-
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffspeichersystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines derartigen Kraftstoffspeichersystems.
-
Kraftstoffspeichersysteme, welche über einen Haupttank und einen oder mehrere Zusatztanks verfügen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie werden insbesondere in Nutzfahrzeugen, Omnibussen und dgl. eingesetzt. Aus der
DE 35 03 953 A1 ist eine variable Nachtank- und Versorgungsanlage für Kraftstoff zur Vergrößerung des Fahrbereichs von Kraftfahrzeugen bekannt. Letztlich handelt es sich dabei um ein Kraftstoffspeichersystem mit einem Haupttank und wenigstens einem Zusatztank. Der Zusatztank ist über den Tankdeckel des Haupttanks mit diesem verbunden und kann manuell durch den Fahrer zugeschaltet werden, sodass der Haupttank durch den Zusatztank nachgefüllt wird. Die Kraftstoffförderanlage und dgl. ist dabei lediglich für den Haupttank notwendig, nicht für die Zusatztanks.
-
In Weiterentwicklungen, welche aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt sind, kann außerdem ein elektronisches Umschalten zwischen dem Haupttank und dem Zusatztank erfolgen. Dann wird typischerweise auch die Anzeige des Füllstands entsprechend umgeschaltet, sodass entweder der Füllstand des Haupttanks oder des Zusatztanks, je nachdem, welcher mit dem Motor verbunden ist, entsprechend angezeigt wird. Der Nachteil hierbei besteht einerseits in der Notwendigkeit der manuellen Umschaltung und andererseits darin, dass die Kraftstoffversorgungssysteme sowohl für den Haupttank als auch für den Zusatztank vorhanden sein müssen, was je nach Zahl der Zusatztanks einen erheblichen Mehraufwand darstellt.
-
Aus der
DE 10 2004 030 911 A1 ist ein Tankentlüftungssystem bekannt, welches beispielsweise in der Abbildung der
2 ebenfalls ein Kraftstoffspeichersystem mit einem Haupttank und einem Zusatztank nutzt. Über eine sehr komplexe Ventileinrichtung sind dabei verschiedene Schaltstellungen realisierbar, sodass der Kraftstoff beispielsweise zwischen den beiden Tanks fließen kann oder entweder vom einen oder vom anderen Tank zum Motor strömt. Der Motor bzw. die Verbrennungskraftmaschine in dieser Schrift ist dabei so ausgebildet, dass ein Kraftstoffrücklauf jeweils in den Haupttank führt, sodass nicht verbrauchter Kraftstoff in den Haupttank zurückgeleitet wird. Je nach Aufbau des Motors ist die Menge an zurückgeführtem Kraftstoff dabei vergleichsweise gering. Lediglich bei denen im Nutzfahrzeug noch vergleichsweise neu eingesetzten Common-Rail-Motoren steigt die Rücklaufmenge entsprechend an, sodass in diesem Fall ein sehr starkes Umpumpen vom Zusatztank in den Haupttank erfolgt. Je nach Größe des Haupttanks kann es bei größerem Zusatztank dann gegebenenfalls zu einem Überlaufen des Haupttanks kommen. Aus diesem Grund ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik auch bekannt, die Aufbauten doppelt vorzusehen, sodass die Kraftstoffversorgung einschließlich des Rücklaufs entweder aus dem Haupttank oder aus dem Zusatztank erfolgt und der Rücklauf jeweils in den Haupttank oder den Zusatztank zurückführt. Insgesamt ist dieser Aufbau relativ aufwändig, genauso wie das in der
DE 10 2004 030 911 A1 gezeigte sehr komplexe Ventil.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Kraftstoffspeichersystem bzw. ein Verfahren zum Steuern eines solchen Kraftstoffspeichersystems anzugeben, welches den Stand der Technik verbessert und insbesondere die genannten Nachteile vermeidet.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Kraftstoffspeichersystem mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den restlichen hiervon abhängigen Unteransprüchen.
-
Außerdem löst ein Verfahren zum Steuern eines derartigen Kraftstoffspeichersystems die Aufgabe. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens aus den abhängigen Unteransprüchen.
-
Bei dem Kraftstoffspeichersystem gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ventileinrichtung in einer Verbindungsleitung zwischen dem jeweiligen Tank und dem Verbrennungsmotor jeweils genau ein 2/2-Wege-Ventil aufweist. Über mehrere derartige 2/2-Wege-Ventile, welche außerordentlich einfach in ihrem Aufbau und dementsprechend kostengünstig sind, kann sehr effizient eine Kraftstoffversorgung entweder aus dem einen Tank oder aus dem anderen oder aus beiden realisiert werden. Auf das Umpumpen zwischen den Tanks kann, insbesondere bei Motortypen mit hoher Rücklaufmenge, sehr leicht verzichtet werden, sodass mit einem 2/2-Wege-Ventil je Tank ein außerordentlich einfacher und kostengünstiger Aufbau erzielt werden.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass jeder der Tanks einen Füllstandssensor aufweist, wobei die Messwerte einer zentralen Auswerteeinheit zuführbar sind. Die Messwerte der Füllstandssensoren werden also zentral ausgewertet, sodass über diese zentrale Auswerteeinheit gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Idee wenigstens eine Füllstandsanzeige angesteuert werden kann. Es kann dann immer der Gesamtfüllstand aus den beiden Tanks beispielsweise in einem Rundinstrument gemeinsam dargestellt werden oder es kann in einem digitalen Instrument der Füllstand der beiden Tanks beispielsweise in Balkendiagrammen übereinander oder mittels kumulierter Balken dargestellt werden. Dies stellt ein erhebliches Plus an Komfort für den Nutzer des Fahrzeugs dar, ohne dass hierdurch ein nennenswerter zusätzlicher Aufwand entsteht.
-
In einer besonders günstigen Weiterbildung der Idee kann es außerdem vorgesehen sein, dass über die zentrale Auswerteeinheit die 2/2-Wege-Ventile angesteuert werden. Dies ermöglicht eine vollautomatisierte Ansteuerung, sofern eine entsprechende Logik hinterlegt ist, sodass ein sehr einfaches und effizientes Kraftstoffspeichersystem entsteht.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern des Kraftstoffspeichersystems ist es vorgesehen, dass der Füllstand der Tanks entsprechend erfasst wird. Beim Unterschreiten einer ersten Mindestfüllmenge in dem Haupttank, welche beispielsweise bei 30% der Füllmenge des Haupttanks liegen kann, wird dann das dem Haupttank zugeordnete 2/2-Wege-Ventil geschlossen und das dem wenigstens einen Zusatztank zugeordnete 2/2-Wege-Ventil geöffnet. Es wird also vom Haupttank auf den Zusatztank umgeschaltet. Ferner ist es vorgesehen, dass immer dann, wenn die Kraftstoffmenge in dem Zusatztank eine vorgegebene Mindestfüllmenge in dem Zusatztank, beispielsweise 6% der Füllmenge, unterschreitet oder wenn die Kraftstoffmenge in dem Haupttank eine zweite Mindestfüllmenge überschreitet, beispielsweise ca. 70% der Füllmenge, das dem Zusatztank zugeordnete 2/2-Wege-Ventil geschlossen und das dem Haupttank zugeordnete 2/2-Wege-Ventil geöffnet wird. In diesen Situationen wird also vom Zusatztank wieder auf den Haupttank umgeschaltet. Einerseits ist der Zusatztank dann entsprechend leer und durch die in den Haupttank geleitete Rücklaufmenge ist der Haupttank wieder voll, sodass wieder aus dem Haupttank gefahren werden kann. Die zweite Alternative, bei welcher umgeschaltet wird, wenn die Kraftstoffmenge im Haupttank eine zweite Mindestfüllmenge überschreitet, kann sicherstellen, dass ein Überlaufen des Haupttanks sicher und zuverlässig vermieden wird.
-
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Idee kann es außerdem vorgesehen sein, dass durch das Verfahren im Fehlerfall, beispielsweise wenn einer der beiden Füllstandssensoren oder auch beide Füllstandssensoren ausfallen, oder wenn beispielsweise durch einen Kurzschluss ein Leitungsbruch oder dgl. das 2/2-Wege-Ventil an einem der Zusatztanks ausfällt, auf den Haupttank umgeschaltet wird, sodass ein sicherer und zuverlässiger Betrieb aus dem Haupttank möglich ist, solange sich Kraftstoff in diesem befindet. Man verliert in diesem Fall lediglich die erhöhte Reichweite durch den noch im Zusatztank befindlichen Kraftstoff, schaltet das System aber in einen sicheren Zustand, in dem dieses zuverlässig funktioniert und insbesondere ein Überlaufen des Haupttanks sicher ausgeschlossen werden kann. Kommt es zu einem entsprechenden Ausfall des 2/2-Wege-Ventils am Haupttank, dann gibt es keine zusätzliche Schaltung, das System vorab in dieser Situation und gibt idealerweise über eine Warnmeldung den Fehler an den Fahrer weiter, welcher dann entsprechend reagieren kann.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffspeichersystems und des Verfahrens zum Steuern desselben ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
-
Dabei zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung der Verschaltung des erfindungsgemäßen Kraftstoffspeichersystems; und
-
2 eine Prinzipdarstellung von möglichen Visualisierungen des Tankinhalts.
-
In der Darstellung der 1 ist ein Kraftstoffspeichersystem 1 dargestellt, welches beispielhaft einen Haupttank 2 und einen Zusatztank 3 aufweist. Sowohl in dem Haupttank 2 als auch in dem Zusatztank 3 befinden sich Füllstandssensoren 4, 5, welche den von ihnen erfassten Füllstand an ein zentrales Steuergerät 6 als Auswertelektronik 6 weitergeben. Dieses zentrale Auswerteelektronik 6 steuert, wie es aus der Darstellung der 1 zu erkennen ist, zwei 2/2-Wege-Ventile 7, 8, welche jeweils in einer Verbindungsleitung zwischen dem Haupttank 2 bzw. dem Zusatztank 3 einerseits und einem Verbrennungsmotor 9 andererseits liegen. Die Verbindungsleitungen sind dabei in Strömungsrichtung von den jeweiligen Tanks 2, 3 nach den Ventilen 7, 8 zusammengeführt und bilden eine gemeinsame Versorgungsleitung 11, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in eine so genannte Rail 12 des Verbrennungsmotors 9 mündet. Bei derartigen Common-Rail-Systemen ist es üblich, dass eine vergleichsweise große Kraftstoffmenge wieder zurückströmt. Hierfür ist eine Rücklaufleitung 13 vorgesehen, welche in den Haupttank 2 führt, und über welche Kraftstoff in den Haupttank 2 zurückgeführt wird.
-
Über die zentrale Auswerteelektronik 6 werden wie bereits erwähnt, die Werte der Füllstandssensoren 4, 5 entsprechend ausgewertet. Entsprechend einer Logik erfolgt dann eine Ansteuerung der 2/2-Wege-Ventile 7, 8 jeweils so, dass eines der Ventile 7, 8 geschlossen und das andere geöffnet wird. Ist das Ventil 8 geöffnet, erfolgt die Kraftstoffversorgung aus dem Haupttank 2, ist das Ventil 8 geschlossen und das Ventil 7 geöffnet, erfolgt die Kraftstoffversorgung aus dem Zusatztank 3. Nun ist es so, dass typischerweise die Kraftstoffversorgung zuerst aus dem Haupttank 2 erfolgt. Fällt die Kraftstoffmenge in dem Haupttank 2, welche durch den Füllstandssensor 4 erfasst wird, unter eine erste Mindestmenge, beispielsweise weniger als 30% der Füllmenge des Haupttanks 2, dann schaltet die zentrale Auswerteelektronik 6 die Ventile 7, 8 um, sodass das Ventil 8 geschlossen und gleichzeitig das Ventil 7 geöffnet wird. Nun erfolgt die Kraftstoffversorgung aus dem Zusatztank 3, wobei der Rücklauf über die Rücklaufleitung 13 weiterhin in den Haupttank 2 erfolgt.
-
Bei diesem Betrieb werden nun im Wesentlichen zwei Dinge überwacht. Einmal der Füllstand in dem Zusatztank. Infolge des Umpumpens von Kraftstoff über die Rücklaufleitung wird der Kraftstoff aus dem Zusatztank zunehmend in den Haupttank umgepumpt. Fällt die Kraftstoffmenge im Zusatztank 3 unter einen vorgegebenen Mindestfüllstand von beispielsweise 6% der Füllmenge des Zusatztanks 3, dann wird über die zentrale Auswerteelektronik 6 wieder zurückgeschaltet, das Ventil 7 also geschlossen und das Ventil 8 geöffnet. Jetzt liegt im Haupttank 2 wieder eine ausreichende Kraftstoffmenge vor, sodass der Verbrennungsmotor 9 aus dem Haupttank 2 betrieben werden kann. Zusätzlich wird überwacht, wie große der Füllstand in dem Haupttank 2 ist. Meldet der Füllstandssensor 4 einen Füllstand von beispielsweise mehr als 70% der Füllmenge des Haupttanks 2, dann wird ebenfalls das Ventil 7 geschlossen und das Ventil 8 geöffnet, sodass ein Überlaufen des Haupttanks 2 durch eine über die Rücklaufleitung 13 zurückgepumpte Kraftstoffmenge, welche ursprünglich aus dem Zusatztank 3 stammt, sicher und zuverlässig verhindert werden kann.
-
Mit einer einfachen Logik lässt sich so automatisiert eine ideale Kraftstoffausnutzung realisieren, ohne dass die Gefahr eines Überlaufens des Haupttanks durch die über die Rücklaufleitung 13 zurückgeförderte Kraftstoffmenge besteht, und ohne dass Komforteinbußen für den Nutzer des Fahrzeugs auftreten. Zusätzliche Sicherheitsschaltungen, wie eingangs beschrieben, sind dabei ferner möglich.
-
In der Darstellung der 2 ist nun dargestellt, wie die Auswerteeinheit 6 eine oder mehrere Füllstandsanzeigen steuern kann. In der Darstellung der 2 links oben sind die beiden Signalleitungen, welche von den Füllstandssensoren 4 bzw. 5 in die zentrale Auswerteelektronik 6 führen. Über Analog-Digital-Wandler 14, 15 werden diese typischerweise in Form einer Spannung oder eines Widerstandswerts vorliegenden Werte entsprechend umgewandelt. Über eine Kennlinie, in welcher Form und Gestaltung des jeweiligen Tanks 2, 3 hinterlegt ist, wird dann der Füllstand ermittelt. Es gibt nun zwei Möglichkeiten: Entweder werden diese Füllstände in dem mit 16 bezeichneten Addierer entsprechend addiert und dann gemeinsam einem mit 17 bezeichneten Display zugeführt, sodass insgesamt der gesamte zur Verfügung stehende Füllstand aus beiden Tanks 2, 3 angezeigt wird. In der Darstellung der 2 wird dabei ein maximaler theoretischer Füllstand in dem mit 18 bezeichneten Baustein bereitgestellt und entsprechend abgezogen, sodass eine prozentuale Restmenge an Kraftstoff angezeigt werden kann.
-
Eine Alternative ist in der Darstellung der 2 links oben zu erkennen. Diese ist mit 19 bezeichnet. Sie kann entweder ergänzend oder alternativ zu dem Display 17 vorhanden sein. In diesem Display 19 wird beispielhaft über zwei digitale Balkendiagramme der Füllstand des Haupttanks 2 und des Zusatztanks 3 entsprechend angezeigt. Durch die beschriebene Problematik der Rückförderung kann sich dieser während des Betriebs in beide Richtungen ändern, was gegebenenfalls für den nicht eingeweihten Nutzer verwirrend ist, sodass je nach Fahrzeugtyp und Kenntnisgrad des Nutzers gegebenenfalls das Display 17 zu bevorzugen ist. Alternativ zum Display 17 wäre auch eine kumulierte Darstellung der Balken denkbar. Die Gesamtlänge entspräche dann der Gesamtmenge, eine optische Trennung in 2 Teilbalken würde die Tanks 2, 3 einzeln symbolisieren. Dennoch kann das Display 19 wertvolle Informationen liefern und kann dementsprechend dennoch vorhanden sein. Im Falle von Sicherheitsproblemen können außerdem eine Warnleuchte oder dgl. vorhanden sein. Dies ist jedoch aus herkömmlichen Fahrzeugen bekannt, sodass hierauf nicht nochmals näher eingegangen wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3503953 A1 [0002]
- DE 102004030911 A1 [0004, 0004]
