DE10342131A1

DE10342131A1 - Durchflußsensor zur Erfassung der Rückführgasmenge an einer Kraftstoff-Tankeinrichtung

Info

Publication number: DE10342131A1
Application number: DE10342131A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. Boye; Lothar Dr. Albano-Müller
Original assignee: SCHWELM ANLAGENTECHNIK GmbH
Current assignee: SCHWELM ANLAGENTECHNIK GmbH
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2004-04-15
Also published as: DE20215082U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Durchflußsensor zur Erfassung der über eine Zapfpistole (2) einer Kraftstoff-Tankeinrichtung zurückgesaugten Rückführgasmenge, mit einem Strömungsgehäuse (17), in dem ein Strömungskanal (18) angeordnet ist, der zulaufseitig (19) mit der Zapfpistole (2) und ablaufseitig (20) mit einer Saugpumpe (9) in Verbindung steht, und der einen Venturikanal (21) aufweist, der einen Einlauf (22), eine Engstelle (23) und eine anschließende Erweiterung (24) aufweist, an dessen Eintrittsseite ein erster Druckmeßkanal (25) abzweigt, der einem ersten Drucksensor (26) zugeordnet ist und an dessen Engstelle (23) ein zweiter Druckmeßkanal (27) abzweigt, der einem zweiten Drucksensor (28) zugeordnet ist, wobei beide Drucksensoren (26, 28) zur Ermittlung des Volumenstroms der Rückführgase aus der Differenz der erfaßten Drücke mit einer Auswerte- und Steuerschaltung (13, 14, 15) verbunden sind.

Description

An Tankeinrichtungen für Kraftstoffe, insbesondere für Otto-Kraftstoffe, ist es inzwischen vorgeschrieben, daß die Zapfpistole mit einer Absaugöffnung versehen sein muß, über die mittels einer Saugpumpe die bei der Betankung eines Fahrzeuges freigesetzten Treibstoffdämpfe noch innerhalb des Tankstutzens abgesaugt und in den Lagertank zurückgeführt werden.
Da in der Regel für jede Kraftstoffart mehrere Zapfsäulen vorgesehen sind, können je Treibstoffart über eine Saugpumpe mehrere Zapfpistolen während des Tankvorganges mit Unterdruck beaufschlagt werden, wobei der Volumenstrom des abzusaugenden Luft-Kraftstoff-Gemisches proportional zum Kraftstoffvolumen eingestellt ist. Es hat sich hierbei herausgestellt, daß aus den unterschiedlichsten Gründen an einer oder mehreren, mit einer Saugpumpe verbundenen Zapfpistolen Störungen auftreten können, die zu einer fehlerhaften Unterdruckbildung an der Absaugöffnung der Zapfpistole führen, so daß die bei dem Betanken frei werdenden Kraftstoffdämpfe nicht oder nur in ungenügender Menge abgesaugt werden und in die Atmosphäre austreten können. Wird zuviel abgesaugt, kann sich ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch bilden.

Für die Saugpumpe selbst ist üblicherweise eine direkte Betriebsüberwachung mit Störungsanzeige vorgesehen. Für die Kontrolle der Absaugverhältnisse im Bereich der Zapfpistole ist eine Überwachung in der Weise vorgesehen, daß bei jeder Betankung in einem sogenannten "Zielfenster" für den gemessenen Kraftstoffvolumenstrom zwischen 25 l/min und 50 l/min ein vorgegebener Volumenstrom für das Rückführgas erfaßt wird. Weicht der Volumenstrom für das Rückführgas um mehr als ± 15% im Verhältnis zum gemessenen Kraftstoffvolumenstrom in einem Tankzyklus ab, bedeutet dies, daß ein Fehler in der Steuerung der Gasrückführung an dem betreffenden Betankungsplatz aufgetreten ist. Werden mehr als zehn Überschreitungen der vorgegebenen Abweichung von ± 15% hintereinander gemessen, so muß entsprechend den Vorschriften das Betankungssystem für den Betreiber ein Störungssignal auslösen. Der Betreiber ist verpflichtet, das System warten und/oder neu einstellen zu lassen. Erfolgt dies nicht innerhalb von 72 Stunden nach Auslösung des Störsignals, wird der als gestört gemeldete Tankplatz automatisch gesperrt.

Aus DE-U-200 0 536.0 ist ein mechanischer Durchflußsensor zur Erfassung des Volumenstroms der Rückführgasmenge bekannt, der im wesentlichen durch ein als Schaufelrad ausgebildetes Meßrad gebildet wird, das in der Rückgasleitung angeordnet und mit einem Impulsgeber verbunden ist. Da bei einem Durchfluß einer Gasströmung durch das Schaufelrad die Drehzahl proportional zum Mengenstrom des durchströmenden Rückvergasers ist, kann über eine entsprechende Impulszählung die beim jeweiligen Tankvorgang im Bereich der Zapfpistole abgesaugte Gasmenge erfaßt und im Verhältnis zu der die Zapfpistole durchströmenden Kraftstoffmenge gesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten, ohne beweglichen Teile arbeitenden Durchflußsensor zu schaffen, der eine individuelle Erfassung des Volumenstroms der Rückführgasmenge ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Durchflußsensor, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmal aufweist. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Durchflußsensors besteht zum einen darin, daß keine beweglichen Teile benötigt werden, sondern durch eine Differenzdruckmessung auf der Basis des vorgegebenen Verhältnisses des Strömungsquerschnitts auf der Eintrittsseite zum Venturikanal zum Querschnitt Engstelle des Venturikanals auf der Basis des Kontuinitätssatzes v₁ × F₁ = v₂ × F₂ mit v = Geschwindigkeit und F = Strömungsquerschnitt sowie dem Gesetz von Bernoulli, wonach für eine Flüssigkeit mit vorgegebener Dichte gilt p + v²/2 = konstant ist. Durch eine Erfassung des statischen Drucks an der Eintrittsseite und des statischen Drucks an der Engstelle ist der Volumenstrom erfaßbar. Die Druckerfassung erfolgt mit vorzugsweise elektrischen Drucksensoren, erfindungsgemäß mit piezo-elektrischen Drucksensoren, so daß die erfaßten Meßwerte in einer elektronischen Auswerteschaltung umgesetzt und entsprechend nutzbar gemacht werden können. Der Venturikanal kann mit großer Genauigkeit gefertigt werden. Auch die zur Verfügung stehenden Drucksensoren weisen nur geringe Meßwerttoleranzen auf, so daß das System in den hier geforderten Grenzen zuverlässig kalibriert werden kann.

Weitere Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Die schematischen Zeichnungen zeigen in
1 eine Tankeinrichtung mit einer Anordnung eines Durchflußsensors in Form eines Blockschaltbildes,
2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Durchflußsensor,
3 eine vergrößerte Darstellung des Aufbaus des Venturikanals.
In 1 ist in Form eines Blockschaltbildes eine Anordnung eines Durchflußsensors D in Verbindung mit einer Tankeinrichtung dargestellt. An einer Zapfsäule 1 mit einer oder mehreren Zapfpistolen 2 für jeweils vorgegebene Kraftstoffsorten ist je Zapfpistole eine Zumeßeinrichtung 3 beispielsweise in Form einer volumetrisch arbeitenden Pumpe für den abzugebenden Kraftstoff vorgesehen. Die Zapfpistole 2 weist neben ihrer Austrittsöffnung 4 für den abzugebenden Kraftstoff eine Absaugöffnung 5 auf, die in der Nähe der Austrittsöffnung 4 angeordnet ist und die sich beim Tankvorgang im Tankstutzen 6 befindet. Die Ansaugöffnung 5 steht über eine in den Zapfschlauch 7 integrierte Rückführleitung 5 mit einer dem Lagertank zugeordneten Saugpumpe 9 in Verbindung, so daß über den beim Tankvorgang an der Absaugöffnung 8 anliegenden Unterdruck durch die Rückführleitung 8 die bei der Betankung frei werdenden Kraftstoffdämpfe unmittelbar am Einfüllstutzen 6 abgesaugt werden können.
Zweckmäßigerweise ist der Durchflußsensor D in der innerhalb der Zapfsäule geführten Rückführleitung 8 angeordnet.
In der Rückführleitung 8 ist auf der Zulaufseite zur Saugpumpe 9 ein Proportionalventil 10 angeordnet, durch das der freie Strömungsquerschnitt der Rückführleitung 8 proportional zu der durch den Tankschlauch 7 geführten Kraftstoffmenge geöffnet wird. Hierzu ist vorzugsweise eine Magnetregelventil vorgesehen. Hierdurch ist sichergestellt, daß nur ein an den Kraftstoffvolumenstrom angepaßter Volumenstrom des Rückführgases abgesaugt wird, um möglichst wenig Luft mit abzusaugen und so das Verhältnis von Kraftstoffdampf und Luft außerhalb eines explosionsgefährlichen Mischungsverhältnisses zu halten.
Der Förderpumpe 3 ist auslaßseitig ein sogenannter Gasmeßverhüter 11 zugeordnet, in dem im geförderten Kraftstoff etwa vorhandene Dampfblasen ausgeschieden werden, so daß in einer nachgeschalteten volumetrischen Meßeinrichtung 12 nur das geförderte Flüssigkeitsvolumen gemessen wird. Das gemessene Flüssigkeitsvolumen wird vom Meßwertrechner 13 auf einen Kassendrucker 14 aufgeschaltet.
Der Meßwertrechner 13 gibt ferner ein Stellsignal an das Proportionalventil 10 ab, durch das der freie Querschnitt in der Gasrückführleitung 8 entsprechend dem geförderten Volumenstrom des Kraftstoffs für einen vorgegebenen Volumenstrom für das Rückführgas eingestellt wird.
Der Durchflußsensor D ist auf einen Auswerterechner 15 aufgeschaltet, der den jeweils erfaßten Volumenstrom des Rückführgases ermittelt. Der Auswerterechner 15 ist auf den Meßwertrechner 13 aufgeschaltet, in dem entsprechend der Vorgabe überwacht wird, daß der Volumenstrom des Rückführgases nicht mehr als 5% von dem dem Kraftstoffvolumen zugeordneten Sollwert abweicht.
Der Auswerterechner 15 steht mit Signaleinrichtungen 16 und 17 in Verbindung, beispielsweise in Form von Signalleuchten, die zum einen dem Kassenrechner zugeordnet sind und/oder unmittelbar an der jeweiligen Zapfsäule vorgesehen sind. Mit einer Anzeige "grün" wird ein ordnungsgemäßer Betrieb der Gasrückführung angezeigt. Bei einer Anzeige "rot" wird "Störung" angezeigt. Dies kann in der Weise geschehen, daß dem Auswerterechner 15 ein Zählwerk zugeordnet ist, das erst dann die Anzeige "rot" ausliest, wenn mehrfach hintereinander, beispielsweise zehn mal hintereinander, eine Über- bzw. Unterschreitung des vorgegebenen Sollwertes für die Gasrückführmenge festgestellt worden ist.
Dem Auswerterechner 15 kann eine Zeituhr zugeordnet sein, die nach der Auslösung des Störungssignals "rot" dann nach Ablauf von 72 Stunden durch ein Signal an den Meßwertrechner 13 die zugeordnete Förderpumpe 3 abschaltet und eine Inbetriebnahme erst dann wieder ermöglicht, wenn eine Wartung durchgeführt worden ist.
In 2 ist in einem Längsschnitt der Aufbau eines erfindungsgemäßen Durchflußsensors D näher dargestellt. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Strömungsgehäuse 17, in dem ein Strömungskanal 18 angeordnet ist. Der Strömungskanal 18 steht mit seiner Zulaufseite 19 über die Rückführleitung 8 mit der Zapfpistole in Verbindung und mit seiner Ablaufseite 20 über die Rückführleitung 8 mit der Saugpumpe 9 in Verbindung und wird in Richtung des Pfeiles durchströmt.
Im Strömungskanal 18 ist ein Venturikanal 21 angeordnet, der einen Einlauf 22 zu einer Engstelle 23 aufweist und mit einer an die Engstelle 23 anschließenden Erweiterung 24 versehen ist. An der Eintrittsseite des Einlaufs 22 zweigt ein Druckmeßkanal 25 ab, der einem ersten Drucksensor 26 zugeordnet ist. Von der Engstelle 23 zweigt ein zweiter Druckmeßkanal 27 ab, der einem zweiten Drucksensor 28 zugeordnet ist. Beide Drucksensoren 26 und 28 sind mit der Auswerteschaltung 15 verbunden, die hier nur schematisch dargestellt ist. Zumindest ein Teil der Auswerteschaltung 15 kann beispielsweise in einen Trägerkörper 29 integriert sein, der auch die beiden Drucksensoren 26 und 28 trägt.
Wie aus 2 ersichtlich, ist dem als Venturikanal ausgebildeten Teil des Strömungskanals 18 eine Beruhigungsstrecke 30 vorgeordnet, bei der das Verhältnis ihrer Länge zum Durchmesser 10 : 1 beträgt. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß der Durchmesser der Beruhigungsstrecke 30 dem Durchmesser des Austritts 31 am Venturikanal 21 entspricht. Hierdurch werden Turbulenzen und Randstörungen der zufließenden Gasströmung minimiert, so daß im Eintrittsbereich 22 des Venturikanals 21 eine über den Querschnitt der Beruhigungsstrecke in etwa gleichförmige Strömung vorliegt, die eine zuverlässige Druckerfassung über den Sensor 26 ermöglicht.
Zur Vereinfachung der Herstellung des Venturikanals ist dieser als getrenntes Bauteil in eine Axialbohrung 32 des Strömungsgehäuses 17 abgedichtet eingesetzt. Das den Venturikanal 21 bildenden Bauteil ist hierbei zweiteilig ausgebildet und weist einen Einlauf teil 33 mit einer Teillänge der Engstelle 23 und einen Auslaufteil mit einer Teillänge der Engstelle 23 mit anschließender Erweiterung 24 auf.
Wie aus der vergrößerten Darstellung in 3 ersichtlich, weist der Einlaufteil 33 eine axiale Ausnehmung 35 auf, in die ein zapfenförmiges Endstück 36 des Auslaufteils 34 mit seiner zugehörigen Teillänge der Engstelle 23 eingesteckt ist.
Die jeweils einander zugekehrten Stirnflächen 37 und 38 von Aufnahme 35 und Endstück 36 sind mit Abstand zueinander angeordnet und begrenzen einen zur Engstelle hin offenen Ringraum 39, der über den Druckkanal 27 mit dem zweiten Drucksensor 28 in Verbindung steht.
Die Axialbohrung 32 weist in diesem Bereich eine Fensteröffnung 40, die dem zweiten Drucksensor 28 zugeordnet ist, wobei ein Ringraum 27.1 im Bereich der Fensteröffnung 40 den entsprechenden Teil des Druckkanals 27 bildet.
Die dem Auslaßteil 34 abgekehrte Stirnfläche des Einlaufteils 33 ist mit Abstand zur entsprechenden Endfläche der Axialbohrung 32 angeordnet und begrenzt auch hier einen zum Strömungskanal 30 offenen Ringraum 41, der einen Teil des ersten Druckkanals 25 bildet, der mit dem ersten Drucksensor 26 in Verbindung steht. Auch dem ersten Drucksensor 26 ist in der Wandung der Axialbohrung 32 eine Fensteröffnung 43 zugeordnet.
Zur Bildung der Ringräume 39 bzw. 41 sind die einander zugeordneten Stirnflächen, vorzugsweise die Stirnflächen am Einlaufteil 33 mit Stütznoppen vorgesehen, die die jeweilige Stirnfläche um das Maß des zu bildenden Abstandes für den Ringraum überragen.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen, sind der Einlauf teil 33 und der Auslaufteil 34 über entsprechende Dichtungen 44 und 45 abgedichtet in die Axialbohrung 32 eingesetzt. Durch einen Sicherungsring 47 ist der Venturikanal mit seinen beiden Bauteilen in der Axialbohrung 32 fixiert.
Die beiden Drucksensoren 26 und 28 sind auf dem Trägerkörper 29 befestigt, der mit entsprechenden Steckzapfen versehen ist und der mit diesen Steckzapfen in entsprechende Ausnehmungen an den Fensteröffnungen 40 und 43 eingesteckt ist. Der Trägerkörper 29 kann in einer Ausnehmung 51 des Strömungsgehäuses eingesetzt und mit einer Abdeckung 52 dicht verschlossen sein. Die Abdeckung 52 weist in diesem Falls noch eine Druckausgleichsbohrung 53 auf, so daß die Ausnehmung 51 immer unter Atmosphärendruck steht und dementsprechend die Drucksensoren jeweils den Druck gegenüber der Atmosphäre erfassen. die Der Auswerterechner 15 steht über ein nicht dargestelltes Kabel mit dem Meßwertrechner 13 in Verbindung, das mit einer üblichen Verschraubung abgedichtet durch die Bohrung 54 nach außen geführt ist.

Claims

Durchflußsensor zur Erfassung der über eine Zapfpistole (2) einer Kraftstoff-Tankeinrichtung zurückgesaugten Rückführgasmenge, mit einem Strömungsgehäuse (17), in dem ein Strömungskanal (18) angeordnet ist, der zulaufseitig (19) mit der Zapfpistole (2) und ablaufseitig (20) mit einer Saugpumpe (9) in Verbindung steht, und der einen Venturikanal (21) aufweist, der einen Einlauf (22), eine Engstelle (23) und eine anschließende Erweiterung (24) aufweist, an dessen Eintrittsseite ein erster Druckmeßkanal (25) abzweigt, der einem ersten Drucksensor (26) zugeordnet ist und an dessen Engstelle (23) ein zweiter Druckmeßkanal (27) abzweigt, der einem zweiten Drucksensor (28) zugeordnet ist, wobei beide Drucksensoren (26, 28) zur Ermittlung des Volumenstroms der Rückführgase aus der Differenz der erfaßten Drücke mit einer Auswerte- und Steuerschaltung (13, 14, 15) verbunden sind.
Durchflußsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Venturikanal (21) eine Teillänge des Strömungskanals (18) als Beruhigungsstrecke (30) vorgeordnet ist.
Durchflußsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Beruhigungsstrecke (30) ein Verhältnis Länge zu Durchmesser = 10 : 1 vorgesehen it.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der austrittsseitige Durchmesser des Venturikanals (21) dem Durchmesser der Beruhigungsstrecke (30) entspricht.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Venturikanal (21) die Zuleitung und die Ableitung den gleichen Durchmesser wie der Strömungskanal (18) aufweisen.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Durchmesser der Beruhigungsstrecke (30) dem lichten Durchmesser der Zuleitung (8) von der Zapfpistole (2) und dem lichten Durchmesser der Ableitung zur Saugpumpe (9) entspricht.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Venturikanal (21) als gesondertes Bauteil in eine Axialbohrung (32) des Strömungsgehäuses (17) abgedichtet eingesetzt ist.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das den Venturikanal (21) bildende Bauteil aus einem Einlaufteil (33) mit einer Teillänge der Engstelle (23) und einem Auslaufteil (34) mit einer Teillänge der Engstelle (23) und einer daran anschließenden Erweiterung zusammengesetzt ist.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufteil (33) eine axiale Aufnahme (35) aufweist, in die ein zapfenförmiges Endstück (36) eingesteckt ist, das die zugehörige Teillänge der Engstelle (23) umschließt und daß jeweils die einander zugekehrten Stirnflächen von Aufnahme (35) und Endstück (36) mit Abstand zueinander angeordnet sind und einen zur Engstelle (23) offenen Ringraum (39) begrenzen, der mit dem zweiten Durchflußsensor (28) über einen Druckkanal (27) in Verbindung steht.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkanal (27) einen seitlichen Ringraum zwischen Endstück (36) und Aufnahme (35) sowie einen damit verbundenen Ringraum (39) zwischen Auslaufteil (34) und Wandung der Axialbohrung (32) gebildet wird, in den eine dem zweiten Durchflußsensor (28) zugeordnete Fensteröffnung (40) mündet.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Auslaufteil (34) abgekehrte Stirnfläche des Einlaufteils (33) und die Endfläche der Axialbohrung (32) mit Abstand zueinander angeordnet sind und einen zum Strömungskanal (30) offenen Ringraum (41) begrenzen, der mit einer dem ersten Durchflußsensor (26) zugeordneten Fensteröffnung (43) über einen ersten, als Ringraum zwischen Einlaufteil und Wandung der Axialbohrung ausgebildeten Druckkanal in Verbindung steht.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einen Ringraum (39, 41) begrenzenden Stirnflächen des Einlaufteils (33) mit Stütznoppen versehen ist, die jeweils die zugehörigen Stirnflächen um das Maß des zu bildenden Abstands für denjeweiligen Ringraum (39, 41) überragen.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerkörper (29) vorgesehen ist, mit dem zumindest ein Teil der Auswerteschaltung (15) verbunden ist und der jeweils einen in dem jeweiligen Drucksensor (26, 28) zugeordneten, das Druckfenster aufweisenden Steckzapfen aufweist, über die der Trägerkörper (29) mit Abdichtung in Fensteröffnungen (40, 43) zu den zugehörigen Ringräumen einsteckbar ist.
Durchflußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (29) in einer von außen verschließbaren Ausnehmung (51) des Strömungsgehäuses (17) angeordnet ist, die über eine Druckausgleichsbohrung (53) mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.