DE102017203254A1 - Method for determining a leakage area of a fuel tank - Google Patents

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DE102017203254A1
DE102017203254A1 DE102017203254.5A DE102017203254A DE102017203254A1 DE 102017203254 A1 DE102017203254 A1 DE 102017203254A1 DE 102017203254 A DE102017203254 A DE 102017203254A DE 102017203254 A1 DE102017203254 A1 DE 102017203254A1
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Lucian Eppel
Benoit Monzie
Alexis Spinner
Roland Kurz
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Leckagefläche ALeck eines Kraftstoffbehälters mit den Schritten i) Druckaufbau unter Druckerzeugung im Kraftstoffbehälter, ii) Messung eines Druckabfalls über eine Messzeit (t) und iii) Bestimmung der Leckagefläche ALeck.

Figure DE102017203254A1_0000
The present invention relates to a method for determining a leakage area A leak of a fuel tank with the steps i) pressure build-up under pressure generation in the fuel tank, ii) measurement of a pressure drop over a measuring time (t) and iii) determination of the leakage area A leak .
Figure DE102017203254A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Leckagefläche eines Kraftstoffbehälters, wobei es sich bei der Leckagefläche insbesondere um Ausgasungen von Kraftstoffbestandteilen über den Kraftstoffbehälter handelt.The present invention relates to a method for determining a leakage area of a fuel tank, wherein the leakage area is, in particular, outgassing of fuel constituents via the fuel tank.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Erkennen einer Leckage eines Kraftstoffbehälters bekannt. So beschreibt beispielsweise DE 102013012881 A1 ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einem Kraftstoffsystem eines Kraftfahrzeugs mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einem Drucksensor zur Erfassung eines Innendrucks des Kraftstofftanks. In einem ersten Schritt wird hierbei in Abhängigkeit zumindest einer Vorbedingung eine Pumpleistung der Kraftstoffpumpe derart eingestellt, dass eine Umpumpbewegung des Kraftstoffs innerhalb des Kraftstoffsystems erfolgt. In einem zweiten Schritt wird mittels des Drucksensors ein Druckanstieg innerhalb des Kraftstofftanks erfasst und in einem dritten Schritt wird ein Wert des Druckanstiegs mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. In einem vierten Schritt wird eine Leckage dann erkannt, wenn der Wert des Druckanstiegs geringer als der Schwellwert ist. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass lediglich ermittelbar ist, ob eine Leckage im Kraftstoffbehälter vorhanden ist oder nicht. Eine Leckagefläche ist damit nicht bestimmbar.From the prior art methods for detecting a leakage of a fuel tank are known. For example, describes DE 102013012881 A1 a method for detecting a leak in a fuel system of a motor vehicle with a fuel tank, a fuel pump and a pressure sensor for detecting an internal pressure of the fuel tank. In a first step, a pumping power of the fuel pump is set in such a way in dependence on at least one precondition that a pumping movement of the fuel takes place within the fuel system. In a second step, an increase in pressure within the fuel tank is detected by means of the pressure sensor and in a third step, a value of the pressure increase is compared with a predetermined threshold value. In a fourth step, a leak is detected when the value of the pressure increase is less than the threshold value. A disadvantage of the known method is that only can be determined whether a leak in the fuel tank is present or not. A leakage area is therefore not determinable.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Anspruch 1 überkommt diesen Nachteil. Erfindungsgemäß wird damit ein Verfahren angegeben, mit dem eine Leckagefläche bestimmbar ist. Unter eine Leckagefläche wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Fläche einer Ausgasung an Kraftstoffbestandteilen aus einem Kraftstoffbehälter verstanden. Entsprechend den gesetzlichen Vorgaben sind aus Umweltschutzgründen und aus Gründen des Gesundheitsschutzes für Ausgasungen aus Tanksystemen bestimmte Grenzwerte einzuhalten. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann dazu beitragen, Kraftstoffbehälter sicherer und auch dichter zu gestalten, um die gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen, denn hierfür ist die Kenntnis einer Leckagefläche von wesentlicher Bedeutung.The inventive method according to claim 1 overcomes this disadvantage. According to the invention, a method is thus specified with which a leakage area can be determined. For the purposes of the present invention, a leakage surface is understood to mean, in particular, an area of outgassing of fuel constituents from a fuel tank. In accordance with legal requirements, certain limit values must be observed for environmental reasons and for reasons of health protection for gas emissions from tank systems. The method according to the present invention can help to make fuel tanks safer and also denser in order to meet the legal requirements, because for this the knowledge of a leakage area is essential.

In einem ersten Schritt wird im Kraftstoffbehälter unter Druckerzeugung ein Druck aufgebaut. Anschließend wird über eine vorbestimmte Messzeit ein Druckabfall ermittelt und daraus die Leckagefläche bestimmt. Mit anderen Worten wird die Messzeit bestimmt, die für eine Evakuierung von Kraftstoffbestandteilen aus dem Kraftstoffbehälter zwischen einem vorbestimmten ersten Druck und einem vorbestimmten zweiten Druck, benötigt wird. Die ermittelte Messzeit ist direkt proportional zur Leckagefläche. Das Verfahren ist einfach, ohne hohen technischen Aufwand und damit kostengünstig umsetzbar und ermöglicht eine präzise Ermittlung einer Leckagefläche eines Kraftstoffbehälters.In a first step, a pressure is built up in the fuel tank under pressure generation. Subsequently, a pressure drop is determined over a predetermined measuring time and from this the leakage area is determined. In other words, the measurement time required for evacuation of fuel components from the fuel tank between a predetermined first pressure and a predetermined second pressure is determined. The determined measuring time is directly proportional to the leakage area. The method is simple, without high technical complexity and thus cost feasible and allows a precise determination of a leakage area of a fuel tank.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Druckaufbau mittels einer Volumenstrompumpe ausgeführt. Volumenstrompumpen sind üblicherweise in Kraftstoffleitsystemen vorhanden, und werden auch für Spülvorgänge von Aktivkohlebetten in Kraftstoffbehältern eingesetzt. Die hier angegebene Verfahrensführung ist demnach besonders kostensparend.According to an advantageous development of the pressure build-up is carried out by means of a volume flow pump. Volumetric pumps are commonly used in fuel supply systems and are also used for rinsing activated carbon beds in fuel tanks. The procedure given here is therefore particularly cost-effective.

Weiter vorteilhaft wird die Leckagefläche durch Lösen der nachfolgenden Gleichung (1) bestimmt: A Leck = [ ( p 1 p 2 ) * V T1 ] / [ v 2 * R s * T * t * ρ T ]

Figure DE102017203254A1_0001
Further advantageously, the leakage area is determined by solving the following equation (1): A leak = [ ( p 1 - p 2 ) * V T1 ] / [ v 2 * R s * T * t * ρ T ]
Figure DE102017203254A1_0001

In Gleichung (1) beziffert ALeck die zu ermittelnde Leckagefläche, p1 einen erster Druck in N/m2, p2 einen zweiter Druck in N/m2 mit p2 < p1, ρT die Luftdichte im Kraftstoffbehälter in kg/m3, Rs die spezifische Gaskonstante (287 (N*m)/(kg*K)), t die Messzeit in Sekunden bei der Messung des Druckabfalls (p1-p2), T die Temperatur im Kraftstoffbehälter in Kelvin, VT1 das Luftvolumen im Kraftstoffbehälter in m3 und v2 die Luftströmungsgeschwindigkeit in m/s.In equation (1), A leak quantifies the leak area to be determined, p 1 a first pressure in N / m 2 , p 2 a second pressure in N / m 2 with p 2 <p 1 , ρ T the air density in the fuel tank in kg / m 3 , R s is the specific gas constant (287 (N * m) / (kg * K)), t is the measurement time in seconds when measuring the pressure drop (p 1 -p 2 ), T is the temperature in the fuel tank in Kelvin, V T1 the air volume in the fuel tank in m 3 and v 2 the air flow speed in m / s.

Hierbei gilt ferner Gleichung (2): v 2 = [ 2 * ( p t p a ) / ρ a ]

Figure DE102017203254A1_0002
In this case, equation (2) also applies: v 2 = [ 2 * ( p t - p a ) / ρ a ]
Figure DE102017203254A1_0002

In Gleichung (2) beziffert pt einen Mittelwert des Druckes in N/m2 zwischen p1 und p2, pa den Atmosphärendruck (ungefähr 998 hPa mit Pa=N/m2), wobei pt und pa über Drucksensoren ermittelt werden, und ρa die Luftdichte in der Umgebung des Kraftstoffbehälters in kg/m3.In equation (2), p t is an average of the pressure in N / m 2 between p 1 and p 2 , p a is the atmospheric pressure (about 998 hPa with Pa = N / m 2 ), where p t and p a are determined via pressure sensors and ρ a is the air density in the vicinity of the fuel tank in kg / m 3 .

Das in Gleichung (1) verwendete Luftvolumen im Kraftstoffbehälter, VT1, ist über nachfolgende Gleichung (3) erhältlich: V T1 = V T V F

Figure DE102017203254A1_0003
wobei VT das Volumen des Kraftstoffbehälters in m3 und VF der Füllstand des Kraftstoffbehälters mit Kraftstoff in m3 ist, und wobei VF aus einer Tankfüllstandanzeige ermittelt wird.The volume of air in the fuel tank used in equation (1), V T1 , is available from equation (3) below: V T1 = V T - V F
Figure DE102017203254A1_0003
where V T is the volume of the fuel tank in m 3 and V F is the fuel level of the fuel tank in m 3 , and V F is determined from a tank level gauge.

Die vorstehende Gleichung (1) kann wie folgt hergeleitet werden:The above equation (1) can be derived as follows:

Es wird angenommen, dass aus einem Kraftstoffbehälter Gas (Luft + Ausgasung) ausströmt. In der Umgebung des Kraftstoffbehälters ist der Druck gleich dem Luftdruck pa.It is assumed that gas (air + outgassing) flows out of a fuel tank. In the vicinity of the fuel tank, the pressure is equal to the air pressure p a .

Nach der Bernoulli-Gleichung (6) gilt: p k = 1 / 2 * ρ T * v t 2 = p a + 1 / 2 * ρ a * v 2 2

Figure DE102017203254A1_0004
wobei pk der Druck im Kraftstoffbehälter in N/m2, ρT die Luftdichte im Kraftstoffbehälter in kg/m3, vt die Strömungsgeschwindigkeit im Kraftstoffbehälter in m/s, pa der Luftdruck in der Umgebung des Kraftstoffbehälters, ρa die Luftdichte in der Umgebung des Kraftstoffbehälters in kg/m3 und v2 die Luftströmungsgeschwindigkeit in m/s ist.According to the Bernoulli equation (6): p k = 1 / 2 * ρ T * v t 2 = p a + 1 / 2 * ρ a * v 2 2
Figure DE102017203254A1_0004
where p k is the pressure in the fuel tank in N / m 2 , ρ T is the air density in the fuel tank in kg / m 3 , v t is the flow velocity in the fuel tank in m / s, p a is the air pressure in the vicinity of the fuel tank, ρ a is the air density in the vicinity of the fuel tank in kg / m 3 and v 2 is the air flow velocity in m / s.

Unter der Annahme dass vt = 0 gilt, kann nach Umstellung von Gleichung (6) v2 wie folgt erhalten werden: v 2 = [ 2 * ( p k p a ) / ρ a ]

Figure DE102017203254A1_0005
Assuming that v t = 0, after changing from equation (6) v 2 can be obtained as follows: v 2 = [ 2 * ( p k - p a ) / ρ a ]
Figure DE102017203254A1_0005

Hieraus ist ersichtlich, dass v2 eine Konstante ist, da pk für alle Messungen denselben Wert aufweist, der dem Mittelwert pt zwischen p1 und p2 entspricht. Mit anderen Worten ist anzunehmen, dass die Strömungsgeschwindigkeit zwischen zwei Drücken (p1 und p2) für Drücke > 20 hPa als proportional betrachtet werden kann.From this it can be seen that v 2 is a constant, since p k has the same value for all measurements, which corresponds to the mean value p t between p 1 and p 2 . In other words, it may be assumed that the flow rate between two pressures (p 1 and p 2 ) for pressures> 20 hPa can be considered proportional.

Ferner gilt nachfolgende Gleichung (8) für den Volumenstrom v̇2 in m3/s durch die Leckagefläche ALeck: v . 2 = v 2 * A Leck = Strömungsgeschwindigkeit * Leckagefläche

Figure DE102017203254A1_0006
Furthermore, the following equation (8) applies to the volume flow v̇ 2 in m 3 / s through the leakage area A Leak : v , 2 = v 2 * A leak = flow rate * leakage area
Figure DE102017203254A1_0006

Als Folge der Luftmassenänderung pro Zeit ergibt sich Gleichung (9) Massenstrom: ( m t2 m t1 ) / t= ρ T * v . 2 = ρ T *v 2 * A Leck

Figure DE102017203254A1_0007
wobei mt1 die Luftmasse im Kraftstoffbehälter beim Druck p1 und mt2 die Luftmasse im Kraftstoffbehälter beim Druck p2 ist. Umgestellt nach der Messzeit t ergibt sich Gleichung (10): t = ( m t2 / ρ 2 m t1 / ρ 1 ) / v 2 * A Leck
Figure DE102017203254A1_0008
wobei ρi und ρ2 Luftdichten bei den entsprechenden Drücken p1 und p2 im Kraftstoffbehälter sind und für kleine Differenzen (p2-p1) als gleich betrachtet werden können: ρ1=ρ2 = ρT.As a consequence of the air mass change per time equation (9) results Mass flow: ( m t2 - m t1 ) / t = ρ T * v , 2 = ρ T * v 2 * A leak
Figure DE102017203254A1_0007
where m t1 is the air mass in the fuel tank at pressure p 1 and m t2 is the air mass in the fuel tank at pressure p 2 . Switched after the measuring time t, equation (10) results: t = ( m t2 / ρ 2 - m t1 / ρ 1 ) / v 2 * A leak
Figure DE102017203254A1_0008
where ρ i and ρ 2 are air densities at the corresponding pressures p 1 and p 2 in the fuel tank and can be considered as equal for small differences (p 2 -p 1 ): ρ 1 = ρ 2 = ρ T.

Gleichung (10) zeigt, dass die Messzeit invers proportional zur Leckagefläche ist. Equation (10) shows that the measurement time is inversely proportional to the leakage area.

Umgestellt nach der Luftmassenänderung ergibt sich Gleichung (11): ( m t2 m t1 ) = v 2 * A Leck * t* ρ T

Figure DE102017203254A1_0009
Switched to the air mass change results equation (11): ( m t2 - m t1 ) = v 2 * A leak * t * ρ T
Figure DE102017203254A1_0009

Ferner gilt aus dem Idealen Gasgesetz (12): p * V=m*R s *T p = m * ( R s * T ) / V

Figure DE102017203254A1_0010
Furthermore, from the Ideal Gas Law (12): p * V = m * R s * T p = m * ( R s * T ) / V
Figure DE102017203254A1_0010

Für das gleiche Volumen V gilt zwischen zwei Drücken p1 und p2: p 1 p 2 = m t1 * ( R s * T ) / V T1 m t2 * ( R s * T ) / V T1

Figure DE102017203254A1_0011
wobei wiederum mt1 die Luftmasse im Kraftstoffbehälter beim Druck p1 und mt2 die Luftmasse im Kraftstoffbehälter beim Druck p2 ist. Damit ist die Luftmassenänderung (mt2-mt1) für die gleiche Druckdifferenz (p1-p2) direkt proportional zu den Volumina: ( mt 2 mt 1 ) = [ ( p 1 p 2 ) * V T1 ] / ( R s * T )
Figure DE102017203254A1_0012
wobei VT1 das Luftvolumen im Kraftstoffbehälter in m3 ist und über das Volumen des Kraftstoffbehälters VT in m3 und das Volumen des Kraftstoffs im Kraftstoffbehälter VF in m3 gemäß Gleichung (3) ermittelbar ist: V T1 = V T V F
Figure DE102017203254A1_0013
For the same volume V, between two pressures p 1 and p 2 applies: p 1 - p 2 = m t1 * ( R s * T ) / V T1 - m t2 * ( R s * T ) / V T1
Figure DE102017203254A1_0011
again m t1 is the air mass in the fuel tank at pressure p 1 and m t2 the air mass in the fuel tank at pressure p 2 . Thus, the air mass change (m t2 -m t1 ) for the same pressure difference (p 1 -p 2 ) is directly proportional to the volumes: ( mt 2 - mt 1 ) = [ ( p 1 - p 2 ) * V T1 ] / ( R s * T )
Figure DE102017203254A1_0012
where V T1 is the volume of air in the fuel tank in m 3 and can be determined via the volume of the fuel tank V T in m 3 and the volume of the fuel in the fuel tank V F in m 3 according to equation (3): V T1 = V T - V F
Figure DE102017203254A1_0013

Setzt man Gleichungen (11) und (14) wie folgt gleich v 2 * A Leck * t* ρ T = ( p 1 p 2 ) * V T1 / ( R s * T )

Figure DE102017203254A1_0014
kann nach der Leckagefläche ALeck umgestellt werden und man erhält Gleichung (1): A Leck = [ ( p 1 p 2 ) * V T1 ] / [ v 2 * R s * T * t * ρ T ]
Figure DE102017203254A1_0015
Substituting Equations (11) and (14) as follows v 2 * A leak * t * ρ T = ( p 1 - p 2 ) * V T1 / ( R s * T )
Figure DE102017203254A1_0014
can be switched to the leakage area A leak and gives equation (1): A leak = [ ( p 1 - p 2 ) * V T1 ] / [ v 2 * R s * T * t * ρ T ]
Figure DE102017203254A1_0015

Somit ist festzustellen, dass die Zeit, die für die Evakuierung eines Gases aus einem Kraftstoffbehälter zwischen zwei vorgegebenen Drücken benötigt wird, proportional ist zum Luftvolumen im Kraftstoffbehälter und zur Fläche, die die Leckage verursacht.Thus, it will be appreciated that the time required for the evacuation of a gas from a fuel tank between two predetermined pressures is proportional to the volume of air in the fuel tank and the area causing the leakage.

Der Druckabfall wird für p > 20 hPa als linear betrachtet, da ρT für kurze Zeiten, also Messzeiten, wie sie hier angewendet werden, unverändert bleibt.The pressure drop is considered to be linear for p> 20 hPa, since ρ T remains unchanged for short times, ie measurement times, as used here.

Gemäß einer weiteren, alternativen Weiterbildung ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Leckagefläche unter Einbeziehung einer künstlich erzeugten fixen Leckagefläche, ermittelt wird. Auf diese Weise kann auf eine Füllstandanzeige im Kraftstoffbehälter zur Bestimmung des Volumens des Kraftstoffes im Kraftstoffbehälter (VF) verzichtet werden, und die Verfahrensführung wird kostengünstiger.According to a further alternative development, it is advantageously provided that the leakage area is determined by including an artificially generated fixed leakage area. In this way, can be dispensed with a level indicator in the fuel tank to determine the volume of fuel in the fuel tank (V F ), and the process is cheaper.

Hierbei weiter vorteilhaft wird die Leckagefläche durch Lösen der nachfolgenden Gleichung (4) bestimmt: A Fix + A Leck = [ ( p 1 p 2 ) * V T1 ] / [ v 2 * t 2 * R s * T* ρ T ]

Figure DE102017203254A1_0016
wobei AFix die künstlich erzeugte Leckagefläche, deren Fläche bekannt ist, ALeck die Leckagefläche des Kraftstoffbehälters, p1 ein erster Druck in N/m2, p2 ein zweiter Druck in N/m2 mit p2 < p1, Rs die spezifische Gaskonstante (287 (N*m)/(kg*K)), t2 die Messzeit in Sekunden bei der Messung des Druckabfalls (p1-p2) über die Summe der Leckageflächen AFix+ALeck, T die Temperatur im Kraftstoffbehälter in Kelvin, VT1 das Luftvolumen im Kraftstoffbehälter in m3, ρT die Luftdichte im Kraftstoffbehälter in kg/m3 und v2 die Luftströmungsgeschwindigkeit in m/s ist, wobei VT1 mittels nachfolgender Gleichung (5) aus einer Messung des Druckabfalls (p1-p2) über die Leckagefläche ALeck ermittelt wird: V T1 = ( A Leck * v 2 * R s * T * t 1 * ρ T ) / ( p 1 p 2 )
Figure DE102017203254A1_0017
wobei t1 die Messzeit in Sekunden ist, die zur Messung des Druckabfalls (p1-p2) über die Leckagefläche ALeck benötigt wird.In this case, the leakage area is determined by solving equation (4) below: A fix + A leak = [ ( p 1 - p 2 ) * V T1 ] / [ v 2 * t 2 * R s * T * ρ T ]
Figure DE102017203254A1_0016
where A Fix is the artificially generated leakage area whose area is known A leak the leakage area of the fuel tank, p 1 a first pressure in N / m 2 , p 2 a second pressure in N / m 2 with p 2 <p 1 , R s the specific gas constant (287 (N * m) / (kg * K)), t 2 the measuring time in seconds when measuring the pressure drop (p 1 -p 2 ) over the Sum of the leakage areas A Fix + A Leak , T the temperature in the fuel tank in Kelvin, V T1 the volume of air in the fuel tank in m 3 , ρ T the air density in the fuel tank in kg / m 3 and v 2 the air flow velocity in m / s, where V T1 is determined by means of the following equation (5) from a measurement of the pressure drop (p 1 -p 2 ) via the leakage area A leak : V T1 = ( A leak * v 2 * R s * T * t 1 * ρ T ) / ( p 1 - p 2 )
Figure DE102017203254A1_0017
where t 1 is the measuring time in seconds needed to measure the pressure drop (p 1 -p 2 ) across the leak area A leak .

Zur weiteren Vereinfachung der Verfahrensführung ist vorteilhaft vorgesehen, dass die fixe Leckagefläche mittels eines Ventils eingestellt wird, da somit die fixe Leckagefläche präzise vorgegeben werden kann.To further simplify the process management is advantageously provided that the fixed leakage area is adjusted by means of a valve, since thus the fixed leakage area can be precisely specified.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

  • 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung von Druckabfallmessungen.
Hereinafter, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
  • 1 a diagram illustrating pressure drop measurements.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention

Im Detail zeigt das Diagramm aus Figur 1 fünf Kurven, die aus der Messung des Druckabfalls über die Zeit in einem Druckbereich zwischen 40 hPa und 20 hPa erhalten wurden. Hierbei wurden zwei unterschiedliche Füllstände im Kraftstoffbehälter (10 Liter und 60 Liter) sowie unterschiedlich große Leckageflächen (Durchmesser = 0,5 mm, 0,8 mm, 1,0 mm) berücksichtigt. Die Leckagefläche berechnet sich somit gemäß: A Leck = D Leck 2 / 4 * π ;

Figure DE102017203254A1_0018
In detail, the diagram of FIG 1 Five curves obtained from the measurement of pressure drop over time in a pressure range between 40 hPa and 20 hPa. Here, two different levels in the fuel tank ( 10 Liters and 60 liters) as well as different sized leakage areas (diameter = 0.5 mm, 0.8 mm, 1.0 mm). The leakage area is thus calculated according to: A leak = D leak 2 / 4 * π ;
Figure DE102017203254A1_0018

Mit A = Leckagefläche, D = Leckagedurchmesser und π = 3,14 = konst.With A = leakage area, D = leakage diameter and π = 3.14 = const.

In 1 ist Kurve A eine Druckabfallkurve bei Verwendung eines 60L Kraftstoffbehälters und einer Leckage mit einem Leckagedurchmesser von 0,5 mm (Leckagefläche = 0,196 mm2).In 1 curve A is a pressure drop curve using a 60L fuel tank and a leakage with a leakage diameter of 0.5 mm (leakage area = 0.196 mm 2 ).

Kurve B ist eine Druckabfallkurve bei Verwendung eines 60L Kraftstoffbehälters und einer Leckage mit einem Leckagedurchmesser von 0,8 mm und einer Leckagefläche von 0,502 mm2.Curve B is a pressure drop curve using a 60L fuel tank and a leakage with a leakage diameter of 0.8 mm and a leakage area of 0.502 mm 2 .

Kurve C ist eine Druckabfallkurve bei Verwendung eines 60L Kraftstoffbehälters und einer Leckage mit einem Leckagedurchmesser von 1,0 mm und einer Leckagefläche von 0,785 mm2.Curve C is a pressure drop curve using a 60L fuel tank and a leakage with a leakage diameter of 1.0 mm and a leakage area of 0.785 mm 2 .

Kurve D ist eine Druckabfallkurve bei Verwendung eines 10L Kraftstoffbehälters und einer Leckage mit einem Leckagedurchmesser von 0,5 mm und einer Leckagefläche von 0,196 mm2.Curve D is a pressure drop curve using a 10L fuel tank and a leakage with a leakage diameter of 0.5 mm and a leakage area of 0.196 mm 2 .

Kurve E ist eine Druckabfallkurve bei Verwendung eines 10L Kraftstoffbehälters und einer Leckage mit einem Leckagedurchmesser von 0,8 mm und einer Leckagefläche von 0,502 mm2.Curve E is a pressure drop curve using a 10L fuel tank and a leakage with a leakage diameter of 0.8 mm and a leakage area of 0.502 mm 2 .

Kurve F ist eine Druckabfallkurve bei Verwendung eines 10L Kraftstoffbehälters und einer Leckage mit einem Leckagedurchmesser von 1,0 mm und einer Leckagefläche von 0,785 mm2.Curve F is a pressure drop curve using a 10L fuel tank and a leakage with a leakage diameter of 1.0 mm and a leakage area of 0.785 mm 2 .

Im Folgenden wird beispielhaft die Bestimmung einer Leckagefläche gemäß zweier Methoden angegeben:The following example shows the determination of a leakage area according to two methods:

Methode 1)Method 1)

Folgende Werte wurden angenommen, wobei das Kraftstoffvolumen des Kraftstoffbehälters über einen Tankgeber ermittelt wurde.

  • p1= 40 hPa=4000Pa (N/m2)
  • p2= 20 hPa=2000Pa (N/m2)
  • pa= 998 hPa=99800Pa (N/m2)
  • VT= 100 L
  • VF= 40 L
  • VT1= VT-VF = 60 L = 0,06 m3
  • Rs=287 (N*m)/(kg*K)
  • T =273 K (0°C ; ohne Ausgasungskorrektur an ρT)
  • ρa=1,2 Kg/m3
  • ρT =1,2 Kg/m3
  • t =63s
The following values were assumed, whereby the fuel volume of the fuel tank was determined via a fuel gauge.
  • p 1 = 40 hPa = 4000 Pa (N / m 2 )
  • p 2 = 20 hPa = 2000 Pa (N / m 2 )
  • p a = 998 hPa = 99800 Pa (N / m 2 )
  • V T = 100 L
  • V F = 40 L
  • V T1 = V T -V F = 60 L = 0.06 m 3
  • R s = 287 (N * m) / (kg * K)
  • T = 273 K (0 ° C, without outgassing correction on ρ T )
  • ρ a = 1.2 Kg / m 3
  • ρ T = 1.2 kg / m 3
  • t = 63s

Aus Formel (2) ergibt sich: v 2 = [ 2 * ( p t p a ) / ρ a ] v 2 = [ 2 * ( p t p a ) / ρ a ] = 70,71  m/s

Figure DE102017203254A1_0019
From formula (2) results: v 2 = [ 2 * ( p t - p a ) / ρ a ] v 2 = [ 2 * ( p t - p a ) / ρ a ] = 70.71 m / s
Figure DE102017203254A1_0019

Eingesetzt in Formel (1) ergibt sich: A Leck = [ ( p 1 p 2 ) * V T1 ] / ( v 2 * R s * T * t * ρ T ) = [ 2000 N/m 2 * 0,06 m 3 ] / 70,71 m/s*287hPa * 273K * 63 s * 1,2 kg/m 3 = ( 0,412 ) * ( 10 * exp 6 ) m 2 = 0,29  mm 2

Figure DE102017203254A1_0020
Substituted in formula (1): A leak = [ ( p 1 - p 2 ) * V T1 ] / ( v 2 * R s * T * t * ρ T ) = [ 2000 N / m 2 * 0.06 m 3 ] / 70.71 m / s * 287hPa * 273K * 63 s * 1.2 kg / m 3 = ( 0.412 ) * ( 10 * exp - 6 ) m 2 = 0.29 mm 2
Figure DE102017203254A1_0020

Hieraus ergibt sich ein Leckagedurchmesser von 0,6 mm gemäß: D Leck = 4 * A Leck / π = 4 * 0,29  mm 2 / 3,14 = 0,607  mm

Figure DE102017203254A1_0021
This results in a leakage diameter of 0.6 mm according to: D leak = 4 * A leak / π = 4 * 0.29 mm 2 / 3.14 = 0.607 mm
Figure DE102017203254A1_0021

Methode 2)Method 2)

Folgende Werte wurden angenommen, wobei das Kraftstoffvolumen des Kraftstoffbehälters unbekannt ist.The following values were assumed, with the fuel tank fuel volume unknown.

Es wurde zunächst die Zeit, t1 die für den Druckabfall von p1 zu p2 benötigt wird, gemessen und dann eine bekannte, fixe Leckage (hier: 0,5 mm Durchmesser (dies entspricht einer Leckagefläche von 0,196 mm2), zugeschaltet. Hieraus ergibt sich die zweite Zeit für die summierten Leckagen, t2.

  • p1= 40 hPa=4000Pa (N/m2)
  • p2= 20 hPa=2000Pa (N/m2)
  • pa= 998 hPa=99800Pa (N/m2)
  • Rs=287 N*m/kg*K
  • T =273 °K (0°C ; ohne Ausgasungskorrektur an ρT)
  • ρa=1,2 Kg/m3
  • ρT=1,2 Kg/m3
  • t2=60s
  • t1=145s (in Formel 5 als
  • AFix=0,196 mm2 (für z.B. einen Leckagedurchmesser von 0,5 mm)
First, the time t 1 required for the pressure drop from p 1 to p 2 was measured, and then a known, fixed leakage (here: 0.5 mm diameter (this corresponds to a leakage area of 0.196 mm 2 ) was switched on. This results in the second time for the summed leaks, t 2 .
  • p 1 = 40 hPa = 4000 Pa (N / m 2 )
  • p 2 = 20 hPa = 2000 Pa (N / m 2 )
  • p a = 998 hPa = 99800 Pa (N / m 2 )
  • R s = 287 N * m / kg * K
  • T = 273 ° K (0 ° C, without outgassing correction on ρ T )
  • ρ a = 1.2 Kg / m 3
  • ρ T = 1.2 kg / m 3
  • t 2 = 60s
  • t 1 = 145s (in formula 5 as
  • A Fix = 0.196 mm 2 (for eg a leakage diameter of 0.5 mm)

Aus Formel (2) ergibt sich: v 2 = [ 2 * ( p t p a ) / ρ a ] = 70,71  m/s

Figure DE102017203254A1_0022
From formula (2) results: v 2 = [ 2 * ( p t - p a ) / ρ a ] = 70.71 m / s
Figure DE102017203254A1_0022

In Formel (1) eingesetzt ergibt sich: A Leck + A Fix = [ ( p 1 p 2 ) * V T1 ] / ( v 2 * R s * T * t 2 * ρ T ) A Leck = [ ( p 1 p 2 ) * V T1 ] / ( v 2 * R s * T * t 1 * ρ T ) A Leck = A Fix * ( t 2 / ( t 1 t 2 ) A Leck = 0,196  mm 2 * 0,705 = 0,138  mm 2

Figure DE102017203254A1_0023
Inserted in formula (1): A leak + A fix = [ ( p 1 - p 2 ) * V T1 ] / ( v 2 * R s * T * t 2 * ρ T ) A leak = [ ( p 1 - p 2 ) * V T1 ] / ( v 2 * R s * T * t 1 * ρ T ) A leak = A fix * ( t 2 / ( t 1 - t 2 ) A leak = 0.196 mm 2 * 0.705 = 0.138 mm 2
Figure DE102017203254A1_0023

Hieraus ergibt sich ein Leckagedurchmesser von 0,41 mm gemäß: D Leck = 4 * A Leck / π

Figure DE102017203254A1_0024
D Leck = 4 * 0,138  mm 2 / 3,14 = 0,419  mm
Figure DE102017203254A1_0025
This results in a leakage diameter of 0.41 mm according to: D leak = 4 * A leak / π
Figure DE102017203254A1_0024
D leak = 4 * 0.138 mm 2 / 3.14 = 0.419 mm
Figure DE102017203254A1_0025

Aus Formel (5) ergibt sich: V T1 = ( A Leck * v 2 * R s * T * t 1 * ρ T ) / ( p 1 p 2 )

Figure DE102017203254A1_0026
V T1 = ( 0,138  mm 2 * ( 10 *exp 6 ) * 70,71 m / s * 287hPa * 273K * 145s * 1 ,2kg / m 3 / 2000 N/mm 2 = 0,066  m 3 = 66  L
Figure DE102017203254A1_0027
From formula (5): V T1 = ( A leak * v 2 * R s * T * t 1 * ρ T ) / ( p 1 - p 2 )
Figure DE102017203254A1_0026
V T1 = ( 0.138 mm 2 * ( 10 * exp - 6 ) * 70.71 m / s * 287hPa * 273K * 145s * 1 , 2kg / m 3 / 2000 N / mm 2 = 0.066 m 3 = 66 L
Figure DE102017203254A1_0027

Dies zeigt, dass z.B. für ein Kraftstoffbehältervolumen von 100L noch 34 L Kraftstoff vorhanden sind.This shows that e.g. for a fuel tank volume of 100L still 34 L of fuel are available.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013012881 A1 [0002]DE 102013012881 A1 [0002]

Claims (6)

Verfahren zur Bestimmung einer Leckagefläche ALeck eines Kraftstoffbehälters, umfassend die Schritte: - Druckaufbau unter Druckerzeugung im Kraftstoffbehälter, - Messung eines Druckabfalls über eine Messzeit (t) und - Bestimmung der Leckagefläche ALeck.Method for determining a leakage area A leak of a fuel tank, comprising the steps: - pressure build-up under pressure generation in the fuel tank, - measurement of a pressure drop over a measuring time (t) and - determination of the leakage area A leak . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckaufbau mittels einer Volumenstrompumpe ausgeführt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the pressure build-up is carried out by means of a volume flow pump. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagefläche ALeck durch Lösen der nachfolgenden Gleichung (1) bestimmt wird: A Leck = [ ( p 1 p 2 ) * V T1 ] / ( v 2 * R s * T * t * ρ T )
Figure DE102017203254A1_0028
wobei in Gleichung (1) ALeck die zu ermittelnde Leckagefläche beziffert, p1 einen erster Druck in N/m2, p2 einen zweiter Druck in N/m2 mit p2 < p1, ρT die Luftdichte im Kraftstoffbehälter in kg/m3, Rs die spezifische Gaskonstante (287 (N*m)/(kg*K)), t die Messzeit in Sekunden bei der Messung des Druckabfalls (p1-p2), T die Temperatur im Kraftstoffbehälter in Kelvin, VT1 das Luftvolumen im Kraftstoffbehälter in m3 und v2 die Luftströmungsgeschwindigkeit in m/s ist, mit v 2 = [ 2 * ( p t p a ) / ρ a ]
Figure DE102017203254A1_0029
wobei pt einen Mittelwert in N/m2 zwischen p1 und p2 und pa den Atmosphärendruck in hPa bezeichnet, wobei pt und pa über Drucksensoren ermittelt werden; und ρa die Luftdichte in der Umgebung des Kraftstoffbehälters in kg/m3 ist, und V T1 = V T V F
Figure DE102017203254A1_0030
wobei VT das Volumen des Kraftstoffbehälters in m3 und VF das Volumen des Kraftstoffes im Kraftstoffbehälter in m3 ist, und wobei VF aus einer Tankfüllstandanzeige ermittelt wird.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that the leakage area A leak is determined by solving the following equation (1): A leak = [ ( p 1 - p 2 ) * V T1 ] / ( v 2 * R s * T * t * ρ T )
Figure DE102017203254A1_0028
wherein in equation (1) A leak quantifies the leakage area to be determined, p 1 a first pressure in N / m 2 , p 2 a second pressure in N / m 2 with p 2 <p 1 , ρ T the air density in the fuel tank in kg / m 3 , R s is the specific gas constant (287 (N * m) / (kg * K)), t is the measurement time in seconds when measuring the pressure drop (p 1 -p 2 ), T is the temperature in the fuel tank in Kelvin, V T1 is the volume of air in the fuel tank in m 3 and v 2 is the air flow velocity in m / s, with v 2 = [ 2 * ( p t - p a ) / ρ a ]
Figure DE102017203254A1_0029
where p t denotes an average in N / m 2 between p 1 and p 2 and p a denotes the atmospheric pressure in hPa, where p t and p a are determined via pressure sensors; and ρ a is the air density in the vicinity of the fuel tank in kg / m 3 , and V T1 = V T - V F
Figure DE102017203254A1_0030
where V T is the volume of the fuel tank in m 3 and V F is the volume of fuel in the fuel tank in m 3 , and V F is determined from a tank level gauge.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagefläche ALeck unter Einbeziehung einer künstlich erzeugten fixen Leckagefläche AFix, ermittelt wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the leakage area A leak including an artificially generated fixed leakage area A F i x , is determined. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagefläche ALeck durch Lösen der nachfolgenden Gleichung (4) bestimmt wird: A Fix + A Leck = [ ( p 1 p 2 ) * V T1 ] / ( v 2 * t 2 * R s * T * ρ T )
Figure DE102017203254A1_0031
wobei AFix die künstlich erzeugte Leckagefläche, ALeck die Leckagefläche des Kraftstoffbehälters, p1 ein erster Druck in N/m2, p2 ein zweiter Druck in N/m2 mit p2 < p1, Rs die spezifische Gaskonstante (287 (N*m)/(kg*K)), t2 die Messzeit in Sekunden bei der Messung des Druckabfalls (p1-p2) über die Summe der Leckageflächen AFix+ALeck, T die Temperatur im Kraftstoffbehälter in Kelvin, VT1 das Luftvolumen im Kraftstoffbehälter in m3, ρT die Luftdichte im Kraftstoffbehälter in kg/m3 und v2 die Luftströmungsgeschwindigkeit in m/s ist, wobei VT1 mittels nachfolgender Gleichung (5) aus einer Messung des Druckabfalls (p1-p2) über die Leckagefläche ALeck ermittelt wird: V T1 = ( A Leck * v 2 * R s * T * t 1 * ρ T ) / [ ( p 1 * p 2 ) ]
Figure DE102017203254A1_0032
wobei t1 die Messzeit ist, die zur Messung des Druckabfalls (p1-p2) über die Leckagefläche ALeck benötigt wird.
Method according to Claim 4 , characterized in that the leakage area A leak is determined by solving the following equation (4): A fix + A leak = [ ( p 1 - p 2 ) * V T1 ] / ( v 2 * t 2 * R s * T * ρ T )
Figure DE102017203254A1_0031
A fix the artificially created leakage area, A leak the leakage area of the fuel tank, p 1 a first pressure in N / m 2 , p 2 a second pressure in N / m 2 with p 2 <p 1 , R s the specific gas constant (287 (N * m) / (kg * K)), t 2 the measuring time in seconds when measuring the pressure drop (p 1 -p 2 ) over the sum of the leakage areas A Fix + A leak , T the temperature in the fuel tank in Kelvin, V T1 is the volume of air in the fuel tank in m 3 , ρ T is the air density in the fuel tank in kg / m 3 and v 2 is the air flow velocity in m / s, where V T1 is calculated from the pressure drop (p 1 ) by equation (5) below. p 2 ) is determined via the leakage area A leak : V T1 = ( A leak * v 2 * R s * T * t 1 * ρ T ) / [ ( p 1 * p 2 ) ]
Figure DE102017203254A1_0032
where t 1 is the measuring time needed to measure the pressure drop (p 1 -p 2 ) across the leakage area A leak .
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die fixe Leckagefläche AFix mittels eines Ventils eingestellt wird.Method according to Claim 4 or 5 , characterized in that the fixed leakage surface A Fix is adjusted by means of a valve.
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