C₂ wirken und ein Element darstellen, um die sich mit den Widerständen R/j und R₂ ergebende Zeitkonstante zu bestimmen. Der Schaltkreis weis* ferner Transistoren Tr,- und Tr₂ und Widerstände R, und R^ auf,-die Lastwiderstände für die Transistoren Tr,, bzw. Tr₂ sind.

Diese Art eines nichtstabilen Multivibrators wird im allgemeinen als-ein Oszillatorschaltkreis für Rechteckimpulse verxirandt, wobei die Transistoren Tr.* und Tr₂ abwechselnd in den leitenden und gesperrten Zustand gesteuert werden. Fig. 4-B zeigt die Impulsf.orm des rechteckförmigen Ausgangssignals, daß an einem Ausgangsanschluß a erhalten wird. Die Länge T^ oder T^ der Impulse ergibt sich durch die folgenden Gleichungen:

T₁ ί OJ R₁ C₁
T₂ £ 0.7 R₂ O₂

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Die Längen T^ und Tp oder die Impulsfrequenz ändert sich, entsprechend der Kapazitätsänderung der Bezugselektroden 8 und der Heßelektroden 7· .

Wenn der Signalverarbeitungsschaltkreis für das an den Eingang des Mikrocomputers gelegte Signal durch einen solchen nichtstabilen Multivibrator gebildet wird, kann die Eingangsübertragungsleitung zu dem Mikrocomputer auf einen einzigen Schaltkreis verringert werden, ebenso wie die Anzahl der Schaltkreis elemente verringert werden kann, so daß dadurch die Zuverlässigkeit erhöht v/erden kann.

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems, um den durchschnittlichen Treibstoffverbrauch, die noch mögliche, mit dem restlichen Treibstoff zurücklegbare Fahrstrecke und ähnliches berechnen zu können, was aufgrund des Ausgangssignals von dem Signalverarbeitungsschaltkreis erfolgt. Bei diesem System werden das Signal S,,, welches von der elektrostatischen Treibstoffmeßeinrichtung 2¹ nach der Erfindung abgeleitet wird, und das Signals S2, welches von einem Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler erhalten wird, ein Betriebsart-Umsehalter oder ähnliches (um zwischen dem durchschnittlichen Treib st off verbrauch und der noch verbleibenden Fahrstrecke umzuschalten) mittels eines Hauptrechners 11 über eine Eingabe-Ausgabe-Einheit 13 mit einem Programm eingelesen, welches in einem nur Lesespeicher ROM 12 enthalten ist. Auf der Grundlage der vorhergehenden Si~ gnale können der durchschnittliche Treibstoffverbrauch oder die noch verbleibende Fahrstrecke berechnet werden und die erhaltenen Werte, wie z.B. das Ausgangssignal S, des Systems, werden über die Eingabe-Ausgabe-Einheit 13 durch eine Anzeige angezeigt, welche aus Flüssigkristallen oder Leuchtziffem-

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röhren besteht. In dem System bezeichnet das Bezugszeichen 15 einen Akkumulator für die Übertragung oder die Verarbeitung der Daten, 16 einen Random-Access-Speicher zur vorübergehenden Speicherung der zwischenzeitlichen Eechenvorgänge und 17 den Datenweg.

Es gibt verschiedene Arten zur Ausbildung des Verarbeitungsund Anzeigesystems, so daß keine näheren Erläuterungen erfolgen.

Aus den vorhergehenden Ausführungen ergibt sich, daß die Treibstoffmeßeinrichtung nach der Erfindung sehr einfach ausgebildet werden kann und in vorteilhafter Weise für einen einfachen Einbau in den Treibstofftank geeignet ist. Ferner kann eine wesentliche Verbesserung der Meßgenauigkeit erhalten werden. Die Form der Elektroden oder der Elektrodenabstand kann verändert werden, um sie der Tankform anzupassen, welche von den verschiedenen Fahrzeugtypen abhängt. Es ist möglich, die Beziehung zwischen der Treibstoffmenge und der elektrostatischen Kapazität fast gänzlich zu vereinheitlichen, so daß die gleiche Signalverarbeitungseinheit ohne weiteres für verschiedene Kraftfahrzeugtankarten verwandt werden kann.

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Claims

F'ATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

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H. KINKELDEY

DfI INCi

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Dft ING ^)E(CALTtCH)

K, SCHUMANN

_m DR PtR MAT tXPL PHVS

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

D=I RER HAT DlPL OtM

ö MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P 15 311

NISSAiT MOTOR CO., LTD.

2, Takara-Cho, Kanagawa-Ku, Yokohama City, Japan

Elektrostatische Treibstoffmeßeinrichtung

Patentansprüche

1J Elektrostatische Treibstoffmeßeinrichtung zum Messen der in einem Treibstofftank enthaltenen Menge an flüssigem Treibstoff, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Paar Elektroden (4; 7) einander gegenüberliegend in dem Treibstofftank (1) derart angeordnet sind, daß sich die eingetauchte Oberfläche der Elektroden (4-; 7) in Abhängigkeit vom Pegel (h) des flüssigen Treibstoffes (3) in dem Tank (1) ändert, und daß eine elektrische Meßeinrichtung (2) vorgesehen ist, mit der die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektroden (4j 7)» die sich in Abhängigkeit von dieser Oberfläche der Elektroden (4; 7) ändert, und die Treibstoff-

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■ ELEFON (OBB) 22 QS BQ TELEX 05-39 380 TELEGRAMME ΜΟΝΛΡΑΤ TELEKOPIERER

menge (3) in dem Tank meßbar sind, weiche elektrisch, von der so bestimmten elektrostatischen Kapazität abhängt.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden (4-; 7) plattenförmig ausgebildet und einander gegenüberliegend, im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4¹) zylinderförmig mit unterschiedlichem Durchmesser ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet sind.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß getrennt von den Meßelektroden (7) ein Paar kleiner Bezugselektroden (8) derart angeordnet ist, daß diese stets in dem Treibstoff innerhalb des Tankes untergetaucht sind, wodurch durch elektrische Messung die spezifische Dielektrizitäskonstante des Treibstoffes bestimmbar ist.
5. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrostatische Kapazität zwischen den Meßelektroden (7) mittels eines Schaltkreises meßbar ist, welcher einen Oszillatorschaltkreis aufweist, bei dem die Elektroden (7) als ein kapazitives Element zum Bilden einer Schwingungsbrückenschaltung verwandt werden.

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6. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrostatische Kapazität zwischen den Meßelektroden (7) mit einer Schaltungsanordnung gemessen wird, welche zwei Schwingungsschaltkreise enthält, bei denen die Meßelektroden (7) ein kapazitives Element eines Schwingung&rückenschaltkreises und die Bezugselektroden (8) ein anderes kapazitives Element eines zweiten S±LwJngungs"brückenschaltkreises bilden, und daß die Schaltungsanordnung einen einzigen Ausgangsschaltkreis aufweist.
7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Meßschaltkreis als ein nichtstabiler Multivibrator ausgebildet ist.
8. Elektrostatische Treibstoffmeß- und Treibstoffanzeigeeinrichtung, die die Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtstabiler Multivibrator-Meßschaltkreis (Fig. 4A) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal (S^) in einem Hauptrechner (11) zusammen mit anderen Signalen (^S^) verarbeitet wird, welche in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt werden, und daß die Treibstoffmenge sichtbar durch eine elektrische Anzeigeeinrichtung (14) anzeigbar ist.

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