DE4137345A1 - Vorrichtung zum betanken von kraftfahrzeugen mit gasrueckfuehrung durch eine motorgetriebene gasfoerderpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betanken von Kraftfahrzeugen nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 angege­ benen Bauart.

Aus der DE 36 13 543 C2 ist es bekannt, die Gasförderpumpe zur Gasrückführung im Gaspendelverfahren von dem in jeder Zapfsäule vorhandenen Flüssigkeitsmeßmotor anzutreiben. Da der Flüssig­ keitsmeßmotor, der zur Anzeige des gezapften Kraftstoffes nach Volumen und Preis dient, nur so lange und so schnell angetrieben wird wie Kraftstoff getankt wird, erfolgt auch nur in dieser Zeit­ spanne eine Gasrückführung. Andere Parameter als das getankte Kraftstoffvolumen haben auf das Volumen des zurückgeführten Gases keinen Einfluß.

Aus dem DE-GM 87 17 378 ist es bekannt, über einen vom Flüssig­ keitsmeßmotor angetriebenen Impulsgeber den von der Gasförder­ pumpe geförderten Volumenstrom durch Drosselung zu steuern. Nach­ teilig ist bei dieser bekannten Bauart, daß bei einer von der Tankbefüllung unabhängigen Gasrückführung durch Beimischung von Luftsauerstoff ein hochexplosives Gemisch entstehen kann.

Die eingangs genannte Bauart ist aus der DE 39 03 603 A1 bekannt. Hierbei wird die Gasförderpumpe von einem impuls­ getriebenen elektrischen Schrittmotor angetrieben, der von den Impulsen eines mit dem Flüssigkeitsmeßmotor verbundenen Impulsgebers gesteuert wird.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß elektrische Schritt­ motoren nicht nur im explosionsgefährdeten Bereich von Zapf­ säulen schwierig einzubauen sind, sondern dort auch besonders störanfällig sind und versagen können, was zu einem unkontrol­ lierten Ausfall der gesamten Gasrückführung führen kann.

Aus der DE 40 00 165 A1 ist es bei einer Kraftstoffabfüllanlage mit Gasrückgewinnung bekannt, daß für ein kontrolliertes Ab­ saugen des Dampfluftgemisches durch eine Verdrängerpumpe die Pumpendrehzahl fortlaufend in Abhängigkeit vom abgegebenen volumetrischen Durchsatz unter Berücksichtigung eines Druck­ abfalls und von Temperaturen sowie der Gemischdichte gesteuert wird - dies jedoch bei Erreichen einer turbulenten Strömung des abgesaugten Dampfluftgemisches stromauf der Verdränger­ pumpe.

Eine bei der hieraus bekannten Vorrichtung verwendete logi­ sche Einheit, die mit einem Elektromotor zum Antrieb der Ver­ drängerpumpe verbunden ist, erfordert einen erheblichen elektro­ nischen Aufwand, beispielsweise Speicherregister, Operations­ einheiten, Multipliziereinheiten und Komparatoren.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Bauart ohne großen Schaltungsaufwand bereits unter laminaren Strö­ mungsbedingungen des zurückzuführenden Gases und damit auch bei anlaufender bzw. nachlassender Strömung des eingefüllten Kraftstoffes zu Beginn bzw. am Ende eines Tankvorgangs die Drehzahl des Antriebsmotors für die Gas­ förderpumpe derart zu regeln, daß durch physikalisch be­ dingte Unregelmäßigkeiten und Nichtlinearitäten der Gas­ förderpumpe hervorgerufene Abweichungen vom Sollwert der Pumpenförderleistung laufend erfaßt und elektronisch kom­ pensiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein weiterer Impulsgeber auf der Welle der Gasförder­ pumpe sitzt und dieser zusammen mit dem Impulsgeber des Flüssigkeitsmeßmotors sowie einer als Prozessor ausgebil­ deten Regeleinheit in einen Regelkreis einbezogen sind, der durch ständigen Vergleich der von den beiden Impuls­ gebern erzeugten Signale am Ausgang der Regeleinheit eine der Drehzahl für den die Gasförderpumpe antreibenden Elektro­ motor proportionale Regelgröße liefert.

In diesem Regelkreis bildet der dem Flüssigkeitsmeßmotor nachgeschaltete und der mit der Gasförderpumpe verbundene Impulsgeber jeweils die Meßeinrichtung. In dem der Gasför­ derpumpe zugeordneten Impulsgeber fließen die von dieser Pumpe herrührenden Störfaktoren bzw. die diese ausschal­ tenden Korrektur- und Kompensationssignale ein.

Durch eine derartige Regelung werden, anders als bei der be­ kannten Steuerung, eine exakte Drehzahlanpassung zwischen dem als Kolbenmesser ausgebildeten Flüssigkeitsmeßmotor und dem die Gasförderpumpe antreibenden Motor sowie eine stän­ dige Kontrolle der Drehbewegung dieser Pumpe erzielt; Fehler im Gasrückführungssystem während des Betankungsvorgangs wer­ den hierbei sofort von der Regeleinheit erkannt und dem Rech­ ner mitgeteilt. Dadurch läßt sich insgesamt eine erhöhte Sicherheit der tatsächlich zurückgeführten Gasmenge gewähr­ leisten.

Zur Ermittlung und Anzeige der für den Tankkunden bestimmten Tankdaten zweckmäßigerweise in einem jeder Längsseite einer Tankinsel zugeordneten Monitor ist in vorteilhafter Ausge­ staltung der Erfindung der Rechner zwischen dem vom Flüssig­ keitsmeßmotor angetriebenen Impulsgeber und der Regeleinheit geschaltet, vorzugsweise an die diesen Impulsgeber und die Regeleinheit verbindende Leitung angeschlossen.

Zweckmäßigerweise ist der Elektromotor für die Gasförderpumpe ein frequenzgeregelter kommutatorloser Dreiphasen-Drehstrom­ motor oder ein spannungsgeregelter Gleichstrommotor mit elektro­ nischer Kommutierung, beispielsweise ein Synchronmotor mit einem hochenergetischen, permanentmagneten Läufer, der an seinem Rotor­ umfang Metalle der Seltenen Erden, vorzugsweise Magnete aus Kobalt, enthält. Magnetmetalle dieser Art zeichnen sich dadurch aus, daß sie sich durch hohe elektrische Impulsströme nicht entmagnetisieren lassen.

Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der Zapfsäule einer Kraftfahrzeugtankstelle.

Aus einem in der Zeichnung nicht dargestellten, unterirdisch angeordneten Lagerbehälter wird bei einem Betankungsvorgang eines aufzutankenden Kraftfahrzeugs über eine bis in die Nähe des Behälterbodens reichende Ansaugleitung 1 durch eine innerhalb eines Zapfsäulengehäuses 2 installierte Flüssig­ keitsförderpumpe 3 flüssiger Kraftstoff angesaugt, der in seiner Fördermenge durch einen als Kolbenmesser ausgebildeten Flüssigkeitsmeßmotor 4 gemessen wird. Die Ausgangswelle des Flüssigkeitsmeßmotors 4 ist mit einem Impulsgeber 5 ge­ koppelt, der die getankte Kraftstoffmenge in entsprechende elektrische Signale umsetzt, welche für die Anzeige des ge­ tankten Kraftstoffvolumens und des zu zahlenden Kaufpreises einem im Zapfsäulengehäuse 2 vorgesehenen Rechner 6 zu­ geführt werden. Die Anzeige von Grundpreis, getankter Kraft­ stoffmenge und Kaufpreis erfolgt an einem Monitor 19 im Zapfsäulenkopf.

Der für den Betankungsvorgang angesaugte und hochgeförderte Kraftstoff verläßt den Flüssigkeitsmeßmotor 4 über eine Rohrleitung 7 und gelangt über einen Zapfschlauch 8 an das in der Zeichnung nicht wiedergegebene Zapfventil.

Eine Ringkammer im Zapfventil nimnt die beim Tanken frei­ werdenden Gase auf und steht mit einer schlauchförmigen Gasrückführleitung 9 in Verbindung, die bis zu ihrer Ausmündung innerhalb des Zapfsäulengehäuses 2 oder in dessen Nähe koaxial vom Zapfschlauch 8 umgeben ist. Hin­ ter der Ausmündung geht die Gasrückführleitung 9 in eine Rohrleitung 10 über, die über eine Flammendurchschlag­ sicherung 11 an eine Gasförderpumpe 12 mit regelbarem Motor angeschlossen ist. Der Ausgang der Gasförderpumpe 12 führt über eine weitere Flammendurchschlagsicherung 13 und eine Gasleitung 14 durch den Domdeckel in den unterirdi­ schen Lagerbehälter oberhalb dessen Flüssigkeitsspiegels.

Bei dem die Gasförderpumpe 12 antreibenden regelbaren Mo­ tor handelt es sich um einen spannungsgeregelten Gleichstrom­ motor mit elektronischer Kommutierung, der eine analoge Rege­ lung und damit analoge Drehmomentänderungen zuläßt. Besonders geeignet ist für derartige Zwecke ein Synchronmotor mit einem hochenergetischen, permanentmagnetischen Läufer mit einer Kobaltlegierung am Rotorumfang.

Mit diesem Motor für die Gasförderpumpe 12 ist ein Impuls­ geber 15 verbunden, der elektrische Regelimpulse von einer beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildeten Regeleinheit 16 für die Gasförderpumpe 12 zugeführt erhält. Diese Re­ geleinheit 16 vergleicht ständig die vom Impulsgeber 5 des Kolbenmessers 4 im Rechner 6 erzeugte und dem ge­ tankten Kraftstoffvolumen proportionale Impulszahl mit der vom Impulsgeber 15 des Motors für die Gasförderpumpe 12 erzeugten und der zugeführten Gasmenge entsprechenden Impuls­ zahl und regelt dieses Verhältnis als auch Abweichungen von einem vorwählbaren Verhältnis zwischen abgegebenem Kraft­ stoffvolumen und rückgeführter Gasmenge auf den Antrieb der Gasförderpumpe 12 im Sinne einer Drehzahlerhöhung oder Drehzahlverringerung des Motors für diese Pumpe.

Bei diesem ständigen Vergleich stellt das getankte Kraft­ stoffvolumen den Istwert und die zurückgeführte Gasmenge den Sollwert des Regelkreises dar. Die Regelung ist so eingestellt, daß normalerweise das Verhältnis 1 ist, d. h. 100% getanktes Kraftstoffvolumen entspricht 100% zurück­ geführter Gasmenge. Dieses Verhältnis läßt sich jedoch bei­ spielsweise derart korrigieren, daß 105% zurückgeführter Gasmenge als Sollwert dem Istwert von 100% getanktem Kraft­ stoffvolumen entsprechen, um einen vergrößerten Rücksaug­ effekt zu erzielen.

Die Regelgeschwindigkeit ist wiederum so eingestellt, daß ein bauartbedingter Trägheitseffekt der Gasförderpumpe kompensiert, also einer gewissen Hysterese entgegenge­ wirkt wird. Dies erfolgt in der Regeleinheit 16 auf rein elektronischem Wege.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Betanken von Kraftfahrzeugen mit einer für die Rückführung der beim Tankvorgang freiwerdenden Gas­ mengen in der Zapfsäule vorgesehenen motorgetriebenen Gasförderpumpe (12), die vom Flüssigkeitsmeßmotor (4) der Zapfsäule nach Maßgabe des getankten Kraftstoff­ volumens gesteuert ist und der Flüssigkeitsmeßmotor (4) mit einem Impulsgeber (5) gekoppelt und diesem ein Rechner (6) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Impulsgeber (15) auf der Welle der Gasförderpumpe (12) sitzt und dieser zusammen mit dem Impulsgeber (5) des Flüssigkeitsmeßmotors (4) sowie einer als Prozessor ausgebildeten Regeleinheit (16) in einen Regelkreis einbezogen sind, der durch ständigen Vergleich der von den beiden Impulsgebern (5 und 15) erzeugten Signale am Ausgang der Regeleinheit (16) eine der Drehzahl für den die Gasförderpumpe (12) an­ treibenden Elektromotor (18) proportionale Regelgröße liefert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (6) zur Ermittlung und Anzeige der für den Tankkunden bestimmten Tankdaten zwischen dem vom Flüssigkeitsmeßmotor (4) angetriebenen Impuls­ geber (5) und der Regeleinheit (16) geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (6) an die den Impulsgeber (5) und die Regeleinheit (16) verbindende Leitung angeschlos­ sen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rechner (6) umgeformten Meßdaten einem jeder Längsseite einer Tankinsel mit mehreren Zapf­ säulen zugeordneten Monitor (19) zuführbar und für den Tankkunden ablesbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Regeleinheit (16) mit dem Elektro­ motor (18) zum Antrieb der Gasförderpumpe (12) ver­ bunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (18) für die Gasförderpumpe (12) als frequenzgeregelter kommutatorloser Drei­ phasen-Drehstrommotor ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (18) für die Gasförderpumpe (12) als spannungsgeregelter Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Synchronmotors mit einem hoch­ energetischen permanentmagnetischen Läufer.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichent durch die Verwendung eines Motors mit einem Läufer, der an seinem Umfang Metalle der Seltenen Erden enthält.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Verwendung von Magneten aus Kobalt am Rotor­ umfang.