DE19834671C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betanken eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Mittels vorzugsweise drahtlosen Schnittstellen (18, 19) zwischen einem Tanksteuergerät (6) im Kraftfahrzeug und der Steuereinrichtung (11) einer Betankungseinrichtung (10) werden vor, während und nach Beendigung des Betankungsvorganges Daten über den aktuellen Füllstand, der noch einzufüllenden Menge, der abgegebenen Menge usw. übertragen. Dadurch wird eine Kalibrierung des Füllstandssensors im Kraftfahrzeug möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betanken eines Kraftfahrzeuges gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 12.

Beim Betanken eines Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff oder ande­ ren flüssigen Betriebsstoffen, insbesondere Reduktionsmittel für Abgasnachbehandlungssysteme muß ein Überfüllen zuverläs­ sig verhindert werden. Zur Fahrerinformation über den jewei­ ligen Füllstand und für Diagnosezwecke werten die entspre­ chenden Steuerrechner z. B. Bordcomputer, die Signale von in den Vorratsbehältern integrierten Füllstandsmessvorrichtungen aus. Diese Meßvorrichtungen können relativ große Serienstreu­ ungen aufweisen. Um ein Überfüllen des jeweiligen Vorratsbe­ hälters zu vermeiden, schalten die Betankungsvorrichtungen (z. B. Zapfsäulen an der Tankstelle) über eine eigene Sensorik in der Zapfpistole ab, sobald sich im Einfüllstutzen des Vor­ ratsbehälters Flüssigkeit staut. Eine solche mechanische Vor­ richtung zur Endabschaltung ist relativ aufwendig und es läßt sich unter Umständen nicht immer vermeiden, daß trotzdem noch Kraftstoff oder Betriebsstoff, wenn auch in kleinen Mengen verschüttet wird.

Aus der deutschen Zeitschrift "Krafthand", Heft 7, 14. April 1994, Seiten 412-413 ist eine Tankanlage mit einer Sendeein­ richtung bekannt, bei der ein im Fahrzeug installierter In­ duktionssender mit einem am Tankstutzen befestigten Sensor verbunden ist. Die Empfängerantenne befindet sich direkt an der Zapfpistole und ist ihrerseits mit einem Tankdatenrechner verbunden. Beim Tankvorgang wird die Zapfpistole von der Zapfsäule in den Tankstutzen des Fahrzeugs eingesteckt und der Fahrer gibt am Tankautomat eine Identifikationsnummer ma­ nuell oder per Codekarte ein. Es folgt nun ein Datenaustausch und nur wenn die Daten plausibilisiert werden, erfolgt eine Freischaltung und der Kraftstoff kann entnommen werden. Dabei werden Daten wie Fahrererkennung, Fahrzeugerkennung und aktu­ eller Kilometerstand, Unterscheidung der Kraftstoffsorten Benzin/Diesel, entnommene Kraftstoffmenge und Datum und Uhr­ zeit des Betankens erfaßt. Diese Daten werden auf einem Kon­ trollausdruck am Tankautomat festgehalten und sind von der Bedienperson einzusehen. Durch eine solche Erfassung und Aus­ wertung von Daten können Zusammenhänge der Betriebstankstelle für das Fuhrparkmanagement transparent dargestellt werden, wie Fahrzeug und fahrerbezogene Verbraucherlisten aller Tank­ vorgänge, Fahrzeugsverbrauchsanalysen an Hand einer Fuhr­ parkübersicht und Kraftstoffverbrauch je Abrechnungsperiode.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum sicheren und einfachen Betanken eines Kraftfahrzeu­ ges mit flüssigen Betriebsstoffen anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Pa­ tentansprüche 1 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die grundlegende Idee liegt darin, beiden Systemen, also der Betankungsvorrichtung und dem System im Kraftfahrzeug gegen­ seitig die jeweiligen Meßergebnisse vor, während und nach Be­ endigung des Tankvorganges zur Verfügung zu stellen, wodurch auf beiden Seiten Systemvereinfachungen möglich werden und trotzdem wichtige, auf andere Weise nur schwer realisierbare Zusatzfunktionen ermöglicht werden.

In modernen Fahrzeugen ist allen wichtigen Betriebsstofftanks entweder ein separates Steuergerät mit einem Steuerrechner, im folgenden als Tanksteuergerät bezeichnet, zugeordnet, der mit Hilfe von Signalen eines Sensors den Füllstand im Be­ triebsstofftank auswertet. Diese Funktion kann aber auch in ein zentrales Betriebssteuergerät der Brennkraftmaschine in­ tregriert sein oder sie wird von einem Bordcomputer wahrge­ nommen, der u. a. den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges er­ mittelt. Wenn nun eine Datenschnittstelle zwischen diesem Tanksteuergerät und der Steuereinrichtung der jeweiligen Be­ tankungsvorrichtung vorgesehen wird, kann der momentane Füll­ stand im jeweiligen Betriebsstofftank der Betankungsanlage mitgeteilt werden und die Steuerung der Betankungsvorrich­ tung, die in der Regel als Zapfsäule ausgebildet ist, ent­ scheidet, ob weiter befüllt werden kann oder nicht.

Nach dem automatischen Beenden des Füllvorganges durch die Betankungsvorrichtung oder durch manuelles Beenden durch den Fahrzeugführer teilt die Steuereinrichtung der Betankungsvor­ richtung dem Tanksteuergerät im Fahrzeug mit, welche Menge getankt wurde. Da die Mengenmessung in der Betankungsvorrich­ tung gemäß gesetzlicher Vorgabe geeicht ist und deshalb eine hohe Genauigkeit aufweist, kann das Tanksteuergerät im Fahr­ zeug seine eigenen, in einem Datenspeicher abgelegten Füll­ standskennlinien kalibrieren und somit eine hohe Genauigkeit für Fahrerinformation und Diagnosezwecke erreichen. Soll der komplette Verlauf der Kennlinien kalibriert werden, muß die Steuereinrichtung der Betankungsvorrichtung in geeigneten Zeitabständen die momentan abgegebenen Menge an Kraftstoff während des Betankungsvorgangs übermitteln oder nach festge­ legten Mengeneinheiten Zeitmarken übermitteln. Da bei jedem Betankungsvorgang dieser Datenaustausch erfolgt, können auf­ getretene Fehler mit der Tanksensorik zuverlässig vom Steuer­ rechner des Fahrzeuges diagnostiziert werden.

Es ergeben sich insgesamt folgende Vorteile: In der Betan­ kungsvorrichtung entfällt die mechanisch aufwendige Vorrich­ tung zur Endabschaltung, wodurch die Kosten für die Daten­ schnittstelle kompensiert werden können. Die Abschaltung kann erfolgen, bevor sich Flüssigkeit im Einfüllstutzen staut, d. h. ein Überfüllen durch zu spätes Abschalten, wie es beim Betanken mit Kraftstoff manchmal auftritt, kann zuverlässig vermieden werden. Darüberhinaus kann eine Reserve für die Vo­ lumenzunahme durch Erwärmung der Flüssigkeit im Tank berück­ sichtigt werden. Der gewünschte Füllgrad oder die nachzutan­ kende Menge an Kraftstoff oder Betriebsstoff kann über den Bordcomputer des Kraftfahrzeuges eingegeben und an die Steu­ ereinrichtung der Betankungseinrichtung übertragen werden, d. h. der Fahrzeugführer bedient ein ihm vertrautes Gerät und muß sich nicht mit der Bedienung einer ihm eventuell unbe­ kannten Betankungsvorrichtung (Zapfsäule) befassen. Durch die Übertragung der exakten Mengeninformationen von der Betan­ kungsvorrichtung hin zum Fahrzeug können Füllstandssensoren mit großen Fertigungstoleranzen durch einfache Autokalibrier­ funktionen im Steuerrechner des Kraftfahrzeuges hohe Genauig­ keiten erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher erläutert.

Die Anwendung der Erfindung ist besonders vorteilhaft in ei­ nem Betankungssystem für wäßrige Harnstofflösungen. Harn­ stofflösung dient als Reduktionsmittel für das selektive ka­ talytische Reduktionsverfahren (SCR System) zur Stickoxidre­ duktion an Brennkraftmaschinen. Beim Betanken von Harn­ stofflösung ist sowohl das zuverlässige Verhindern von Über­ füllung, als auch die genaue Füllmengeninformation wichtig.

Durch Überfüllen tritt Harnstofflösung aus. Da beim Verdun­ sten von verschütteter Harnstofflösung Harnstoff auskristal­ lisiert, bilden sich weiße Salzkrusten, welche aus optischen Gründen nicht akzeptiert werden können. Die Reduktionsmittel­ dosierung kann durch die genaue Information über die Füllmen­ gen, mit Hilfe von Autokalibrierung eine Genauigkeit errei­ chen und über die Lebensdauer einhalten, welche aufgrund von Fertigungsstreuung und Alterung bei den Dosiersystemkomponen­ ten anders nur mit großem Aufwand erreichbar wären.

In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Reduktionsmit­ telvorratsbehälter bezeichnet, der einen Einfüllstutzen 2 aufweist. Der Einfüllstutzen 2 führt zu einer an der Karosse­ rie 3 eines Kraftfahrzeuges ausgeformten Tankmulde 4 und ist mittels eines nicht dargestellten Verschlußdeckels abschließ­ bar. Die Tankmulde 4 ist mit einer, in strichlinierter Dar­ stellung nur schematisch eingezeichneten Tankklappe 5 ver­ schließbar. Dem Reduktionsmittelvorratsbehälter 1 ist ein Tanksteuergerät 6 zugeordnet, - in einer bevorzugten Ausge­ staltung in den Reduktionsmittelvorratsbehälter 1 integriert, das einen Steuerrechner und Datenspeicher, sowie Signalaufbe­ reitungsschaltungen für Aktoren, wie Dosierpumpe, Heizungs­ einrichtung und Sensoren wie Temperatur und Füllstand ent­ hält.

Ein solcher Reduktionsmittelvorratsbehälter mit integriertem Steuergerät ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlich­ ten deutschen Patentschrift DE 197 43 337 C1 beschrieben.

Mit dem Bezugszeichen 7 ist ein Füllstandssensor bezeichnet, der den Füllstand im Reduktionsmittelvorratsbehälter 1 er­ fasst und ein dem Füllstand entsprechendes Signal an das Tanksteuergerät 6 abgibt. Der Füllstand wird dem Führer des Kraftfahrzeuges über eine nicht dargestellte Anzeigevorrich­ tung mitgeteilt, z. B. über das Display eines Bordcomputers.

Ein innerhalb der Tankmulde 4 angeordneter, mechanisch oder elektrisch betätigter Schalter 15 detektiert die Offen- oder Geschlossenstellung der Tankklappe 5 und gibt ein entspre­ chendes Signal an das Tanksteuergerät 6 ab.

Ferner weist das Tanksteuergerät 6 eine serielle Schnittstel­ le (z. B. CAN-Bus) 8 zu einem Betriebssteuergerät 9 der Brenn­ kraftmaschine auf. Über diese Schnittstelle werden Daten von der Brennkraftmaschine (Drehzahl, Regelweg, Ladelufttempera­ tur, usw. übergeben, die für die Dosierstrategie des Redukti­ onsmittels nötig sind.

Das Reduktionsmittel wird von einer Betankungseinrichtung 10, die im Regelfall als Zapfsäule einer Tankstelle ausgebildet ist, bereitgestellt. Sie weist u. a. eine Steuereinrichtung 11 mit einem Steuerrechner, eine Anzeigevorrichtung 12 für die abgegebene Menge an Reduktionsmittel und für den zu zahlenden Preis und einen Zufuhrschlauch 13 mit einer Kopplungseinrich­ tung in Form einer Zapfpistole 14 auf. An der Zapfpistole 14 befindet sich ein Tastschalter 16 und eine Anzeigelampe 17, deren elektrische Anschlüsse über nicht dargestellte Leitun­ gen mit der Steuereinrichtung 11 verbunden sind.

Zum Datenaustausch zwischen dem, dem Reduktionsmittelbehälter 1 zugeordneten Tanksteuergerät 6 und der Steuereinrichtung 11 der Betankungseinrichtung 10 weist sowohl das Kraftfahrzeug als auch die Betankungseinrichtung eine bidirektionale Schnittstelle auf. Hierzu ist in der Tankmulde 4 des Kraft­ fahrzeuges eine Infrarot Sende- und Empfangsdiode 18 und an der Zapfpistole 14 eine Anordnung, bestehend aus einer Infra­ rot Sende- und Empfangsdiode 19 vorgesehen. Die Infrarot Sen­ de- und Empfangsdiode 18 ist über eine nicht näher bezeichne­ te Leitung mit dem Tanksteuergerät 6, die Infrarot Sende- und Empfangsdiode 19 ist mit der Steuereinrichtung 11 verbunden, wobei hier die zugehörigen Leitungen ebenso wie die Leitungen für den Tastschalter 16 und der Anzeigelampe 17 in den Zu­ fuhrschlauch 13 integriert sein können. Durch eine solche Anordnung wird eine Verbindungsaufnahme zwischen den beiden Steuereinheiten sicher ermöglicht. Ferner ist das Tanksteuer­ gerät 6 mit einem Bordcomputer 20 verbunden, über den u. a. die gewünschte zu tankende Menge an Reduktionsmittel vom Füh­ rer des Kraftfahrzeuges engegeben werden kann und der ein Display aufweist, an dem der Füllstand im Reduktionsmittelbe­ hälter angezeigt wird.

Im folgenden wird der Ablauf während des Betankungsvorgangs erläutert. Durch das Öffnen der Tankklappe 5 wird über den Schalter 15 die elektrische Versorgung des Tanksteuergeräts 6 und die Erkennung des Tankvorganges aktiviert. Durch Drücken des Tasters 16 an der Zapfpistole 14 wird der Tankvorgang ge­ startet. Die Anzeigelampe 17 an der Zapfpistole 14 zeigt an, daß Reduktionsmittel eingefüllt wird. Das Tanksteuergerät 6 sendet nun periodisch die, bis zum gewünschten Füllstand noch fehlende Menge an die Steuereinrichtung 11 der Betankungsvor­ richtung 10, welcher ihrerseits ebenfalls periodisch die je­ weils bereits eingefüllte Menge an Reduktionsmittel dem Tank­ steuergerät 6 mitteilt. Die Steuereinrichtung 11 der Betan­ kungsvorrichtung 10 beendet den Betankungsvorgang, sobald das Tanksteuergerät 6 keine fehlende Menge mehr meldet. Die An­ zeigelampe 17 wird abgeschaltet um anzuzeigen, daß der Tank­ vorgang beendet ist.

Im folgenden wird der Betankungsvorgang bei einer Störung oder Ausfall der Datenübertragung beschrieben.

Wenn nach Öffnen der Tankklappe 5 keine fehlerfreie Kommuni­ kation zwischen dem Tanksteuergerät 6 und der Steuereinrich­ tung 11 zustande kommt, wird von der Betankungsvorrichtung ein manueller Betrieb zugelassen. Zur manuellen Befüllung muß der Tastschalter 16 solange gedrückt werden, bis die ge­ wünschte Menge eingefüllt ist. Über den Schalter 15 in der Tankmulde 4 und dem Fehlen des Datenaustausches zwischen dem Tanksteuergerät 6 und der Steuereinrichtung 11 erkennt das Tanksteuergerät 6, daß manuell betankt wurde und akzeptiert den neuen Füllstand des Reduktionsmittelbehälters 1 ohne Plausibilitätsprüfung. Es findet keine Kalibrierung des Füll­ standssensors des Reduktionsmittelvorratsbehälters statt.

Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispieles für das Betanken eines Reduktionsmittelbehälters für ein Abgas­ nachbehandlungssystem beschrieben; es eignet sich aber für jede Art von Betriebsmitteltanks von Kraftfahrzeugen, die be­ füllt werden müssen, insbesondere Kraftstofftanks.

An Stelle von Infrarot-Schnittstellen zum bidirektionalen Übertragen der Daten zwischen den einzelnen Steuereinrichtun­ gen können alternativ hierzu auch andere bekannte Arten von drahtlosen Übertragungssystemen (Ultraschall, Transponder) verwendet werden. In einer einfachen Ausführung kann der Da­ tenaustausch leitungsgebunden erfolgen. In diesem Fall wird die Verbindung zwischen den einzelnen Steuerungseinrichtungen über eine, vorzugsweise innerhalb der Tankmulde angeordnete, elektrische Steckverbindung hergestellt.

Als Kopplungeinrichtung zur Herstellung einer Fließverbindung zwischen der Betankungsvorrichtung und dem Betriebsmitteltank ist neben der erwähnten Zapfpistole auch der Einsatz eines beidseitig absperrenden Schnellverschlußes möglich. Beim Aus­ stecken des mit einem solchen Schnellverschluß versehenen Zu­ fuhrschlauches dichtet ein in dem Verschluß enthaltenes Schließventil diesen automatisch ab. Dadurch wird ein Nach­ tropfen und Verschütten selbst kleinster Mengen an Betriebs­ stoff sicher vermieden.

Da der Reduktionsmittelverbrauch zur Abgasnachbehandlung mit dem Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine korreliert, ist es auch möglich, die Betankungsvorgänge für den Redukti­ onsmittelvorratsbehälter und für den Kraftstofftank zu kombi­ nieren. Hierzu ist eine Betankungsvorrichtung vorgesehen, die beide Betriebsstoffe mittels eines einzigen Zufuhrschlauches abgibt, der zwei voneinder getrennte Leitungsführungen für die verschiedenen Betriebsstoffe aufweist und an dessen Ende als Kopplungseinrichtung ein sogenannter Doppelrüssel mit zwei Ausströmöffnungen ausgebildet ist. Die Information über die Füllstände und bereits eingefüllten, bzw. noch einzufül­ lenden Mengen an Betriebsstoffen erfolgt dann entweder zeit­ multiplex mittels einer einzigen oben beschriebenen Vorrich­ tung oder mit Hilfe zweier derartiger Vorrichtungen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Betanken eines Kraftfahrzeuges mit Betriebs­ stoff, wobei

• 1. eine Betankungsvorrichtung (10) zur Abgabe des Betriebsstof­ fes mit dem Kraftfahrzeug verbunden wird,
• 2. eine der Betankungsvorrichtung (10) zugeordnete Steuerein­ richtung (11) die Abgabe des Betriebsstoffes steuert,
• 3. der Betriebsstoff in einen, mit einem Füllstandssensor(7) versehenen Vorratsbehälter (1) eingefüllt wird und
• 4. ein dem Vorratsbehälter (1) zugeordnetes Tanksteuergerät (6) den Füllstand im Vorratsbehälter (1) überwacht und anzeigt,
• 5. vor, während und nach dem Betankungsvorgang ein Datenaus­ tausch zwischen dem Tanksteuergerät (6) des Kraftfahrzeuges und der Steuereinrichtung (11) der Betankungseinrichtung (10) erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der von der Steuereinrichtung (11) der Betankungs­ einrichtung (10) übertragenen Daten der Füllstandssensor (7) des Tanksteuergerätes (6) kalibriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Tanksteuergerät (6) Daten hinsichtlich des derzeitigen Füll­ standes des Vorratsbehälters (1) und/oder die bis zu einem gewünschten Füllstand noch fehlende Menge an zu tankendem Be­ triebsstoff zur Steuereinrichtung (11) der Betankungsvorrich­ tung (10) übertragen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinrichtung (11) der Betankungsvorrichtung (10) Da­ ten hinsichtlich der bereits eingefüllten Menge und der end­ gültig abgegebenen Menge an Betriebsstoff an das Tanksteuer­ gerät (6) übertragen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gewünschte Füllstand oder die gewünschte nachzutankende Menge an Betriebsstoff über einen mit dem Tanksteuergerät (6) ver­ bundenen Bordcomputer (20) eingegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (11) der Betankungsvorrichtung (10) den Be­ tankungsvorgang abbricht, sobald das Tanksteuergerät (6) kei­ ne fehlende Menge an Betriebsstoff mehr meldet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenaustausch drahtlos erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenaustausch mittels Infrarot-Schnittstellen (18, 19) er­ folgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenaustausch mittels Ultraschall-Schnittstellen erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenaustausch mittels Transponder erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenaustausch leitungsgebunden erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Fließverbindung für den Be­ triebsstoff zwischen der Betankungsvorrichtung (10) und dem Vorratsbehälter (1) mittels einer Kopplungseinrichtung (14) hergestellt wird, welche die der Betankungseinrichtung (10) zugeordnete Schnittstele (19) aufweist und die mit der inn­ nerhalb einer Tankmulde (4) des Kraftfahrzeuges angeordneten, dem Tanksteuergerät (6) zugeordneten Schnittstelle (18) zu­ sammenwirkt.

12. Vorrichtung zum Betanken eines Kraftfahrzeuges mit Be­ triebsstoffen, mit

• 1. einer, eine Steuereinrichtung (11) zum Steuern der Abgabe des Betriebsstoffes aufweisenden Betankungseinrichtung (10) zur Abgabe des Betriebsstoffes an das Kraftfahrzeug,
• 2. einem, den Betriebsstoff aufnehmenden und mit einem Füll­ standssensor (7) versehenen Vorratsbehälter (1) und
• 3. einem Tanksteuergerät (6), das den Füllstand im Vorratsbe­ hälter überwacht und anzeigt,
• 4. einer Einrichtung (18, 19), die einen Datenaustausch zwischen dem Tanksteuergerät (6) und der Steuereinrichtung (11) der Betankungseinrichtung (10) vor, während und nach dem Betan­ kungsvorgang ermöglicht,

dadurch gekennzeichnet, daß mit den von der Steuereinrichtung (11) der Betankungseinrich­ tung übertragenden Daten der Füllstandssensor (7) des Tank­ steuergerätes (6) kalibrierbar ist.