DE102016009090A1

DE102016009090A1 - Verfahren zur Leckerkennung für einen Tank und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102016009090A1
Application number: DE102016009090.1A
Authority: DE
Inventors: Olaf Ohligschläger; Johann Scheiermann; Edwin Kreuzberg
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2036-07-27
Also published as: DE102016009090B4

Abstract

Aufgabe: Ein Verfahren zur Leckerkennung soll kostengünstiger dargestellt werden, gleichzeitig soll die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Verfahrens verbessert werden. Lösung: In einem ersten Verfahrensschritt wird mittels der Pumpe (2) so lange Luft mit einem hohen Luftförderstrom Q1 aus der Umgebung in den Tank (1) gepumpt, bis der Druck an einem mit dem Tank (1) verbundenen Druckschalter (4) einen oberen Druckschaltwert P2 erreicht, und in einem zweiten Verfahrensschritt wird mittels der Pumpe (2) ein geringerer Luftförderstrom Q2 aus der Umgebung in den Tank (1) gepumpt, wobei der Luftförderstrom Q2 dem zulässigen Leckagestrom des Tanks entspricht, und wobei dieser zweite Verfahrensschritt eine vorgegebene Zeit T1 andauert und nach dem Ablauf der Zeit T1 die Steuerung (5) eine Fehlermeldung an eine übergeordnete Steuerung (6) leitet, wenn der Druck im Tank (1) einen unteren Druckschaltwert P1 unterschreitet. Anwendung: Bevorzugt wird das beschriebene Verfahren zur Überprüfung von Tankanlagen in Fahrzeugen angewandt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckerkennung für einen Tank und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Eine wichtige Anwendung ist die Überwachung eines Treibstofftanks in einem Fahrzeug, hier muss mit erheblichen Temperaturänderungen und mit Änderungen des Luftdrucks der Umgebung gerechnet werden.
Stand der Technik:
Es ist bekannt, zur Leckerkennung einen Tank unter leicht erhöhten Druck zu setzen und dann den Druckverlauf zu beobachten, wobei aus dem Druckverlauf über der Zeit aus der Größe des Lecks geschlossen wird. Dieses Verfahren ist erheblich von dem Temperaturverlauf des Gases im Tank abhängig und daher wenig genau, in Fahrzeugen ist es wegen der dort üblichen Temperaturänderungen nicht geeignet. Eine Verbesserung ergibt sich bei einem Einsatz einer Pumpe, die über längere Zeit einen Fluidstrom erzeugt, der dem zulässigen Leckstrom entspricht. Bei diesem Verfahren ergibt sich ein deutlich geringerer Einfluss der Temperatur und des Umgebungsdrucks. Die unveröffentlichten Druckschriften DE 10 2016 004 100 und DE 10 2016 004 101 zeigen Geräte und Verfahren zur Erzeugung eines solchen Fluidstroms. Die bekannten Vorrichtungen zur Leckerkennung sind hinsichtlich der Herstellkosten und der Genauigkeit der Leckerkennung noch verbesserungswürdig. Insbesondere soll ein Druckaufnehmer vermieden werden, denn bei ausreichender Genauigkeit ist er in Relation zu den anderen Bauteilen recht teuer.
Aufgabe:
Bekannte Vorrichtungen zur Leckerkennung sollen kostengünstiger dargestellt werden, gleichzeitig soll die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Verfahrens verbessert werden.
Lösung:
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, weitere Ansprüche bilden das Verfahren fort und beschreiben Vorrichtungen zur vorteilhaften Anwendung der erfinderischen Verfahren.
Ähnlich wie bei bekannten Verfahren zur Leckerkennung wird hier ein kleiner Fluidstrom Q2 über eine längere Zeit T1 in den Tank eingebracht, der dem zulässigen Leckstrom entspricht. Dieser zulässige Leckstrom ergibt sich aus der Größe des Tanks und den gültigen Vorschriften für solche Tankanlagen. Wenn die Grenze des Zulässigen als Massestrom beschrieben ist, muss der zulässige Volumenstrom aus dem Massestrom und der Dichte durch Division oder anhand einer Tabelle berechnet werden. Ist der tatsächliche Leckstrom größer als Q2, wird der Druck im Tank langsam absinken, solange er noch höher ist als der Umgebungsdruck. Ist der tatsächliche Leckstrom kleiner als Q2, wird der Druck im Tank langsam ansteigen. Damit die Erkennung eines Lecks sicher ist, muss zu Beginn der Zeit T1 ein über dem Umgebungsdruck liegender Druck P2 vorliegen. Die in diesem Verfahren genutzte Pumpe muss in der Lage sein, den Tank recht schnell auf den Druck P2 zu bringen, und danach den sehr geringen Fluidstrom Q2 zu erzeugen. Vorteilhafterweise setzt man für diese Aufgabe eine Pumpe ein, die von einem Elektromagneten pulsierend angetrieben wird, dann kann man durch die Pulsfrequenz den Förderstrom in einem weiten Bereich einstellen. Zum Aufbau eines Drucks P2 im Tank dient der größere Förderstrom Q1, zur Prüfung des Lecks der kleinere Förderstrom Q2. Der Druck P2 wird mittels eines Druckschalters erfasst, der eine hohe Zuverlässigkeit, eine ausreichende Genauigkeit und geringe Kosten miteinander verbindet. Bei der Prüfung des Tanks auf ein Leck während der Zeit T1 wird der Druck im Tank bei einem dichten Tank weiter steigen oder mindestens gleich hoch bleiben. Nur wenn der Tank ein unzulässiges Leck aufweist, fällt der Druck während der Zeit T1 unter den unteren Druckschaltwert P1.
Wenn der Druckschalter keine oder nur eine sehr geringe Hysterese aufweist, fallen P1 und P2 praktisch zusammen. Es kann aber vorteilhaft sein, einen Druckschalter mit zwei einstellbaren Druckschaltwerten zu verwenden, dann kann man durch eine geeignete Wahl der Druckschaltwerte die Empfindlichkeit des Prüfverfahrens beeinflussen und falsche Leckanzeigen besser vermeiden. Wenn sich während der Zeit T1 für die Prüfung die Temperatur im Tank ändert, kann das zu einem falschen Prüfergebnis führen, denn bei einer Temperaturerhöhung steigt auch der Druck im Gas. Um falsche Prüfergebnisse zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Temperatur im Tank zu überwachen und bei einer zu großen steigenden oder fallenden Temperaturänderung Δτ das Prüfergebnis zu verwerfen und eine neue Prüfung durchzuführen. Auch der Umgebungsdruck kann das Prüfergebnis verfälschen, daher ist es vorteilhaft, den Umgebungsdruck in die Prüfung einzubeziehen. Das kann durch die Verwendung eines Druckschalters geschehen, der nicht den absoluten Druck im Tank, sondern den Differenzdruck zwischen Tank und Umgebung misst. Alternativ dazu oder in Kombination damit kann der Umgebungsdruck berücksichtigt werden, indem von einem ohnehin im Fahrzeug vorhandenen Drucksensor ein Signal auch zu der Steuerung für die Leckprüfung geleitet wird. Ist der Umgebungsdruck bekannt, kann er auch dazu genutzt werden, den zu erzeugenden Förderstrom Q2 genauer zu berechnen, denn aus dem Umgebungsdruck ergibt sich auch die Dichte des Leckstroms. Die Berechnung erfolgt vorteilhafterweise anhand einer vorbestimmten Tabelle, die in der Steuerung abgelegt ist. Liegt kein Messwert für den Umgebungsdruck vor, kann aus einer bekannten geodätischen Höhe des Tanks ein angenäherter Druck berechnet werden. Dabei ist die geodätische Höhe zum Beispiel von einem im Fahrzeug befindlichen Navigationssystem zu ermitteln und weiterzuleiten. Die Berechnung des Drucks aus der geodätischen Höhe geschieht vorteilhafterweise ebenfalls mittels einer in der Steuerung abgelegten Tabelle.
Anwendung:
Bevorzugt wird das beschriebene Verfahren zur Überprüfung von Tankanlagen in Fahrzeugen angewandt.
Bilder:
1 zeigt den schematischen Aufbau der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
2 zeigt die Ausführung der Pumpe mit einer verformbaren Wandung.
3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des Druckverlaufs bei einem dichten und bei einem undichten Tank
Beispielhafte Ausführung:
Ein mindestens zeitweise dicht verschließbarer Tank (1) gemäß 1 ist mit einer elektrisch angetriebenen Pumpe (2) durch eine Leitung (3) verbunden und die Pumpe (2) wird durch eine Steuerung (5) mit Energie versorgt und gesteuert. Zur Erkennung eines Lecks in dem Tank (1) wird in einem ersten Verfahrensschritt mittels der Pumpe (2) so lange Luft mit einem hohen Luftförderstrom Q1 aus der Umgebung in den Tank (1) gepumpt, bis der Druck an einem mit dem Tank (1) verbundenen Druckschalter (4) einen oberen Druckschaltwert P2 erreicht und der Druckschalter (4) dies als elektrisches Signal an die Steuerung (5) meldet. 3 zeigt den Druckverlauf als Funktion der Zeit. In einem zweiten Verfahrensschritt wird mittels der Pumpe (2) ein geringerer Luftförderstrom Q2 aus der Umgebung in den Tank (1) gepumpt, wobei der Luftförderstrom Q2 dem zulässigen Leckagestrom des Tanks entspricht oder aus dem zulässigen Massestrom durch eine Tabellenfunktion abgeleitet ist. Der Druckschalter wird wahlweise nur von dem Druck im Tank (1) beaufschlagt und schaltet entsprechend einem Absolutdruck, oder er wird einerseits vom Druck im Tank beaufschlagt und andererseits von dem Druck der Umgebung, dann schaltet er entsprechend dem Differenzdruck.
Der zweite Verfahrensschritt dauert eine vorgegebene Zeit T1 an, und nach dem Ablauf der Zeit T1 leitet die Steuerung (5) eine Fehlermeldung an eine übergeordnete Steuerung (6) und/oder an eine Meldeeinrichtung, wenn der Druck im Tank (1) einen unteren Druckschaltwert P1 unterschreitet.
Vorzugsweise wird während der Zeit T1 für den zweiten Verfahrensschritt zusätzlich die Temperatur in dem Tank (1) durch einen Temperatursensor (8) überwacht. Wenn die Änderung der Temperatur in dem Tank während der Zeit T1 größer war als eine vorgegebene positive Temperaturänderung Δτ1 oder keiner war als eine vorgegebene negative Temperaturänderung Δτ2 wird keine Fehlermeldung erzeugt, es wird aber nach dem Ablauf der Zeit T1 eine weitere Leckageprüfung nach dem oben geschilderten Verfahren begonnen.
In einer weiteren ersten Verbesserung des Verfahrens wird mittels eines Drucksensors (9) der Umgebungsdruck während der Zeit T1 des zweiten Verfahrensschritts gemessen und der ermittelte Wert des Umgebungsdrucks in der elektrischen Steuerung (5) genutzt, um den Luftförderstrom Q2 anhand einer vorher empirisch ermittelten Formel aus dem zulässigen Leckagestroms des Tanks und dem Umgebungsdruck zu berechnen.
In einer zweiten Verbesserung des Verfahrens wird mittels der bekannten geodätischen Höhe des Tanks (1) der Umgebungsdruck während der Zeit T1 des zweiten Verfahrensschritts berechnet und dass der ermittelte Wert des Umgebungsdrucks in der elektrischen Steuerung (5) genutzt wird, um den Luftförderstrom Q2 anhand einer vorher empirisch ermittelten Formel aus dem zulässigen Leckagestroms des Tanks und dem Umgebungsdruck zu berechnen. Dabei ist die geodätische Höhe aus einem Navigationsverfahren bekannt oder sie wird aus einer Karte entnommen und übertragen.
Die elektrische Steuerung (5) ist vorzugsweise mit einem Druckschalter (4), einem Temperatursensor (8) und einem Drucksensor (9) elektrisch verbunden, wobei der Druckschalter (4) den Druck in dem Tank (1) überwacht, der Temperatursensor (8) die Temperatur des Mediums in dem Tank (1) misst und der Drucksensor (9) den Umgebungsdruck misst.
Weiter vorzugsweise weist der Druckschalter (4) eine Hysterese für den gemessenen Druck auf, so dass der Druckschalter bei dem oberen Druckschaltwert P2 einschaltet und darüber eingeschaltet bleibt, und bei dem unteren Druckschaltwert P1 ausschaltet und darunter ausgeschaltet bleibt. Mindestens einer der beiden Druckschaltwerte ist vorteilhafterweise einstellbar, wenn beide einstellbar sind, ist auch eine Ausführung ohne Hysterese möglich.
In einer alternativen Ausführung weist der Druckschalter (4) drei Schaltstellungen auf, wobei die beiden Druckschaltwerte für die Umschaltung zwischen den Schaltstellungen einstellbar sind, und wobei eine erste Schaltstellung bei einem Druck kleiner oder gleich dem unteren Druckschaltwert P1 wirkt, eine zweite bei einem Druck zwischen dem unteren und dem oberen Druckschaltwert P2 und eine dritte bei einem Druck oberhalb oder gleich dem oberen Druckschaltwert P2, wobei in der ersten und in der dritten Schaltstellung unterschiedliche elektrische Kontakte betätigt werden.
Wenn ein Drucksensor (9) für den Umgebungsdruck verwendet wird, muss dieser nicht direkt mit der Steuerung (5) elektrisch verbunden sein, sondern er kann auch über eine übergeordnete Steuerung (6) sein elektrisches Signal an die Steuerung (5) senden. Das ist besonders dann der Fall, wenn ein ohnehin für andere Aufgaben erforderlicher Drucksensor genutzt wird.
Vorzugsweise ist die Pumpe (2) eine durch einen Elektromagneten (10) angetriebene Hubkolbenpumpe, deren Förderstrom durch eine Frequenz von elektrischen Impulsen eingestellt wird, wobei diese Impulse Strom- oder Spannungsimpulse sind und von der Steuerung (5) erzeugt werden und den Elektromagneten der Pumpe beaufschlagen.
Alternativ dazu besteht gemäß 2 die durch einen Elektromagneten (10) angetriebene Pumpe (2) aus einer Kammer (11) mit einer elastisch durch die Kraft des Elektromagneten verformbaren Wandung (12) sowie aus zwei Ventilen (13, 14). Auch dabei wird der Förderstrom durch eine Frequenz von elektrischen Impulsen eingestellt, wobei diese Impulse Strom- oder Spannungsimpulse sind und von der elektrischen Steuerung (5) erzeugt werden.
Bezugszeichenliste

1: Tank
2: Pumpe
3: Leitung
4: Druckschalter
5: Steuerung
6: Übergeordnete Steuerung
8: Temperatursensor
9: Drucksensor
10: Elektromagnet
11: Kammer
12: Wandung
13: Ventil
14: Ventil

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 102016004100 [0002]
DE 102016004101 [0002]

Claims

Verfahren zur Erkennung eines Lecks in einem mindestens zeitweise dicht verschließbaren Tank (1), wobei dieser Tank mit einer elektrisch angetriebenen Pumpe (2) durch eine Leitung (3) verbunden ist und wobei die Pumpe (2) durch eine Steuerung (5) mit Energie versorgt und gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt mittels der Pumpe (2) so lange Luft mit einem hohen Luftförderstrom Q1 aus der Umgebung in den Tank (1) gepumpt wird, bis der Druck an einem mit dem Tank (1) verbundenen Druckschalter (4) einen oberen Druckschaltwert P2 erreicht und der Druckschalter (4) dies als elektrisches Signal an die Steuerung (5) meldet, und in einem zweiten Verfahrensschritt mittels der Pumpe (2) ein geringerer Luftförderstrom Q2 aus der Umgebung in den Tank (1) gepumpt wird, wobei der Luftförderstrom Q2 dem zulässigen Leckagestrom des Tanks entspricht oder aus dem zulässigen Massestrom durch eine Tabellenfunktion abgeleitet ist, und wobei dieser zweite Verfahrensschritt eine vorgegebene Zeit T1 andauert und nach dem Ablauf der Zeit T1 die Steuerung (5) eine Fehlermeldung an eine übergeordnete Steuerung (6) und/oder an eine Meldeeinrichtung leitet, wenn der Druck im Tank (1) einen unteren Druckschaltwert P1 unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Zeit T1 für den zweiten Verfahrensschritt zusätzlich die Temperatur in dem Tank (1) durch einen Temperatursensor (8) überwacht wird, und keine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn die Änderung der Temperatur in dem Tank während der Zeit T1 größer war als eine vorgegebene positive Temperaturänderung Δτ1 oder keiner war als eine vorgegebene negative Temperaturänderung Δτ2, wobei aber nach dem Ablauf der Zeit T1 eine weitere Leckprüfung nach dem oben geschilderten Verfahren begonnen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Drucksensors (9) der Umgebungsdruck während der Zeit T1 des zweiten Verfahrensschritts gemessen wird und dass der ermittelte Wert des Umgebungsdrucks in der elektrischen Steuerung (5) genutzt wird, um den Luftförderstrom Q2 anhand einer vorher empirisch ermittelten Formel aus dem zulässigen Massestrom des Tanks und dem Umgebungsdruck zu berechnen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der bekannten geodätischen Höhe des Tanks (1) der Umgebungsdruck während der Zeit T1 des zweiten Verfahrensschritts berechnet wird und dass der ermittelte Wert des Umgebungsdrucks in der elektrischen Steuerung (5) genutzt wird, um den Luftförderstrom Q2 anhand einer vorher empirisch ermittelten Formel aus dem zulässigen Massestrom des Tanks und dem Umgebungsdruck zu berechnen
Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuerung (5) mit einem Druckschalter (4), einem Temperatursensor (8) und einem Drucksensor (9) elektrisch verbunden ist, wobei der Druckschalter (4) den Druck in dem Tank (1) überwacht, der Temperatursensor (8) die Temperatur des Mediums in dem Tank (1) misst und der Drucksensor (9) den Umgebungsdruck misst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschalter (4) eine Hysterese für den gemessenen Druck aufweist, so dass der Druckschalter bei dem oberen Druckschaltwert P2 einschaltet und darüber eingeschaltet bleibt, und bei dem unteren Druckschaltwert P1 ausschaltet und darunter ausgeschaltet bleibt, und dass mindestens einer der beiden Druckschaltwerte einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschalter (4) drei Schaltstellungen aufweist, wobei die Druckschaltwerte für die Umschaltung zwischen den Schaltstellungen einstellbar sind, und wobei eine erste Schaltstellung bei einem Druck kleiner oder gleich dem unteren Druckschaltwert P1 wirkt, eine zweite bei einem Druck zwischen dem unteren und dem oberen Druckschaltwert P2 und eine dritte bei einem Druck oberhalb oder gleich dem oberen Druckschaltwert P2, wobei in der ersten und in der dritten Schaltstellung unterschiedliche elektrische Kontakte betätigt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (9) nicht direkt mit der Steuerung (5) elektrisch verbunden ist, sondern über eine übergeordnete Steuerung (6) sein elektrisches Signal an die Steuerung (5) sendet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) eine durch einen Elektromagneten (10) angetriebene Hubkolbenpumpe ist, deren Förderstrom durch eine Frequenz von elektrischen Impulsen eingestellt ist, wobei diese Impulse Strom- oder Spannungsimpulse sind und von der Steuerung (5) erzeugt werden und den Elektromagneten (10) der Pumpe (2) beaufschlagen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) durch einen Elektromagneten (10) angetrieben ist und aus einer Kammer (11) mit einer elastisch durch die Kraft des Elektromagneten verformbaren Wandung (12) sowie aus zwei Ventilen (13, 14) besteht, wobei der Förderstrom durch eine Frequenz von elektrischen Impulsen eingestellt ist, und diese Impulse Strom- oder Spannungsimpulse sind und von der elektrischen Steuerung (5) erzeugt werden und den Elektromagneten (10) der Pumpe beaufschlagen.