DE4315519A1 - Flüssigkeitspegel-Meßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Flüssigkeitspegel- Meßvorrichtung zum Erfassen des Pegels einer in einem Be­ hälter aufbewahrten Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine in Kraftfahrzeugen verwendete Flüssigkeitspegel-Meßvorrichtung zum Messen des Motoröl­ stands und zur Unterrichtung eines Fahrers über einen No­ torölmangel.

Allgemein bekannt ist ein Motoröl-Füllstandwarnsystem, wel­ ches über einen Füllstandsensor zur Erfassung des Motoröl­ stands verfügt. Zum Beispiel offenbart ein im Oktober 1991 veröffentlichtes "TOYOTA CROWN MAJESTA NEUFAHRZEUG-HAND- BUCH" ein konventionelles und typisches Ölstandwarnsystem.

Nach dieser Veröffentlichung ist ein Ölstandsensor an einer an der Unterseite eines Motors befestigten Ölwanne ange­ bracht. Der Ölstandsensor beinhaltet einen Reed-Schalter und einen Thermoschalter. Ein auf dem Öl schwimmender und vertikal bewegbarer Schwimmer ist den Reed-Schalter umge­ bend vorgesehen. Der Reed-Schalter wechselt in Abhängigkeit von der Lage bzw. der Schwimmhöhe des Schwimmers zwischen dem Ein- und dem Aus-Zustand. Der Thermoschalter wechselt in Abhängigkeit von der Motoröltemperatur zwischen dem Ein- und dem Aus-Zustand.

Das Warnsystem beinhaltet eine elektronische Steuereinheit (ECU), die ausschließlich zum Warnen eingesetzt wird, sowie eine in einer Instrumententafel in der Nähe des Fahrersit­ zes eingebaute Anzeigeeinheit. Wenn die elektronische Steu­ ereinheit (ECU) ein vom Ölstandsensor übermitteltes Signal erhält, mit dem angezeigt wird, daß der Ölstand unterhalb eines erforderlichen Minimalwerts liegt, sendet die elek­ tronische Steuereinheit (ECU) ein Signal zur Anzeige einer warnenden Zeichenfolge an die Anzeigeeinheit, um den Fahrer über die unzureichende Ölmenge in Kenntnis zu setzen.

Wenn die Motoröltemperatur unterhalb einer bestimmten Tem­ peratur liegt, ist die Viskosität des Öls wesentlich hoch.

In diesem Fall übersteigt die durch eine Ölpumpe aus der Ölwanne zu jedem Motorenteil geförderte Ölmenge die benö­ tigte Menge. Anders gesagt, die Menge des in der Ölwanne verbleibenden Öls ist beträchtlich gering. Diese Art Zu­ stand oder Phänomen wird als "Öl-Hochförderung" bezeichnet. Die Öl-Hochförderung kann dazu führen, daß der Ölstand als verringert beurteilt wird, auch wenn ursprünglich eine aus­ reichende Ölmenge vorhanden war.

Zur Berücksichtigung dieser Bedingung nimmt beim herkömmli­ chen Warnsystem bei niedriger Öltemperatur der Thermoschal­ ter den Ein-Zustand ein (der nachfolgend auch als Schließ­ zustand bezeichnet wird). Bei geschlossenem Thermoschalter unterdrückt die elektronische Steuereinheit in jedem Fall die Anzeige der warnenden, den Ölmangel meldenden Zeichen­ folge auf der Anzeigeeinheit, unabhängig von der Stellung des Reed-Schalters. Andererseits nehmen, wenn die Öltempe­ ratur oberhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt und der Ölstand unterhalb eines vorbestimmten Pegels ist, Tempera­ tur- und Reed-Schalter den Aus-Zustand ein (der nachfolgend auch als Ausschaltzustand bezeichnet wird). Dabei erlaubt die elektronische Steuereinheit (ECU) die Anzeige der den Ölmangel meldenden warnenden Zeichenfolge.

Beispielsweise kann der Ölstandsensor aufgrund einer schwankenden oder wogenden Öloberfläche den genauen Ölstand fehlerhaft anzeigen, wenn das Fahrzeug eine Kurve durch­ fährt. Um diese Fehlfunktion zu vermeiden, weist das her­ kömmliche Warnsystem weiterhin eine Zeitverzögerungsschal­ tung auf, die das Erfassen des Schaltsignals des Reed- Schalters um eine vorbestimmte Zeitdauer (von näherungswei­ se 40 Sekunden) verzögert. Auch wenn der Reed-Schalter ei­ nen zeitweilig niedrigen Ölstand erfaßt, läßt die elektro­ nische Steuereinheit (ECU) durch die Wirkung der Zeitverzö­ gerungsschaltung diese zeitweilige Erfassung außer acht. Aus diesem Grund verursacht die zeitweilige Erfassung des niedrigen Ölstands niemals die Anzeige der den Ölmangel meldenden warnenden Zeichenfolge auf der Anzeigeeinheit.

Das Erfordernis der elektronischen Steuereinheit (ECU) so­ wie der Einbau der Zeitverzögerungsschaltung in diese be­ dingt jedoch ein kompliziertes und ausgedehntes Gesamtsy­ stem, wodurch letztendlich die Herstellungskosten des Sy­ stems erhöht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der bei einfachem Aufbau unter beliebigen Bedingungen die Abnahme eines Flüssigkeitspegels präzise erfaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine ver­ besserte Vorrichtung zum Erfassen des Pegels einer in einem Behälter aufbewahrten Flüssigkeit.

Die Vorrichtung weist eine Stromquelle, eine Anzeigeein­ richtung zum Anzeigen eines niedrigen Flüssigkeitspegels, und eine Regeleinrichtung zur Regelung des von der Strom­ quelle an die Anzeigeeinrichtung abgegebenen Stroms auf. Die Regeleinrichtung weist einen Schalter zum Schalten zwi­ schen einem Ein- und einem Aus-Zustand der Regeleinrichtung in Abhängigkeit vom Flüssigkeitspegel auf. Der Ein-Zustand des Schalters zeigt an, daß der momentane Flüssigkeitspegel niedriger als ein vorbestimmter Flüssigkeitspegel ist.

Die Regeleinrichtung weist weiterhin einen mit dem Schalter in Serie geschalteten Thermistor auf. Der Thermistor hat die Eigenschaft, daß sein Widerstand abnimmt, wenn eine vorbestimmte Verzögerungszeit als Funktion der Umgebungs­ temperatur seit dem synchron mit dem Einschalten des Schal­ ters erfolgten Anlegen der Spannung an den Thermistor ver­ strichen ist. Der geringe Widerstand des Thermistors ermög­ licht den Stromfluß zur Aktivierung der Anzeigeeinrichtung, während der Schalter geschlossen ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbei­ spiels für eine Ölmangel-Warnvorrichtung zur bevorzugten Verwendung in Kraftfahrzeugen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer Ölmangel- Warnvorrichtung;

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ölstandsensors und einer Ölwanne;

Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Strom und der Spannung zwischen Anschlüssen eines bei diesem Ausführungs­ beispiel verwendeten Thermistors;

Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Umgebungstempe­ ratur und des Widerstands des bei diesem Ausführungsbei­ spiel verwendeten Thermistors;

Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen der Umgebungstempe­ ratur und einer Schalt-Verzögerungszeit des bei diesem Aus­ führungsbeispiel verwendeten Thermistors;

Fig. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen der Umgebungstempe­ ratur, dem Zustand eines Reed-Schalters, dem Widerstand des Thermistors und dem Zustand einer Warnlampe oder Kontrolleuchte bei hohem Ölstand.

Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen der Umgebungstempe­ ratur, dem Zustand des Reed-Schalters, dem Widerstand eines Thermistors und dem Zustand der Warnlampe bei niedrigem Öl­ stand.

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer Ölmangel- Warnvorrichtung. Diese Vorrichtung beinhaltet einen Reed- Schalter 1, einen Thermistor bzw. NTC-Widerstand 2 und eine Warnlampe 3, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Ein erster Endpunkt diese Reihenschaltung ist mit dem positiven Anschluß einer Batterie 20 verbunden, und ein zweiter End­ punkt derselben liegt an Masse. Eine Fühlschaltung 5 be­ steht aus dem Reed-Schalter 1 und dem Thermistor 2. Die Fühlschaltung 5 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, in einem Öl­ standsensor 4 untergebracht.

Der Reed-Schalter 1 schaltet seine Zustände in Übereinstim­ mung mit der Bewegung eines Schwimmers 12 des in Fig. 2 ge­ zeigten Ölstandsensors 4. Der Ein-Zustand des Reed-Schal­ ters 1 zeigt an, daß der Schalter 1 leitend ist. Der Ther­ mistor 2 führt nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit nach dem Anlegen der Spannung an den Thermistor 2 einen Schaltvorgang (d. h. Einschalten) in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur durch. Die Kennlinie des Thermistors 2 wird nachstehend genauer beschrieben.

Ein Diagramm zeigt in Fig. 3 den Zusammenhang zwischen ei­ nem in den Thermistor 2 fließenden Strom und einer Spannung zwischen den Anschlüssen des Thermistors 2 gemäß einem bei einer bestimmten Umgebungstemperatur durchgeführten Ver­ such. Solange die Stromstärke im Bereich zwischen dem Null­ punkt und I1 ansteigt, steigt die Spannung zwischen den An­ schlüssen. Im Bereich der Stromstärke zwischen I1 und I2 jedoch ändert sich die Spannung zwischen den Anschlüssen unabhängig vom Stromanstieg nur wenig. Wenn die Stromstärke über I2 hinaus ansteigt, beginnt die Spannung zwischen den Anschlüssen abzufallen. Diese Kennlinie des Thermistors 2 entsteht dadurch, daß das Abfallen des Thermistorwider­ stands durch eigenexothermische Vorgänge verursacht wird, wenn die Stromstärke den Wert bei I1 übersteigt.

Ein Diagramm zeigt in Fig. 4 den Zusammenhang zwischen der Umgebungstemperatur und dem Widerstand des Thermistors 2 gemäß bei bestimmten Stromstärken, z. B. 0,1 mA oder 100 mA, durchgeführten Versuchen. Wenn bei einer Stromstärke von 0,1 mA die Umgebungstemperatur ansteigt, fällt der Wider­ stand allmählich ab, bis die Temperatur näherungsweise 350° C erreicht. Eine solche Kennlinie ist für einen als Tempe­ ratur-Meßelement verwendeten Thermistor geeignet. Bei einer Stromstärke von 100 mA fällt der Widerstand bei etwa 60°C steil ab. Der Widerstandsabfall wird durch das rasche An­ steigen der durch eigenexothermische Vorgänge des Thermi­ stors 2 erzeugten Wärmemenge ausgelöst. Diese Kennlinien­ form wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel genutzt.

Ein Diagramm zeigt in Fig. 5 den Zusammenhang zwischen der Umgebungstemperatur und der Schalt-Verzögerungszeit des Thermistors 2 gemäß bei bestimmten Spannungen zwischen den Anschlüssen (z. B. 12 V oder 15 V) durchgeführten Versuchen. Mit dem Anstieg der Umgebungstemperatur verringert sich die Verzögerungszeit. Beispielsweise beträgt die Verzögerungs­ zeit bei einer Umgebungstemperatur von 100°C und einer Spannung von 12 V zwischen den Anschlüssen näherungsweise 55 Sekunden, und bei einer Umgebungstemperatur von 100°C und einer Spannung von 15 V zwischen den Anschlüssen etwa 40 Sekunden.

Die Warnlampe 3 befindet sich in einer Fahrer-Kombinations- Instrumententafel. Die Warnlampe 3 hat zum Zweck, dem Fah­ rer einen Motorölmangel anzuzeigen, und leuchtet auf, wenn sie von einem stärkeren als einem vorbestimmten Strom durchflossen wird.

Fig. 2 zeigt den Ölstandsensor 4. Der Ölstandsensor 4 hat ein aus leitfähigem Metall bestehendes Anschlußgehäuse 6. Ein Verbindungsstecker 7 ist an einem oberen Bereich des Gehäuses 6 angebracht. Der Verbindungsstecker 7 ist aus isolierendem Material gefertigt und nimmt einen Anschluß­ stecker 8 auf, der im Mittenbereich desselben befestigt wird. Der Anschlußstecker 8 ist über die Warnlampe 3 mit der Batterie 20 verbunden. Ein Hauptrohr 9 aus leitfähigem Metall ist an der Unterseite des Gehäuses 6 befestigt. Ein Isolator 11 ist im Bereich des unteren Endes des Hauptrohrs 9 angeordnet und am Hauptrohr 9 befestigt, um den Thermi­ stor 2 aufzunehmen.

Des weiteren ist eine zylinderförmige Schutzabdeckung 10 am unteren Ende des Hauptrohrs 9 angebracht. Der Reed-Schalter 1 ist innerhalb der Schutzabdeckung 10 fixiert. Ein ring­ förmiger, in vertikaler Richtung beweglicher Schwimmer 12 umgibt die Schutzabdeckung 10. Der Schwimmer 12 weist in seinem Inneren zur Betätigung des Reed-Schalters 1 minde­ stens einen Magneten 14 auf. Ein aus leitfähigem Metall be­ stehender Endanschlag 13 ist an der Unterseite der Schutz­ abdeckung 10 befestigt, der verhindert, daß auch im Falle niedrigen Ölstands der Schwimmer 12 nicht von der Schutzab­ deckung 10 freikommt.

Der Reed-Schalter 1 ist mit dem Endanschlag 13 verbunden, so daß er über diesen an Masse liegt. Ferner ist der Reed- Schalter 1 mit dem Thermistor 2 verbunden, der über eine Leitung 15 mit dem Anschlußstecker 8 verbunden ist.

Der Ölstandsensor 4 ist mit dem Anschlußgehäuse 6 in einem Motorblock 16 oder an einer Ölwanne 17 befestigt, so daß das Hauptrohr 9 und die Schutzabdeckung 10 in das Motoröl in der Ölwanne 17 eintauchen können. Wird Motoröl in ausrei­ chender Menge zugeführt, wird der Schwimmer 12 durch seine Schwimmfähigkeit in seine oberen Lage an der Schutzab­ deckung 10 bewegt. Der Reed-Schalter 1 wird durch die ma­ gnetische Kraft des Magneten 14 nicht beeinflußt und ver­ harrt deshalb in seinem Aus-Zustand. Andererseits kann im Zusammenhang mit der Abnahme der Motorölmenge ein Öl stand (OL) unterhalb einen vorbestimmten Pegel absinken. In die­ sem Fall wird der Schwimmer 12 in den unteren Bereich der Schutzabdeckung 10 gebracht, worauf folglich der Reed- Schalter 1 durch die magnetische Kraft des Magneten 14 be­ einflußt und dadurch geschlossen wird.

Nachstehend werden die Abläufe bei der Anzeigevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Fig. 6 zeigt den Fall, bei dem ausreichend Öl vorhanden ist, d. h. der Ölstand hoch ist. In diesem Fall verharrt der Reed-Schalter 1 in seinem Aus-Zustand, weil sich der Schwimmer 12 im oberen Bereich der Schutzabdeckung 10 be­ findet. Aus diesem Grund werden dem Thermistor 2 und der Warnlampe 3 kein Strom aus der Batterie 20 zugeführt. Der Thermistor ist praktisch im Aus-Zustand, da er ungeachtet des Anstiegs der Umgebungstemperatur seinen im wesentlichen hohen Widerstand beibehält. In jedem Fall bleibt die Warn­ lampe 3 ausgeschaltet.

Fig. 7 zeigt den Fall des Ölmangels, d. h. der Ölstand ist unterhalb eines vorbestimmten Pegels. In diesem Fall wird der Reed-Schalter 1 durch den Magneten 14 geschlossen, d. h. eingeschaltet, weil der Schwimmer 12 sich im unteren Be­ reich der Schutzabdeckung 10 befindet. Der Ein-Zustand des Reed-Schalters 1 erlaubt den Stromfluß von der Batterie 20 zum Thermistor 2 und der Warnlampe 3. Unterhalb einer Umge­ bungstemperatur von 60°C jedoch behält der Thermistor 2 seinen im wesentlichen hohen Widerstand bei, so daß folglich kein ausreichend starker Strom in der Reihenschaltung fließt und deshalb die Warnlampe 3 ausgeschaltet bleibt.

Mit dem Anlegen der Spannung an den Thermistor 2 heizt sich der Thermistor 2 auf. Mit dem Warmwerden des Motors steigt die Umgebungstemperatur an. Erreicht die Umgebungstempera­ tur 60°C, fällt der Widerstand des Thermistors 2 steil ab, wodurch der zum Einschalten der Warnlampe 3 notwendige Strom in der Serienschaltung fließen kann. Durch das Auf­ leuchten der Warnlampe 3 wird der Fahrer über die unzurei­ chende Motorölmenge informiert.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird, wenn die Viskosität des Motoröls bei Umgebungstemperaturen unter 60°C hoch ist, die Warnlampe 3 in keinem Fall aktiviert. Mit anderen Wor­ ten entscheidet die Anzeigevorrichtung gemäß dem vorliegen­ den Ausführungsbeispiel auch bei einer beträchtlich starken Öl-Hochförderung nicht länger fehlerhaft über eine unzurei­ chende Menge an Motoröl.

Weiterhin erfordert der Thermistor 2 eine Verzögerungszeit als Funktion der Umgebungstemperatur, wie in Fig. 5 ange­ deutet, bevor der Thermistor 2 nach dem Anlegen der Span­ nung an den Thermistor 2, d. h. nach dem Schließen des Reed- Schalters 1, leitend wird. Mit anderen Worten wird das Auf­ leuchten der Warnlampe 3 in der Praxis um die Verzögerungs­ zeit verzögert. Die Verzögerungszeit verhindert wirksam die bei herkömmlichen Systemen verursachten Fehlentscheidungen. Beispielsweise wird auch dann, wenn der Reed-Schalter 1 in Übereinstimmung mit der zeitweiligen Niedrig-Füllstandsan­ zeige des Ölstands (OL) zeitweilig geschlossen wird und in ausreichendem Maße Motoröl vorhanden ist, die Warnlampe 3 nicht sofort eingeschaltet. Auf diese Weise verursacht der zeitweilig niedrige Ölstand keine Fehlentscheidung über den Ölstand.

Darüber hinaus unterscheidet sich die Warnvorrichtung des Ausführungsbeispiels von der herkömmlichen Vorrichtung darin, daß keine spezielle Verzögerungsschaltung zum Erzeu­ gen einer Verzögerungszeit und keine spezielle elektroni­ sche Steuereinheit (ECU) zur Feststellung des Ölmangels be­ nötigt werden. Dies ermöglicht einen vereinfachten Schal­ tungsaufbau der Warnvorrichtung und reduzierte Herstel­ lungskosten im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung. Ferner erhöht der vereinfachte Schaltungsaufbau die Zuver­ lässigkeit desselben und die Einbaumöglichkeit in einem Fahrzeug.

Insbesondere sei bemerkt, daß die Flüssigeitspegel-Meßvor­ richtung in einem Flüssigkeits-Speicherbehälter wie z. B. einem Kraftstofftank verwendet werden kann. In diesem Fall kann die Form des Ölstandsensors auf geeignete Weise ent­ sprechend der Form des Tanks verändert werden. Ferner kann die Warnlampe 3 in einer Einheit mit dem Ölstandsensor aus­ geführt werden, der die Fühlschaltung 5 beinhaltet.

Claims (8)

1. Flüssigkeitspegel-Meßvorrichtung zum Erfassen des Pegels einer in einem Behälter aufbewahrten Flüssigkeit mit
einer Stromquelle,
einer Warnvorrichtung zum Anzeigen eines niedrigen Flüssig­ keitspegels,
einer Regeleinrichtung zur Regelung des von der Stromquelle an die Warnvorrichtung abgegebenen Stroms, und
einer in der Regeleinrichtung enthaltenen Schalteinrichtung zum Schalten zwischen einem Ein- und einem Aus-Zustand in Abhängigkeit vom Flüssigkeitspegel, wobei der Ein-Zustand der Schalteinrichtung anzeigt, daß der momentane Flüssig­ keitspegel niedriger als ein vorbestimmter Flüssigkeitspe­ gel ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Regeleinrichtung weiterhin eine mit der Schalteinrich­ tung (1, 12) in Reihe geschaltete Thermistoreinrichtung (2) aufweist, wobei die Thermistoreinrichtung die Eigenschaft hat, daß ihr Widerstand abnimmt, wenn eine vorbestimmte Verzögerungszeit als Funktion der Umgebungstemperatur seit dem synchron mit dem Einschalten der Schalteinrichtung er­ folgten Anlegen der Spannung an die Thermistoreinrichtung verstrichen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Batterie (20) ist und die Warnvorrich­ tung eine Warnlampe (3) ist, wobei die Batterie (20), die Warnlampe (3), die Schalteinrichtung (1, 12) und die Ther­ mistoreinrichtung (2) in Reihe geschaltet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Widerstand der Thermistoreinrichtung (2) steil abfällt, wenn die Umgebungstemperatur eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, während Spannung an die Thermistor­ einrichtung (2) angelegt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur annähernd 60°C beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Warnvorrichtung eine Warnlampe (3) ist, deren Auf leuchten synchron mit dem steilen Widerstandsabfall der Thermistoreinrichtung (2) erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Reed-Schal­ ter (1) und einen Schwimmer (12) mit einem mit dem Reed- Schalter (1) in Wirkverbindung stehenden Magneten (14) auf­ weist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitspegelsensor (4), der den Reed-Schalter (1) und die Thermistoreinrichtung (2) enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitspegelsensor (4) zum Erfassen des Ölstands in einem Motorölbehälter (17) gestaltet ist.