DE19935340A1

DE19935340A1 - Verfahren zur Betankung von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE19935340A1
Application number: DE1999135340
Authority: DE
Inventors: Thomas Pollex
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: DE19935340B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen eines Fahrzeugtankes (4), bei welchem die Zapfpistole (1) gas- und flüssigkeitsdicht in den Tankeinfüllstutzen (3) eingeführt wird und bei dem die aus dem Tankinnenraum verdrängten Gase über die Betriebsentlüftung (6) mit dem Adsorber (9) abgeführt werden. Vorzugsweise erfolgt eine Regelung des Kraftstoffflusses in Abhängigkeit von dem mit dem Drucksensor (8) gemessenen Wert des Tankinnendruckes. Das Verfahren wird so ausgeführt, daß sichergestellt ist, daß ein maximaler Wert für den Tankinnendruck nicht überschritten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betankung eines Fahrzeugtankes, der eine Betriebsentlüftung mit einem Filter aufweist, wobei eine Zapfpistole in den Tankeinfüllstutzen des Fahrzeugtankes eingeführt und hierüber die gewünschte Kraftstoffmenge abgegeben wird. Die Erfindung umfaßt ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie die Verwendung dieser Vorrichtung.

Es ist seit langem bekannt, daß durch die Verdunstung von Kraftstoff aus den Tanks von Fahrzeugen erhebliche umweltbelastende Emissionen an Kohlenwasserstoffen entstehen. Moderne Kraftfahrzeugtanks für flüssige Betriebsstoffe haben daher zur Vermeidung solcher Emissionen dichte Tankverschlüsse und eigens vorgesehene Betriebsentlüftungen. Üblicherweise sind die Betriebsentlüftungen über einen Aktivkohlefilter geführt, dessen Aufgabe es ist, insbesondere beim Stillstand des Kraftfahrzeuges auftretende Verdampfungen innerhalb des Fahrzeugtanks zu adsorbieren, so daß keine Benzindämpfe ungefiltert aus dem Kraftfahrzeugtank in die Umgebung entweichen können. Beim Betanken des Fahrzeuges wird die Betriebsentlüftung in der Regel abgesperrt, d. h. im wesentlichen verschlossen, um einerseits den Aktivkohlefilter nicht zu stark mit Dämpfen zu belasten, und um andererseits einen niedrigeren Füllgrad des Tanks zu sichern. Trotz dieser Maßnahme entweichen die Dämpfe beim Tanken üblicherweise nicht vollständig in die Umwelt, da moderne Zapfpistolen mit einer Dampfabsaugung versehen sind. Diese Maßnahmen können allerdings nicht eine Reduzierung der Emissionen während des Tankens auf Null sicherstellen, was insbesondere beim Tanken in geschlossenen Räumen zu Problemen führen kann, da sich hier die Emissionen anreichern können.

Eine Betankung von Kraftfahrzeugen in geschlossenen Räumen mit insgesamt hohen Durchsätzen an Kraftstoff findet bei der sogenannten Erstbetankung von Fahrzeugen in der Montage statt. Dabei ergeben sich durch die oben beschriebenen Restemissionen von Kohlenwasserstoffen im direkten Arbeitsbereich der Werker erhebliche Probleme.

Die Emissionen sind bedingt durch das Zurückströmen von teilweise gesättigten Benzin- /Luftdämpfen aus dem fahrzeugseitigen Kraftstoffsystem (Kraftstofftank, Einfüllstutzen) in die Atmosphäre. Dabei ist das entstehende Volumen der belasteten Dämpfe proportional zur Kraftstoffmenge, die in die Fahrzeuge getankt wird. Nach dem Stand der Technik wird in den Montagehallen von Automobilwerken der notwendige Emissionsschutz dadurch erreicht, daß die Benzindämpfe mittels Ventilatoren oder Radialverdichtern an den Zapfpistolen abgesaugt und - teilweise durch Aktivkohlefilter - über Dach geleitet werden. Nachteilig sind dabei allerdings die erheblichen Investitions- und Betriebskosten für derartige Absauganlagen, die aufwendige ordnungsgemäße Entsorgung der Aktivkohlefilter sowie eine mögliche Überschreitung von MAK-Werten bei Betriebsstörungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit welchen ein emissionsarmes und vorzugsweise emissionsfreies Betanken von Fahrzeugen insbesondere in geschlossenen Räumen möglich ist, wobei die erforderlichen Investitions- und Betriebskosten gering sind. Insbesondere sollte das Verfahren und die Vorrichtung auch für die industrielle Erstbetankung von Fahrzeugen geeignet sein, d. h. weitgehend automatisierbar sein und kurze Tankzeiten erlauben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Betankung eines Fahrzeugtankes, der eine Betriebsentlüftung mit Filter aufweist, gelöst, bei welchem in bekannter Weise eine Zapfpistole in den Tankeinfüllstutzen des Fahrzeugtankes eingeführt und danach die gewünschte Treibstoffmenge in den Tank eingeleitet wird. Dabei wird erfindungsgemäß die Zapfpistole gas- und flüssigkeitsdicht mit dem Tankeinfüllstutzen gekoppelt und weiterhin die Tankrate (d. h. die Volumen- oder Massenflußrate des Kraftstoffes) derart gesteuert oder geregelt, daß ein maximal zulässiger Tankinnendruck nicht überschritten wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die (ganz oder nahezu) emissionsfreie Betankung von solchen Kraftfahrzeugen möglich, deren Fahrzeugtank eine gefilterte Betriebsentlüftung aufweist. Eine solche Betriebsentlüftung ist bei nahezu allen modernen Kraftfahrzeugen vorhanden. Sie wird allerdings in der Regel nur während des Fahrzeugbetriebes verwendet und während des Tankens abgeschaltet. Die vorliegende Erfindung macht sich diese Betriebsentlüftung jedoch zunutze, um bei bestimmten Tankvorgängen in geschlossenen Räumen, insbesondere der Erstbetankung des Fahrzeuges während der Montage, mit vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Mitteln das Auftreten von Emissionen zu verhindern. Zu diesem Zweck wird die Zapfpistole gas- und flüssigkeitsdicht mit dem Tankeinfüllstutzen gekoppelt. Dadurch wird jegliches Austreten von Dämpfen aus dem Tankeinfüllstutzen heraus an der Zapfpistole vorbei verhindert. Eine solche Kopplung der Zapfpistole an den Tankeinfüllstutzen ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.

So beschreibt z. B. die DE-A1-41 02 961 eine Tankanordnung, bei welcher die Zapfpistole von einer Dichtmanschette umgeben ist, welche auf Dichtauflagen des Einfüllstutzens aufsitzt und so für eine Abdichtung sorgt.

Auch die DE-A1-196 42 308 beschreibt eine Tankeinrichtung, bei welcher die Zapfpistole rundum von Dichtlippen innerhalb des Einfüllstutzens umgeben und somit zur Umgebung hin abgedichtet wird. Bei diesem System findet während des Tankens eine Entlüftung des Fahrzeugtankes über eine eigene Betankungsentlüftung statt. Diese ist eingangsseitig mit dem Tankinnenraum und dem oberen Ende des Tankeinfüllstutzens gekoppelt und führt über einen Adsorber ins Freie. Bei der Betankungsentlüftung handelt es sich somit um eine zusätzliche, mit Kopplungsventilen und dergleichen versehene Anlage, die ins Kraftfahrzeug separat eingebaut werden muß. Für den normalen Betrieb hat das Fahrzeug daneben noch die bekannte Betriebsentlüftung. Diese wird bei der DE- A1-196 42 308 jedoch beim Einführen der Zapfpistole in den Einfüllstutzen verschlossen und damit ausgeschaltet.

Im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegenden Erfindung die Betriebsentlüftung beim Einführen der Zapfpistole in den Einfüllstutzen gerade nicht verschlossen bzw. ausgeschaltet, sondern vielmehr für die Vermeidung von Emissionen während des Betankens ausgenutzt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es nur um die Vermeidung von Emissionen bei sehr wenigen Tankvorgängen geht, d. h. bei Betankung in geschlossenen Räumen. Im besonders wichtigen Fall der Erstbetankung bei der Montage findet eine solche Ausnutzung der Betriebsentlüftung sogar nur ein einziges Mal während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeuges statt. Die normalerweise unerwünschten höheren Belastungen des Adsorbers der Betriebsentlüftung während eines Tankvorganges fallen bei einem oder wenigen Tankvorgängen nicht ins Gewicht, so daß die Vorteile überwiegen.

Die erfindungsgemäße Betankung unter Ableitung der verdrängten Tankinnengase über die fahrzeuginterne Betriebsentlüftung mit ihren Filtern, insbesondere mit einem Aktivkohlefilter, setzt eine Erhöhung des Tankinnendruckes voraus, um den Strömungswiderstand der Filter zu überwinden. Dabei ist zu beachten, daß der Tankinnendruck einen maximalen Wert nicht übersteigen darf, da es oberhalb eines solchen Wertes zu Beschädigungen des Tanks kommen könnte. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher die Tankrate (Flußrate des Kraftstoffes) so gesteuert oder geregelt, daß der genannte maximal zulässige Tankinnendruck nicht überschritten wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens machen sich insbesondere bei der Erstbetankung von Fahrzeugen während der Montage bemerkbar. Dabei liegt die besondere Situation vor, daß in einem industriellen Produktionstakt sehr viele identische Fahrzeugtypen hintereinander mit einer vergleichsweise geringen Kraftstoffmenge von z. B. 10 l betankt werden müssen. Die Gleichheit der Fahrzeugtypen hat den Vorteil, daß das Betankungsverfahren hierauf optimal abgestimmt werden kann. So kann z. B. die Zapfpistole als ein Befülladapter ausgestaltet sein, welcher eine genau an den jeweiligen Fahrzeugtyp angepaßte Schnittstelle darstellt. Für Tankeinfüllstutzen sind im Stand der Technik verschiedene Ausgestaltungen bekannt (vgl. z. B. DE-A1-196 30 130, EP-A1-0 718 140, EP-A2-0 504 558 und WO 98/04427). Der Befülladapter kann auf den jeweils vorliegenden Einfüllstutzen genau abgestimmt werden, so daß er einerseits den gas- und flüssigkeitsdichten Verschluß gewährleistet und andererseits schnell anzukoppeln bzw. abzukoppeln ist. Ferner kann bei seiner Ausgestaltung berücksichtigt werden, daß die Betriebsentlüftung des jeweiligen Fahrzeugtankes nicht mit der Einführung der Zapfpistole ausgeschaltet werden darf.

Die Betankung identischer Fahrzeugtypen macht sich weiterhin dadurch positiv bemerkbar, daß die wichtigen Tankparameter wie das Fassungsvermögen des Tanks und der Strömungswiderstand der Betriebsentlüftung bekannt sind und gleich bleiben. Hierdurch wird es möglich, den Ablauf des Tankens (d. h. die Flußrate des Kraftstoffes) immer gleich zu gestalten, da der Druckaufbau im Tank im wesentlichen immer gleich verläuft. Es genügt daher, eine Steuerung der Tankrate vorzusehen, welche ohne Sensoren und ohne eine Rückkopplung auskommt. Die Steuerung kann im einfachsten Falle darin bestehen, daß für eine bestimmte Zeitdauer eine bestimmte Tankrate konstant aufrecht erhalten wird. Ebenso ist es denkbar, daß mit einer maximalen Tankrate begonnen wird und diese kontinuierlich zurückgefahren wird, sobald der Druck im Tankinnenraum den maximal zulässigen Druck angenommen hat oder sich diesem nähert. Eine flexiblere Betankung und ein schnelleres Füllen des Tanks erreicht man, wenn die Tankrate geregelt wird, d. h. wenn ein relevanter Parameter gemessen und die Tankrate in einer Rückkopplungsschleife in Abhängigkeit hiervon verändert wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden verschiedene Vorteile erreicht. So können die Kohlenwasserstoff-Emissionen an Montagelinien und damit gleichzeitig die MAK-Werte reduziert werden. Dies ist sogar bei einer gleichzeitigen Reduzierung der Kosten für die Investition, den Betrieb und die Entsorgung möglich.

Die Kopplung zwischen der Zapfpistole und dem Tankeinfüllstutzen wird vorzugsweise nach Abschluß des Einleitens von Kraftstoff noch so lange aufrecht erhalten, bis der Tankinnendruck unter einen vorgegebenen geringen Wert gesunken ist. Auf diese Weise wird dem Tank Zeit gegeben, einen Dampfüberdruck über die Betriebsentlüftung und damit gefiltert abzubauen. Würde man die Kopplung sofort lösen, so würde sich der Tankinnendruck durch den Einfüllstutzen in die Umgebung hin abbauen und dabei Emissionen in die Umgebungsluft eintragen. Die genannte Wartezeit bis zur Abkopplung der Zapfpistole kann eine konstante Dauer sein, nach der erfahrungsgemäß der Tankinnendruck einen gewünschten Wert angenommen hat. Eine solche konstante Wartezeit bietet sich wiederum dann besonders an, wenn identische Fahrzeugtypen mit bekannten Parametern nacheinander befüllt werden sollen. Ebenso ist es jedoch auch möglich, daß der Tankinnendruck überwacht wird, so daß das Erreichen des gewünschten geringen Wertes jeweils genau festgestellt wird. Hierbei kann z. B. ein akustisches oder optisches Signal anzeigen, daß die Kopplung der Zapfpistole gelöst werden kann. Mit einer Überwachung des Tankinnendruckes wird der Tankvorgang gegenüber dem Abwarten einer festen Zeit insofern verbessert, als die Dauer des Tankvorganges auf das Minimum reduziert werden kann. Ferner ist es im Gegensatz zum Fall bei einer konstanten Wartezeit ausgeschlossen, daß die Kopplung zwischen Zapfpistole und Einfüllstutzen zu früh gelöst wird.

Bei einer geregelten Tankrate wird vorzugsweise der Tankinnendruck gemessen. Dieser läßt sich z. B. durch einen Sensor am Kopf der Zapfpistole feststellen. Damit kann man auch im Falle eines außergewöhnlichen Verhaltens der Tankanlage ausschließen, daß der zulässige Tankinnendruck überschritten wird und damit Zerstörungen auftreten können.

Vorzugsweise wird die Tankrate so eingestellt, daß sich der Tankinnendruck während des Tankens möglichst dicht am maximal zulässigen Wert einstellt. Auf diese Weise kann die schnellstmögliche Tankbefüllung erreicht werden, was insbesondere bei industriellen Prozessen zur Einhaltung der Produktions-Taktrate vorteilhaft ist. Aus Sicherheitsgründen wird eine solche maximale Tankrate vorzugsweise von einem rückgekoppelten Regelungskreis überwacht, da dieser ein möglichst dichtes Herangehen an den maximalen Tankinnendruck erlaubt.

Um auch bei abweichendem oder fehlerhaften Verhalten des Tanksystems im Fahrzeug die Abgabe von Emissionen an die Umgebung zu vermeiden, arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise mit einer Notentlüftung über die Zapfpistole, welche bei Überschreitung eines vorgegebenen Tankinnendruckes geöffnet wird. Sollte also z. B. die Betriebsentlüftung des Tanks aus irgendeinem Grunde nicht ordnungsgemäß funktionieren und sich somit durch das einlaufende Benzin ein Tankinnendruck aufbauen, der über dem maximal zulässigen Wert liegt, so öffnet sich die Notentlüftung in der Zapfpistole. Diese Öffnung kann mit einfachen Mitteln (z. B. einem Überdruckventil in der Notentlüftung) erfolgen. Wenn die Tankrate indes ohnehin über eine Messung des Tankinnendruckes geregelt wird, kann auch diese Regelung verwendet werden, um die Notentlüftung zu öffnen. Selbstverständlich kann ein Regelungssystem für die Tankrate auch mit einer Reduzierung oder einem Stop des Tankens auf eine Überschreitung des Tankinnendruckes reagieren und auf diese Weise die gewünschte Sicherheit garantieren.

Die Erfindung umfaßt ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Tankverfahrens. Diese Vorrichtung enthält eine Zapfpistole, welche gas- und flüssigkeitsdicht mit dem Tankeinfüllstutzen gekoppelt werden kann, wobei die Zapfpistole im gekoppelten Zustand sicherstellt, daß die Betriebsentlüftung des Fahrzeugtankes geöffnet ist. D. h., daß die Zapfpistole (anders als in vielen Fällen) mit dem Einführen in den Tankeinfüllstutzen die Betriebsentlüftung nicht schließt. Sollte dagegen eine Konstruktion vorliegen, bei der die Betriebsentlüftung bereits geschlossen ist, so müßte die Zapfpistole diese mit dem Einführen in den Tankeinfüllstutzen öffnen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält weiterhin eine Steuerung oder eine Regelung des Treibstoffflusses.

Mit einer derartigen Vorrichtung läßt sich das oben genannte vorteilhafte Verfahren durchführen. Anders als bei herkömmlichen Tanksystemen führt das Einführen der Zapfpistole in den Tankeinfüllstutzen nicht zu einem Verschließen der Betriebsentlüftung. Wenn z. B. bei einer industriellen Produktion identische Fahrzeugtypen nacheinander zu betanken sind, kann der gas- und flüssigkeitsdichte Verschluß der Zapfpistole optimal auf den jeweiligen Einfüllstutzen des Fahrzeuges abgestimmt sein.

Eine Steuerung des Treibstoffflusses ist dann ausreichend, wenn die Parameter des Füllvorganges für den vorliegenden Fahrzeugtyp bekannt sind. In diesem Falle kann ohne Rückkopplung ein bestimmter Verlauf des Treibstoffflusses ausgeführt werden, da die Reaktion des zu befüllenden Systems, d. h. insbesondere der Verlauf des sich aufbauenden Tankinnendruckes, bekannt ist.

Der Einsatz einer Regelung des Treibstoffflusses hat dagegen den Vorteil, daß damit flexibel und ohne Vorkenntnisse auf verschiedene Tankanlagen von verschiedenen Fahrzeugtypen reagiert werden kann und daß der einzelne Tankvorgang mit maximaler Geschwindigkeit erfolgen kann, da keine Sicherheitsmargen wie bei einer Steuerung einzuhalten sind. Die Steuerung bzw. die Regelung werden vorzugsweise von einem Mikroprozessor bzw. einem Computer ausgeführt und überwacht.

Vorteilhafterweise enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Sensor für den Tankinnendruck. Dieser kann insbesondere an der Spitze der Zapfpistole angeordnet sein. Er erfaßt dann den Druck im Tankeinfüllstutzen, welcher mit dem Tankinnendruck gleichgesetzt werden kann bzw. in bekannter Weise mit diesem zusammenhängt und daher einen Rückschluß auf den Tankinnendruck erlaubt. Durch einen solchen Drucksensor wird eine Regelung des Treibstoffflusses möglich, welche sicherstellt, daß der maximal zulässige Tankinnendruck niemals überschritten wird.

Die Zapfpistole der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält vorzugsweise eine Notentlüftung. Diese Notentlüftung tritt in Aktion, wenn der Tankinnendruck einen vorgegebenen Wert überschreitet, wobei dieser vorgegebene Wert in der Regel oberhalb des maximal zulässigen Tankinnendruckes liegt. Die Notentlüftung erfolgt daher nur, wenn Störungen des normalen Tankablaufes aufgetreten sind. Zur Notentlüftung gehört eine Ableitung für Dämpfe aus dem Tankinnenraum sowie ein Verschlußventil für diese Leitung, welches sich nur im Notfalle öffnet. Dabei kann es sich z. B. um ein mechanisches Druckhalteventil handeln, welches bis zum maximalen Tankinnendruck geschlossen ist. Ebenso kann das Ventil von der Regelung des Tankvorganges geöffnet werden, wenn z. B. über Sensoren ein entsprechender Tankinnendruck festgestellt wird. Die Notentlüftung kann auch bereits dann geöffnet werden, wenn der beobachtete Verlauf des Tankinnendruckes nicht dem entspricht, was unter normalen Bedingungen in Reaktion auf die Betankung zu erwarten wäre.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise für die Betankung von Fahrzeugen in geschlossenen Räumen, insbesondere für die Erstbetankung bei der Fahrzeugmontage, verwendet. Mit der Vorrichtung lassen sich nämlich jegliche Emissionen beim Tankvorgang verhindern, indem die verdrängten Tankinnengase über die Betriebsentlüftung geleitet und dabei von einem Filter (Adsorber) gereinigt werden. Es kann daher nicht zu einer Anreicherung von Kohlenwasserstoffen mit Überschreitung der MAK-Werte in dem geschlossenen Raum kommen. Bei dem geschlossenen Raum handelt es sich in diesem Falle um die Halle, in der die Erstbetankung bei einer Fahrzeugmontage durchgeführt wird. In solchen Hallen werden einerseits erhebliche Mengen an Kraftstoff vertankt, so daß der Ausschaltung auch kleiner Restemissionen hier eine wichtige Bedeutung zukommt. Andererseits sind bei der Montage immer wieder dieselben Fahrzeugtypen zu betanken, so daß die entsprechende Vorrichtung konstruktiv optimal hierauf abgestimmt werden kann.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung beispielhaft mit Hilfe der Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Tankanlage.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Versuchsaufbau zur Messung des Tankinnendruckes.

Fig. 3 zeigt die gemessene Druckabfallkurve.

In Fig. 1 ist schematisch der Tank 4 eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Am oberen Ende des Tanks ist ein Einfüllstutzen 3 angeordnet. Weiterhin enthält die fahrzeugseitige Tankanlage eine Betriebsentlüftung 6, welche je einen Eingang 5 im Tankinnenraum sowie 7 im Einfüllstutzen 3 aufweist. Diese beiden Eingänge führen Tankdämpfe über einen Adsorber 9 zur Umgebung (Pfeilspitze).

Die Zapfpistole 1 wird von außen in den Einfüllstutzen 3 eingeführt. Mit den nur schematisch angedeuteten Dichtmitteln 2 wird das Füllrohr der Zapfpistole 1 gas- und flüssigkeitsdicht rundum abgedichtet. Es ist somit nicht möglich, daß Dämpfe aus dem Innenraum des Tanks 4 an der Zapfpistole 1 vorbei nach außen austreten. Der Treibstofffluß durch die Zapfpistole 1 kann durch das Regelventil 12 eingestellt werden. Im dargestellten Beispiel erfolgt dabei eine rückgekoppelte Regelung, bei welcher ein Drucksensor 8 an der Spitze des Füllrohres angeordnet ist und über eine Leitung 10 den gemessenen Tankinnendruck an eine Regelung 11, z. B. einen PC, weitergibt. Die Regelung 11 verstellt dann das Drosselventil 12 so, daß ein maximaler Treibstofffluß eingehalten wird, ohne daß der Druck im Tankinnenraum einen maximal zulässigen Wert überschreitet.

Beim Einsatz einer derartigen Anlage im Zusammenhang mit der Erstbetankung von Fahrzeugen in Montagehallen stellt die Ankopplung der Zapfpistole 1 an den Einfüllstutzen 3 einen Befülladapter dar, welcher eine optimal an den jeweils zu befüllenden Fahrzeugtyp angepaßte Schnittstelle bietet. Für die Durchführung der erfindungsgemäßen Betankung ist sicherzustellen, daß:
die zu befüllenden Fahrzeuge über einen eigenen Aktivkohlefilter verfügen;
dieser fahrzeugseitige Aktivkohlefilter ordnungsgemäß verbaut und angeschlossen ist;
die Verbindung vom Befülladapter zum Fahrzeug gas- und flüssigkeitsdicht ist;
während der Befüllung mit Kraftstoff der Systemdruck online gemessen wird;
eine Regelung den Kraftstoffzufluß verringert bzw. stoppt, wenn ein Schwellenwert im System überschritten wird, und
die eingesetzten Komponenten der erforderlichen Explosions-Schutz-Klassifizierung entsprechen.

Das erfindungsgemäße Verfahren der Druckbetankung mit Ableitung der verdrängten Tankinnengase über den fahrzeuginternen Aktivkohlefilter setzt eine Erhöhung des Tankinnendruckes voraus, um Strömungswiderstände zu überwinden. Da es jedoch bei Tankinnendrücken von typischerweise mehr als 60 mbar zu Beschädigungen der Tankbefestigung kommen kann, darf der Tankinnendruck einen solchen maximalen Wert nicht überschreiten. Bei einem typischen 60 l-Tank darf der Kraftstoff aus diesem Grunde nur mit einem Volumenstrom von maximal ca. 0,3 l/s eingefüllt werden. Alternativ hierzu kann auch eine durch den Tankinnendruck geregelte Füllpumpe eingesetzt werden.

Die technische Realisierung der erfindungsgemäßen Druckbefüllanlage setzt die mechanische Ankopplung eines gasdicht abschließenden Befülladapters an den Einfüllstutzen 3 des Fahrzeugs voraus. Der Befülladapter betätigt hierbei das fahrzeugseitige Entlüftungsventil im Einfüllstutzen und gibt hierdurch die Gaspendelleitung frei. Findet ein Druckausgleich infolge fehlerhafter Bauteile oder falscher Montage nicht statt, so muß als Notstrategie die Entlüftung durch den Befülladapter stattfinden. Hierbei darf kein Kraftstoff aus dem Tank mitgerissen werden. Die Notentlüftung muß gedrosselt und explosionsgeschützt ins Freie abgeführt werden. Auf diese Weise kann auch die Funktion des Tanklüftungssystems überprüft werden.

Ein typischer Betankungsprozeß kann folgendermaßen ablaufen:

a) Befülladapter aus seiner Halterung entnehmen, am Fahrzeug anbringen, verriegeln und Prozeß starten (Zeitbedarf ca. 5 s).
b) Kraftstoff bis zum Erreichen von 60 mbar mit 0,75 l/s einfüllen, Restmenge druckgeregelt nachfüllen (Zeitbedarf maximal 20 s).
c) Warten bis zum Absinken auf einen Tankinnendruck von 1 bis 2 mbar (Zeitbedarf ca. 30 s).
d) Befülladapter entriegeln, entnehmen und in seine Halterung zurücklegen (Zeitbedarf ca. 5 s).

Für die Auswertung des Tankinnendruckes, die Prozeßsteuerung und die Kommunikation mit Datenträgern empfiehlt sich der Einsatz einer SPS oder eines Industrie-PC. Der Volumenstrom des Kraftstoffes sollte kontinuierlich geregelt werden, um den Kraftstoff nicht durch Druckstöße aufzuwirbeln.

In Fig. 2 ist ein Versuchsaufbau dargestellt, mit dem das Verhältnis zwischen Volumenstrom und Tankinnendruck sowie die Druckabfallkurve des Tankinnendruckes bei verschlossener Luftzufuhr gemessen werden kann. Aus diesen Größen kann der Strömungswiderstand z des fahrzeugseitigen Aktivkohlefilters 9 und seiner Verbindungsleitungen 6 bestimmt werden. Der Strömungswiderstand z dient zur Ermittlung des Druck/Zeit-Verlaufes des Tankinnendruckes bei Druckbetankungsvorgängen. Bei dem Versuchsaufbau nach Fig. 2 wird aus einer Druckluftquelle 16 Druckluft über ein Drosselventil 15 und ein Durchflußmeßgerät 14 (Bereich 0 bis 30 l/min) sowie das Füllrohr 13 ins Innere des Fahrzeugtankes 4 geleitet. Ebenfalls im Fahrzeugtank befindet sich die Druckmeßsonde 19, welche über den Drucksensor 18 (Bereich 0 bis 100 mbar) an einen Meß-PC 17 gekoppelt ist.

Im Laufe eines Versuches wird zunächst ein stationärer Luftvolumenstrom so eingestellt, daß sich im Tankinneren ein Überdruck von ca. 60 mbar aufbaut. Der zu einem konstanten Innendruck p gehörende Wert des Luftvolumenstromes Q wird aufgeschrieben und dient zur Ermittlung des Strömungswiderstandes z. Hierfür gilt die Formel:

z = (p - pa)/Q × ρ

mit pa = Atmosphärendruck, ρ = Luftdichte.

Ein typischer Wert für z beträgt 16,25 × 10⁶ l/sm.

Nach dem Aufrechterhalten eines konstanten Innendruckes wird die Luftzufuhr auf der Niederdruckseite des Druckminderers unterbrochen und zeitgleich die Aufzeichnung der Druckabfallkurve am Meß-PC gestartet. Diese Kurve ist in Fig. 3 dargestellt.

Unter der Annahme, daß im Tankinnenraum die Zustandsgleichung für Gase

pV = mRT

gilt (mit p = Tankinnendruck, V = Tankvolumen, m = Masse des Gases im Tank, R = 287 Nm/kgK, T = 293 K) ergibt sich für die Druckabfallkurve ein exponentieller Verlauf gemäß

p = pa + (p0 - pa)exp(-t/T)

mit pa = Atmosphärendruck; p0 = Anfangsdruck im Tankinneren.

Der Verzögerungsfaktor T berechnet sich dabei aus der Formel

T = zV/RT

und hat typischerweise einen Wert von 193.2 s/m³ × V[s], mit V = Tankvolumen in m³.

Mit dem dargestellten Versuchsaufbau lassen sich somit die für den Betankvorgang relevanten Parameter der Tankanlage eines Fahrzeuges ermitteln. Diese Parameter können sodann verwendet werden, um den Tankvorgang zu steuern.

Die Versuche haben gezeigt, daß der Druckabbau von 60 zu ca. 2 mbar Überdruck typischerweise etwa 30 s dauert. Bei einer Taktzeit der Produktion von 60 s und einem 60 l-Tank ergibt sich somit ein maximales Füllvolumen von ca. 10 l, wenn man davon ausgeht, daß schon während der Betankung ein Druckausgleich stattfindet. Durch Einsatz einer Druckregelung läßt sich diese Füllmenge noch erhöhen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Zapfpistole

2

Dichtmittel

3

Tankeinfüllstutzen

4

Fahrzeugtank

5

Eingang

6

Verbindungsleitung

7

Eingang

8

Drucksensor

9

Adsorber

10

Leitung

11

Regelung

12

Drosselventil

13

Füllrohr

14

Durchflußmeßgerät

15

Drosselventil

16

Druckluftquelle

17

Meß-PC

18

Drucksensor

19

Druckmeßsonde

Claims

1. Verfahren zur Betankung eines Fahrzeugtankes, der eine Betriebsentlüftung mit einem Filter aufweist, wobei eine Zapfpistole in den Tankeinfüllstutzen des Fahrzeugtankes eingeführt und hierüber die gewünschte Kraftstoffmenge abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfpistole (1) gas- und flüssigkeitsdicht mit dem Tankeinfüllstutzen (3) gekoppelt wird, und daß die Tankrate derart gesteuert oder geregelt wird, daß ein maximal zulässiger Tankinnendruck nicht überschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einfüllen des Kraftstoffes die gas- und flüssigkeitsdichte Kopplung der Zapfpistole (1) an den Tankeinfüllstutzen (3) erst dann aufgehoben wird, wenn der Tankinnendruck unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankrate in Abhängigkeit vom gemessenen Tankinnendruck geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankrate so eingestellt wird, daß sich der Tankinnendruck während des Tankens möglichst dicht am maximal zulässigen Wert einstellt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung eines vorgegebenen Tankinnendruckes eine Notentlüftung über die Zapfpistole (1) geöffnet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Elemente aufweist:

a) eine Zapfpistole (1), welche gas- und flüssigkeitsdicht mit dem Tankeinfüllstutzen (3) koppelbar ist, wobei sie in gekoppeltem Zustand sicherstellt, daß die Betriebsentlüftung (6) des Fahrzeugtankes (4) geöffnet ist,
b) eine Steuerung oder Regelung des Treibstoffflusses.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Sensor (8) für den Tankinnendruck enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfpistole (1) eine Notentlüftung enthält.

9. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 für die Betankung von Fahrzeugen in geschlossenen Räumen, vorzugsweise für die Erstbetankung bei der Fahrzeugmontage.