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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Gasrückführrate an
Zapfsäulen
mit zwei Zapfpunkten (jeweils für
Vergaserkraftstoffe), wobei jedem Zapfpunkt ein (oder mehrere) Kraftstoff-Durchflussmesser
und beiden Zapfpunkten ein gemeinsamer Gas-Durchflussmesser zugeordnet
ist.
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Gasrückführungssysteme
an Tankstellen sind seit Anfang der 90er Jahre in einigen europäischen Ländern vorgeschrieben.
Mit einem Gasrückführungssystem
werden beim Betanken eines Kraftfahrzeugs die beim Einfüllen des
Kraftstoffs in den Tank des Kraftfahrzeugs verdrängten Kraftstoffdämpfe mittels
einer Gaspumpe abgesaugt und in den Lagertank der Tankstelle rückgeführt. Dabei
sollten der Kraftstoff-Volumenstrom (Kraftstoff-Durchfluss) und der Gas-Volumenstrom
(Gas-Durchfluss), d.h. die pro Zeiteinheit geförderten Volumina an Kraftstoff bzw.
Gas (Dämpfe)
gleich groß sein.
Die Begriffe Gasrückführrate,
Gas-Durchfluss und Gas-Volumenstrom werden hier synonym gebraucht.
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Bei
der herkömmlichen
Technik der Gasrückführung wird
der Gas-Volumenstrom,
den eine Gaspumpe fördert,
entweder durch eine Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors der Gaspumpe
oder durch ein Drosselventil eingestellt. Die Parameter, wie diese
Einstellung des Gas-Volumentstroms für die unterschiedlichen Kraftstoff-Volumenströme zu erfolgen hat,
sind in der Betriebselektronik des Gasrückführungssystems gespeichert (Kalibrierungsdaten).
Zur Bestimmung dieser Parameter wird ein Ab gleichvorgang der Gasrückführung so
durchgeführt,
dass am Gassauger eines Zapfventils ein Durchflussmessgerät (in der
Regel ein Balgenzähler)
angeschlossen wird, dessen Durchflussmesswerte dem Einstellparameter
jeweils zugeordnet werden können.
Diese Zuordnung wird in der Betriebselektronik des Gasrückführungssystems
abgelegt und ermöglicht
es, im nachfolgenden Tankbetrieb – nach der Entfernung des Balgenzählers – die Gasrückführung so
einzustellen, dass der Gas-Volumenstrom dem Kraftstoff-Volumenstrom
entspricht.
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Wegen
der aufgetretenen Fehler in der Gasrückführung, die in der Regel unentdeckt
blieben, wurden zusätzliche
Gasrückführungs-Überwachungssysteme
vorgeschrieben. Diese sind seit 2003 in größerem Umfang im Einsatz und
haben eine deutliche Verbesserung des Zustandes der Gasrückführung gebracht.
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Die
bisherige Technik überwacht
die Gasrückführung für jeden
Zapfpunkt mit je einem Gas-Durchflussmesser (Durchflusssensor),
so dass bei Abweichungen zwischen den von dem Gas-Durchflussmesser
erhaltenen Messwerten und den von dem Kraftstoff-Durchflussmesser
des Zapfpunkts erhaltenen Messwerten eine eventuelle Fehlfunktion
der Gasrückführung für den betroffenen Zapfpunkt
erkannt wird. Eine solche Fehlfunktion muss dann signalisiert werden.
Dies erfolgt durch die Übertragung
eines Signals an ein übergeordnetes System,
z.B. den Zapfsäulenrechner,
der diese Information an den Kassenrechner der Tankstelle überträgt, wo sie
dem Bedienungspersonal sichtbar gemacht wird. In dem Fall, dass
die Störung über einen definierten
Zeitraum nicht behoben wurde, wird von der Gasrückführungsüberwachung ein Abschaltsignal
erzeugt, was den betroffenen Zapfpunkt abschaltet, so dass dort
nicht mehr getankt werden kann.
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Eine
Erweiterung dieser Konfiguration kann die Betriebssicherheit der
Gasrückführung erheblich erhöhen. Dies
wird erreicht durch eine korrektive Steuerung (
DE 103 37 800 A1 ), bei
der durch eine Modifikation der Kraftstoff-Volumenstromsignale die Gasrückführung in
gewissen Grenzen so nachgeführt
werden kann, dass Degradationen ausgeglichen werden. Dies vermeidet
eine unnötige Alarmauslösung und
verlängert
die Serviceintervalle.
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In
der Regel hat eine Zapfsäule
einer Tankstelle zwei Zapfpunkte, so dass in der Zapfsäule zwei Gas-Durchflussmesser
eingesetzt werden.
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Bei
Zapfsäulen
mit zwei Zapfpunkten kann an beiden Seiten gleichzeitig getankt
werden. Gleichzeitige Betankungsvorgänge kommen jedoch nicht sehr
häufig
vor. Insofern ist es attraktiv, die Anzahl der Durchflusssensoren
zu reduzieren und die Gasrückführung in
der Zapfsäule
nur mit einem einzigen Durchflusssensor zu kontrollieren. Ein solches
Verfahren wird in
US 6,622,757 ,
US 6,880,585 und
US 6,968,868 beschrieben,
wobei sogar eine Reduzierung bis auf nur einen Durchflussensor für eine ganze Tankstelle
offenbart ist. Dabei werden alle bei Betankungsvorgängen geförderten
Kraftstoffvolumina in einem bestimmten Zeitraum, deren Gas-Durchflösse dem
einen Durchflusssensor zugeordnet sind, registriert und das gesamte
rückgeführte Gasvolumen
bestimmt. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, wie Zapfpunkte
auf einen Gas-Durchflusssensor kommen. Dann ergibt sich ein eindeutig
lösbares
lineares Gleichungssystem, so dass jedem Zapfpunkt ein Rückführverhältnis der
Volumina (Gasvolumen/Kraftstoffvolumen) zugeordnet werden kann.
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Diese
Methode ist jedoch mit Nachteilen behaftet.
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Denn
bei Tankvorgängen
mit unterschiedlichen Durchflüssen
(d.h. pro Zeiteinheit geförderten Mengen)
kann das Rückführverhältnis unterschiedlich
sein. Dies kommt in der Praxis relativ häufig vor. Hierbei würde nur
ein Mittelwert für
den Zapfpunkt bestimmt werden, und die eigentliche Fehlerursache bei
Abweichungen kann nicht erkannt werden.
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Weiterhin
besagen die Vorschriften von mehreren europäischen Ländern, dass die Gasrückführung mit
Hilfe des Rückführraten-Verhältnisses
(Gasrückführrate/Kraftstoffförderrate,
d.h. pro Zeiteinheit rückgefördertes
Volumen an Gas/pro Zeiteinheit gefördertes Kraftstoffvolumen) überprüft wird.
Dies ist mit der bekannten Technik mit einer reduzierten Zahl von
Durchflusssensoren nicht möglich,
da nur Volumina und nicht Volumenraten (Volumina pro Zeiteinheit)
verglichen werden können.
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Die
Vorschriften von mehreren europäischen Ländern schreiben
ferner vor, dass bei Tankvorgängen,
die bestimmten Kriterien bezüglich
eines Kraftstoff-Mindestdurchflusses und einer bestimmten Mindesttankdauer
genügen,
die Gasrückführraten
einzeln bewertet werden müssen.
Bei diesen zu bewertenden Tankvorgängen muss dann kontrolliert
werden, ob sie sich in einem bestimmten vorgegebenen Toleranzband
befinden. Ist das für
eine Folge von Tankvorgängen
nicht der Fall, so muss ein Alarm ausgelöst werden. Dies ist ebenfalls
mit der bekannten Technik bei reduzierter Anzahl von Durchflusssensoren
nicht möglich,
da erst eine längere
Folge von Tankvorgängen
abgewartet werden muss, um eine Lösung des Gleichungssystems
zu erreichen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Bestimmen der Gasrückführrate an
Tankstellen zu schaffen, dass mit einer reduzierten Anzahl von Gas-Durchflussmessern
auskommt (insbesondere mit nur einem Gas-Durchflussmesser pro Zapfsäule), und
dass es trotzdem ermöglicht,
jeden einzelnen Betankungsvorgang zeitnah zu bewerten und die Gasrückführrate und
damit das Rückführraten-Verhältnis zu
bestimmen, auch wenn diese Tankvorgänge zeitlich überlappend
erfolgen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Anspruch 13 betrifft
eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist zum Bestimmen der Gasrückführrate an
Zapfsäulen
mit zwei Zapfpunkten (einem ersten Zapfpunkt und einem zweiten Zapfpunkt)
konzipiert, wobei jedem Zapfpunkt ein eigener Kraftstoff-Durchflussmesser (oder
auch mehrere Kraftstoff-Durchflussmesser, wenn an dem Zapfpunkt
mehrere Vergaserkraftstoffsorten erhältlich sind) und beiden Zapfpunkten ein
gemeinsamer Gas-Durchflussmesser zugeordnet ist. Dieser Gas-Durchflussmesser
ist hinter einer Zusammenführung
der Gasströme
der beiden Zapfpunkte angeordnet. Dabei werden die von den Kraftstoff-Durchflussmessern
der beiden Zapfpunkte und von dem Gas-Durchflussmesser erhaltenen
Messwerte (in Form von Messsignalen oder nach elektronischer Aufbereitung)
in kurzen vorgegebenen Zeitabständen
einander zugeordnet aufgezeichnet. Unter kurzen Zeitabständen sind
hier Zeitabstände
zu verstehen, die klein sind im Vergleich zu der Dauer eines typischen
Betankungsvorgangs, so dass sich die Messwerte für die Betankungsvorgänge z.B.
graphisch als Funktion der Zeit mit hinreichender zeitlicher Auflösung darstellen
lassen. Bei zumindest teilweise gleichzeitigen Betankungsvorgängen an
beiden Zapfpunkten (d.h. bei zeitlich überlappenden Betankungsvorgängen) wird
die aus den Messwerten der Kraftstoff-Durchflussmesser bestimmte
Information über
den zeitlichen Verlauf der beiden Betankungsvorgänge zum Zerlegen der gemessenen Summe
des Gas-Durchflusses beider Zapfpunkte in einen dem ersten Zapfpunkt
zugeordneten Gas-Durchfluss und einen dem zweiten Zapfpunkt zugeordneten
Gas-Durchfluss verwendet.
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Wenn
der zeitliche Verlauf des Kraftstoff-Durchflusses und des zugeordneten Gas-Durchflusses
bei einem Betankungsvorgang an einem Zapfpunkt allgemein kastenförmig ist
(z.B. kastenförmig
mit steilen Anlauf- und Abschaltflanken, wie bei normalen Betankungsvorgängen die
Regel), ist diese Auswertung besonders einfach. Dies wird weiter
unten anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
Die Beispiele veranschaulichen dem Fachmann aber auch, dass bei
anderen zeitlichen Verläufen
eine Auswertung ebenfalls möglich
ist. Das erfindungsgemäße Verfahren
hat erst dann seine Grenzen, wenn die gleichzeitigen Betankungsvorgänge an den
beiden Zapfpunkten praktisch gleichzeitig beginnen und praktisch
gleichzeitig aufhören,
was in der Praxis extrem selten ist. Sollte tatsächlich einmal ein derartiger
Fall auftreten, könnte
diesen beiden Betankungsvorgängen
ausnahmsweise kein Gas-Durchfluss zugeordnet werden.
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Ein
dem erfindungsgemäßen Verfahren
analoges Verfahren lässt
sich grundsätzlich
auch bei Zapfsäulen
anwenden, die mehr als zwei Zapfpunkte aufweisen und bei denen für mehr als
zwei Zapfpunkte nur ein Gas-Durchflussmesser zur Verfügung steht.
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Für einen
gegebenen Betankungsvorgang kann der gemessene Kraftstoff-Durchfluss
mit dem zugeordneten Gas-Durchfluss verglichen werden, z.B. in Form
des Quotienten Gasrückführrate/Kraftstoffförderrate
(Rückführraten-Verhältnis).
Oder man vergleicht für
einen gegebenen Betankungsvorgang das gemessene Kraftstoff-Volumen
mit dem zugeordneten Gas-Volumen, das durch Integration des zugeordneten
Gas-Durchflusses über
die Zeit bestimmt wird. Die weitere Auswertung oder Nutzung der
Werte kann also so erfolgen, als ob der Gas-Durchfluss für jeden
Zapfpunkt direkt gemessen worden wäre.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens kann jedem Zapfpunkt eine eigene Gaspumpe zugeordnet sein,
oder beiden Zapfpunkten ist eine gemeinsame Gaspumpe zugeordnet,
die hinter der Zusammenführung
der Gasströme
der beiden Zapfpunkte angeordnet ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
es also, die beiden Gasrückführungen
der Zapfpunkte mit einem einzigen Gas-Durchflussmesser in einer
Zapfsäule
zu betreiben. Die Einsparung der Kosten für einen Gas-Durchflussmesser
kann höher sein
als der zusätzliche
Aufwand für
die Auswertung der Messwerte, die in der Regel in einer in der Zapfsäule ohnehin
vorhandenen Steuer- und Überwachungsvorrichtung
(z.B. einem Rechner, gegebenenfalls mit Zusatzelektronik) durchgeführt werden
kann. Ferner ist das Verfahren zur Nachrüstung von Zapfsäulen geeignet,
die nur einen Gas-Durchflussmesser besitzen.
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Bei überlappenden
Tankvorgängen
lassen sich die Gasrückführraten
und auch die rückgeförderten
Gasvolumina getrennt für
jeden Zapfpunkt erfassen und damit z.B. die Anforderungen von Behörden und
des Umweltschutzes erfüllen.
Die Bedingung, dass eine bestimmte Anzahl von Tankvorgängen in Folge
außerhalb
von festgelegten Toleranzgrenzen liegen muss, kann nur geprüft werden,
wenn diese Folge auch tatsächlich
ausgewertet werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine solche
zeitnahe Auswertung für
jeden Betankungsvorgang. Mit der oben erläuterten bekannten Technik war
dies nicht möglich.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Gas-Durchflussmesser
als thermischer Durchflusssensor gestaltet. Bei einem thermischen
Durchflusssensor, wie z.B. in
DE 199 13 968 A beschrieben, wird die Gasströmung zur
Kühlung
eines beheizten Messfühlers
benutzt. Da die Wärmeabführung von
dem Messfühler über den
Gas-Massestrom erfolgt, d.h. die pro Zeiteinheit an dem Messfühler vorbeistreichende
Masse an Gas, misst ein thermischer Durchflusssensor streng genommen nicht
einen Gas-Volumenstrom, sondern einen Gas-Massestrom. Genau dies
ist aber bei der Überwachung
eines Gasrückführungssystems
erwünscht: Erfasst
werden soll der Gas-Volumenstrom am Eingang des Zapfventils. Durch
Reibungsverluste in der Gaspumpe und durch adiabatische Kompression
erhöht
sich die Gastemperatur, so dass sich entsprechend der Gasgleichung
der Gas-Volumenstrom
auf dem Gasströmungsweg ändert. Ferner
steigt je nach Strömungswiderstand
im Rückleitungssystem
der Druck an, was ebenfalls den Gas-Volumenstrom beeinflusst. Folglich
würde ein
auf den Gas-Volumenstrom reagierender Durchflusssensor falsche Messwerte
liefern. Der Gas-Massestrom wird dagegen durch die genannten Effekte
nicht verändert
(Kontinuität)
und kann auf den Gas-Volumenstrom am Eingang des Zapfventils zurückgerechnet
werden.
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Es
hat sich gezeigt, dass eine Anordnung eines Gas-Durchflussmessers
hinter den Gaspumpen einer starken Beeinflussung durch die Pulsation
der Gaspumpen ausgesetzt ist. Daher ist vorzugsweise im Gasströmungsweg
zwischen der Gaspumpe bzw. den Gaspumpen und dem Gas-Durchflussmesser ein
Pulsationsdämpfer
(z.B. als Schalldämpfer/Kondensatabscheider
ausgestaltet) angeordnet, um die Pulsation der Gasströmung zu
vermindern.
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Mittels
eines oder mehrerer Wärmeleitfähigkeitssensoren
im Gasströmungsweg
lässt sich
Information über
die Zusammensetzung des rückgeführten Gases
erhalten, insbesondere über
den Anteil an Luft in einem Kohlenwasserstoffgemisch (siehe z.B.
DE 199 13 968 A ).
Dies eröffnet
die Möglichkeit,
beim Betanken eines ORVR-Fahrzeugs (Kohlekanister-Fahrzeug) anhand
der Zusammensetzung des rückgeführten Gases
zu erkennen, dass es sich um ein ORVR-Fahrzeug handelt, aus dem
im wesentlichen kein Kohlenwasserstoffgas, sondern nur Luft in das
Gasrückführsystem
gelangt. Daraufhin kann die Gasrückführung für diesen
Betankungsvorgang gestoppt werden.
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Da
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die
von den Kraftstoff-Durchflussmessern
erhaltenen Messwerte aufgezeichnet werden, kann deren Langzeitverlauf
als Information über
den Zustand von Kraftstofffiltern des Kraftstoff-Leitungssystems
verwendet werden. Wenn der Kraftstoff-Durchfluss im Laufe der Zeit sinkt,
ist dies ein Anzeichen für
eine Verschlechterung der Kraftstofffilter.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter beschrieben.
Die Zeichnungen zeigen in
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1:
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgerüsteten Zapfsäule mit
zwei Zapfpunkten,
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2:
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgerüsteten Zapfsäule mit
zwei Zapfpunkten, bei der die Gasrückführung zusätzlich mit einer korrektiven
Steuerung versehen ist,
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3:
einen typischen zeitlichen Verlauf des Kraftstoff-Volumenstroms an
einem Zapfpunkt für eine
Anzahl von Betankungsvorgängen,
wobei die Pausen zwischen den einzelnen Betankungsvorgängen nicht
dargestellt sind,
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4:
ein Beispiel für
den zeitlichen Verlauf der Kraftstoff-Volumenströme an den beiden Zapfpunkten
der Zapfsäule
und den gemeinsamen Gas-Volumenstrom bei teilweise überlappenden
Betankungsvorgängen
und
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5:
ein Beispiel für
den zeitlichen Verlauf der Kraftstoff-Volumenströme an den beiden Zapfpunkten
der Zapfsäule
und den gemeinsamen Gas-Volumenstrom bei vollständig überlappenden Betankungsvorgängen.
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In 1 ist
in schematischer Weise eine Zapfsäule 1 auf einer Tankstelle
mit den wichtigsten darin angeordneten oder der Zapfsäule 1 zugeordneten
Teilen dargestellt, einschließlich
der Komponenten eines Gasrückführungssystems.
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Die
Zapfsäule 1 hat
zwei Zapfpunkte, einen ersten Zapfpunkt 2 und einen zweiten
Zapfpunkt 2', so
dass zwei Kraftfahrzeuge gleichzeitig betankt werden können. Die
Bezugszeichen korrespondierender Bauteile für den Zapfpunkt 2 und
den Zapfpunkt 2' sind
bis auf die Strichkennzeichnung gleich. An den Zapfpunkten 2 und 2' wird im Ausführungsbeispiel Vergaserkraftstoff
getankt. Für
weitere Kraftstoffsorten können
an der Zapfsäule 1 auch
weitere Zapfschläuche
vorgesehen sein.
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Beim
Betrieb der Zapfsäule 1 gelangt
Kraftstoff aus einem unterirdischen Lagertank 3 über eine sich
zu den beiden Zapfpunkten 2 und 2' verzweigende Kraftstoffleitung 4 und
gefördert
von einer Kraftstoffpumpe 6 bzw. 6' durch einen zum Messen des Kraftstoff-Volumenstroms
dienenden Kraftstoff-Durchflussmesser 8 bzw. 8' (der Zählpulse
abgibt, wobei die Gesamtzahl der bei einem Betankungsvorgang abgegebenen
Zählpulse
ein Maß für die eingetankte
Kraftstoffmenge ist) und einen Zapfschlauch 10 bzw. 10' zu einem Zapfventil 12 bzw. 12', von dem aus
der Kraftstoff in den Tank eines Kraftfahrzeugs abgefüllt wird,
wie durch die großen
Pfeile angedeutet. (Wenn die Zapfsäule für Druckbetankung ausgelegt
ist, entfallen die Kraftstoffpumpen 6 und 6'.) Gleichzeitig
werden die über
dem flüssigen Kraftstoff
im Tank des Kraftfahrzeugs stehenden Kraftstoffdämpfe (Gas) abgesaugt, was durch
die beiden kleinen Pfeile an den jeweiligen Zapfventilen 12 und 12' des ersten
Zapfpunkts 2 bzw. des zweiten Zapfpunkts 2' angezeigt ist.
Diese Gase werden über eine
innerhalb des Zapfschlauchs 10 bzw. 10' geführte getrennte
Leitung von einer Gaspumpe 14 bzw. 14' angesaugt und
gelangen durch eine Gasleitung 15 bzw. 15' zurück in den
Lagertank 3. Die Gaspumpe 14 bzw. 14' wird von einem
Antriebsmotor 16 bzw. 16' angetrieben. Die Antriebsmotoren 16 und 16' werden über eine
Ansteuerelektronik 18 betrieben, da im Ausführungsbeispiel
der Gas-Durchfluss über
die Drehzahl des Antriebsmotors 16 bzw. 16' gesteuert wird.
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An
der Stelle 19 vereinigen sich die Gasleitungen 15 und 15', so dass dort
die Gasströme
der beiden Zapfpunkte 2 und 2' zusammengeführt werden. Zum Bestimmen des
gesamten Gas-Volumenstroms
beider Zapfpunkte 2 und 2' dient ein einziger Gas-Durchflussmesser 20.
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Vor
dem Gas-Durchflussmesser 20 ist ein Pulsationsdämpfer 21 angeordnet,
der in Form eines Schalldämpfers/Kondensatabscheiders
ausgestaltet ist, um die Pulsation der Gasströmung zu vermindern.
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Bei
Gasrückführungssystemen
der erläuterten
Art muss der Gas-Volumenstrom
dem Kraftstoff-Volumenstrom angepasst werden. Dazu werden die Signale
(Zählimpulse)
des Kraftstoff-Durchflussmessers 8 bzw. 8' einer Steuer-
und Überwachungsvorrichtung
zugeführt,
um die Ansteuerelektronik 18 so anzusteuern, dass die Volumenförderrate
(Volumenstrom) der Gaspumpe 14 bzw. 14' möglichst
mit der der Kraftstoffpumpe 6 bzw. 6' übereinstimmt.
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Damit
das Überwachungssystem
auf Fehler in der Gasförderung
reagieren kann, wird die Volumenförderrate der Gaspumpe 14 bzw. 14' (Gasrückführrate) überwacht.
Dazu ist in der Zapfsäule 1 eine Überwachungseinheit 22 vorgesehen,
die mit dem Zapfsäulenrechner 24 verbunden
ist. Der Zapfsäulenrechner 24 empfängt die
Signale von dem Kraftstoff-Durchflussmesser 8 bzw. 8' und gibt sie
an die Überwachungseinheit 22 weiter,
die mit der Ansteuerelektronik 18 verbunden ist. Die Überwachungseinheit 22 gibt
ein Signal an den Zapfsäulenrechner 24 zurück, das
den Zustand der Gasrückführung charakterisiert.
Insbesondere enthält
dieses Signal im Fehlerfall der Gasrückführung die Alarmsignale und die
Abschaltbefehle.
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Bei
herkömmlichen
Systemen ist für
jeden Zapfpunkt ein eigener Gas-Durchflussmesser vorgesehen, dessen
Signale oder Messwerte an die Überwachungseinheit
gelegt werden, um die Signale des jeweiligen Kraftstoff-Durchflussmessers
und des jeweiligen Gas-Durchflussmessers in der Steuer- und Überwachungsvorrichtung
zu vergleichen, auszuwerten und zur Bewertung der Gasrückführung zu benutzen.
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Gemäß 1 hat
die Zapfsäule 1 jedoch
nur einen gemeinsamen Gas-Durchflussmesser 20, dessen Signale
oder Messwerte zu der Überwachungseinheit 22 geführt werden
und damit für
die Überwachungsvorrichtung 22 verfügbar sind.
In der Überwachungsvorrichtung 22 wird,
wie im folgenden erläutert,
die von dem Gas-Durchflussmesser 20 gemessene
Summe des Gas-Durchflusses beider Zapfpunkte 2, 2' in einen dem
ersten Zapfpunkt 2 zugeordneten Gas-Durchfluss und einen
dem zweiten Zapfpunkt 2' zugeordneten
Gas-Durchfluss zerlegt (Auswertung). Diese zugeordneten Gas-Durchflösse können dann
benutzt werden, um die Gasrückführung in
herkömmlicher
Weise für
jeden Zapfpunkt 2, 2' individuell zu überwachen.
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Zuvor
sei aber noch auf die
2 hingewiesen, die ebenfalls
eine Zapfsäule
mit zwei Zapfpunkten und einem Gasdurchflussmesser zeigt, wobei
jedoch im Unterschied zu der Ausführung gemäß
1 die Gasrückführung zusätzlich mit
einer korrektiven Steuerung versehen ist. Das Prinzip der korrektiven
Steuerung ist in
DE
103 37 800 A1 beschrieben. Wegen der großen Ähnlichkeit
der Anordnungen gemäß
1 und
2 sind
in
1 und
2 dieselben Bezugszeichen benutzt.
In
2 ist der Datenfluss zur Steuerung der Gasrückführung durch Pfeilspitzen
verdeutlicht. Was die Einbindung des Gas-Durchflussmessers
20 anbelangt,
der zur Überwachung
der Gasrückführung für beide
Zapfpunkte
2 und
2' dient,
besteht zwischen den Anordnungen gemäß
1 und
2 kein
Unterschied. Wenn das Rückführraten-Verhältnis (so
ermittelt, wie weiter unten beschrieben) von seinem Sollwert abweicht,
werden bei der korrektiven Steuerung die Signale (Zählimpulse)
des Kraftstoff-Durchflussmessers
8 bzw.
8' modifiziert,
um der An steuerelektronik
18 einen anderen Kraftstoff-Volumenstrom
vorzutäuschen.
Aufgrund der (mittlerweile fehlerhaften) Kalibrierungsdaten und
den entsprechend modifizierten Kraftstoff-Volumenstromsignalen ergibt sich dann
eine korrekte Ansteuerung der Gaspumpen
14 und
14', so dass die
Volumenförderrate
(Volumenstrom) der Gaspumpe
14 bzw.
14' wieder möglichst
gut mit der der Kraftstoffpumpe
6 bzw.
6' übereinstimmt.
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Nun
wird anhand der 3 bis 5 erläutert, wie
mit Hilfe des einen Gas-Durchflussmessers 20 die Gasrückführung beider
Zapfpunkte 2, 2' überwacht
werden kann.
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Für Tankvorgänge, die
von unterschiedlichen Zapfpunkten 2, 2' der Zapfsäule 1 getätigt werden und
die keine zeitliche Überlappung
haben, ist die Auswertung problemlos, da die Gasflüsse den
Kraftstoffflüssen
eindeutig zugeordnet werden können.
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Bei
der Auswertung von überlappenden
Betankungsvorgängen
kann die Tatsache ausgenutzt werden, dass Betankungen beinahe ausschließlich so
erfolgen, dass nach Einführen
des Zapfventils in den Tankstutzen das Zapfventil betätigt wird
und die Betankung mit nahezu gleichförmigem Kraftstoff-Volumenstrom
(Kraftstoff-Durchfluss) erfolgt. Ein Beispiel einer solchen Tankfolge
eines Zapfpunktes ist in der 3 dargestellt.
Es sind jeweils die Momentanwerte des Kraftstoff-Durchflusses gezeigt.
Die Pausen zwischen den Tankvorgängen
sind nicht dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Kraftstoff-Durchfluss etwa
bei 40 l/min liegt. Der zeitliche Verlauf des Kraftstoff-Durchflusses
ist weitgehend kastenförmig
mit sehr steilen Flanken. Wenn ein Zapfpunkt mit mehreren Zapfschläuchen (für verschiedene
Vergaserkraftstoffe) ausgerüstet
ist, sind die Kraftstoff-Durchflüsse bei
den verschiedenen Zapfschläuchen
meist unterschiedlich, z.B. wegen unterschiedlicher Strömungswiderstände der
Kraftstofffilter, die sich mit der Zeit zusetzen.
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Wird
nun für
eine gewisse Zeit auf beiden Zapfsäulenseiten, d.h. an beiden
Zapfpunkten 2 und 2' (gemäß 4 auf
Seite A und auf Seite B), gleichzeitig getankt, dann addiert sich
für diese
Zeit der Gas-Durchfluss für
die Gasrückführung. Ein
Beispiel für
eine solche zeitliche Überlappung
ist in 3 gezeigt. Die Überlappung ist so gut wie niemals
100%, da die Tankvorgänge
nicht zu genau dem gleichen Zeitpunkt anfangen oder aufhören. In
dem gezeigten Beispiel ist erkennbar, dass zunächst der Tankvorgang auf Seite
A beginnt und der dazugehörige Gas-Durchfluss
ohne Beeinflussung durch die Seite B direkt mittels des einen Gas-Durchflussmessers 20 bestimmt
werden kann. Damit kann das Rückführraten-Verhältnis als
Quotient Gas-Volumenstrom/Kraftstoff-Volumenstrom (d.h. Gas-Durchfluss/Kraftstoff-Durchfluss)
für den
Tankvorgang auf Seite A bestimmt werden. Der Tankvorgang auf Seite
B beginnt später
und dauert über
das Ende des Tankvorganges auf Seite A hinaus an. In dem zeitlichen
Bereich nach Beendigung des Betankungsvorgangs auf Seite A lässt sich
der Gas-Durchfluss für
die Seite B und damit das Rückführraten-Verhältnis für die Seite
B bestimmen. Im direkten Überlappungsbereich
wird die Summe aus den Gas-Durchflüssen der Seite A und der Seite
B gemessen. Dieser Wert kann ebenfalls mit ausgewertet werden und
kann der Kontrolle dienen.
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Nach
Beendigung beider überlappender Tankvorgänge sind
sofort auch die vertankten Kraftstoffvolumina für beide Zapfsäulenseiten
bekannt. Aus den Gas-Durchflüssen
im Nichtüberlappungsbereich
und den durch die zeitlichen Verläufe der Kraftstoff-Durchflüsse auf
den Seiten A und B gegebenen Zeitmarken können die rückgeförderten Gasvolumina an den
Seiten A und B mittels der Beziehung Gasvolumen = Gas-Durchfluss·Zeit berechnet
werden. Für
den Überlappbereich
wird dabei von einer Nahezukonstanz der Gas-Durchflösse ausgegangen,
was in der Praxis nahezu immer gegeben ist. Damit kann das Rückführungsverhält nis als
Gasvolumen/Kraftstoffvolumen des jeweiligen Tankvorganges bestimmt
werden, falls dies vorgeschrieben wird.
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Um
die erläuterte
Auswertung durchführen zu
können,
müssen
also die in 4 gezeigten zeitlichen Verläufe zur
Verfügung
stehen. Dazu werden die von den beiden Kraftstoff-Durchflussmessern 8, 8' und von dem
Gas-Durchflussmesser 20 erhaltenen Messwerte in kurzen
vorgegebenen Zeitabständen
aufgezeichnet, wobei die Aufzeichnungszeitpunkte einander zugeordnet
werden. "Kurz" heißt hier,
dass die Zeitabstände
kurz gegen die typische Dauer eines Betankungsvorgangs sein müssen, um quasikontinuierliche
und aussagekräftige
Kurven wie in 4 zu erhalten. Die Messwerte
können
auch als Signale oder in kodierter Form aufgezeichnet oder gespeichert
werde. Die Datenspeicherung und die Auswertung erfolgen in der Überwachungsvorrichtung 22.
Damit das beschriebene Verfahren auf einem bestehenden System durchgeführt werden kann,
genügt
zur Umrüstung
meist bereits ein neues Programm, gegebenfalls ergänzt durch
Firmware oder auch Hardwarekomponenten.
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Ein
weiterer Fall ist in der 5 dargestellt. Hier beginnt
ebenfalls zunächst
ein Tankvorgang auf Seite A, und es kann der Gas-Durchfluss für diese Seite
bestimmt werden. Während
dieser Tankvorgang noch läuft,
beginnt ein Tankvorgang auf Seite B. Damit erhöht sich der gemessene Gas-Durchfluss um
den zusätzlichen
Gas-Durchfluss von der Gasrückführung der
Seite B. Der Tankvorgang von der Seite B ist jedoch früher beendet,
und der Gas-Durchfluss sinkt wieder auf den vorigen Wert der Seite
A ab. Wie aus dem Kurvenverlauf in dem Diagramm ersichtlich, lässt sich
der Gas-Durchfluss der Seite B durch Subtraktion des zuvor ermittelten Gas-Durchflusses
der Seite A von dem gemessenen Gas-Durchfluss im Überlappungsbereich
bestimmen. Somit kann auch das Rückführraten-Verhältnis für die beiden
Seiten A und B ermittelt werden. Die absoluten rückgeför derten Gasvolumina können in
zu dem Beispiel gemäß 4 analoger
Weise berechnet werden.