DE4434216A1

DE4434216A1 - Verfahren zur Diagnose von Kraftstoffleckagen

Info

Publication number: DE4434216A1
Application number: DE4434216A
Authority: DE
Inventors: Fritz Curtius
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-19
Filing date: 1994-09-25
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2014-09-26
Also published as: DE4434216C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie je eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11 und des Patentanspruch 13 zur Durchführung des Verfahrens.

Eine derartige Kontrolle der abgerechneten Kraftstoffmenge wird heute auf Tankstellen generell bei der wiederkehrenden Eichung der Benzinuhren durchgeführt. Hierzu wird der Kraftstofffluß zwischen der Benzinuhr 20 und der Zapfpistole 2 geeicht und das Anzeigeinstrument FI anschließend verplombt; wobei auf einer Tankstelle mit Gasrückführung besondere Maßnahmen getroffen werden müssen, Kraftstoffmengen, welche innerhalb der Meßstrecke zwischen Benzinuhr 20 und Zapfpistole 2 entweichen, ebenfalls meßtechnisch zu erfassen. Andernfalls wird vom Kunden bezahlter Kraftstoff, sei es durch normalen Verschleiß oder sogar durch eine mögliche Manipulation in den Erdtank zurückgesaugt.

Ein deartiges Absaugen von Gasvolumen mit Flüssigkeiten ist aus der EP 04 61 770 bekannt, (vgl. insbesondere S. 3 Zeile 16- 18); wobei besondere Maßnahmen getroffen werden müssen, um das abgesaugte Gasvolumen an das Volumen der getankten Kraftstoffmenge (24, 28, 34, 38, 44, 46) anzupassen. Als weitere Maßnahme zur Rückführung des Benzindampf-/Luftgemisch mit Benzinanteilen wird vorgeschlagen den Druck nach dem Zapfschlauch (16) aber noch vor der Gaspumpe (36) mittels eines Transducer (38) zu messen.

Falls nach dem Stand der Technik nach EP 04 61 770 der Unterdruck an der Meßstelle (38) zu tief wird, so wird der Nenndruck durch eine Reduzierung der Gasförderung wieder hergestellt, und falls der Druck an der Meßstelle zu sehr steigt, so wird der Nenndruck durch eine Erhöhung der Gasförderung wieder hergestellt. (vgl. S. 2, Zeile 24-29).

Falls durch Leckagen innerhalb des Zapfsystemes Kraftstoffmengen in die Gasrückführleitung gelangen, so steigt der Unterdruck an der Meßstelle (38) erheblich an und die Gasrückführung wird durch den Transducer (38), über den Mikroprozessor (34) eine reduzierte Volumenförderung in der Pumpe (34) einstellen.

Das Verfahren zur Gasrückführung nach dem Stand der Technik nach der EP 04 61 770 ist also auf Flüssigkeitsanteile, welche im Laufe der Zeit infolge von Verschleiß und von Leckagen in die Gasrückführung gelangen nicht richtig abgestimmt und wird darauf sogar mit einer Drosselung des geförderten Volumen reagieren.

Für die Eichbehörden ergibt sich hierdurch der Nachteil, daß sie für ihre Eichtätigkeit, welche auf einer exakten Erfassung von physikalischen Parametern basiert, in einem Anlagenteil (24, 2, 6, 10) als Meßstrecke Durchsatzmessungen durchführen, welches möglicherweise nicht dicht ist, und was mit der eingebauten Meßtechnik nicht diagnostizierbar ist.

Es ist weiter sogar möglich, daß durch eine Manipulation an der Dichtung (Fig. 2) ganz bewußt ein Zurücksaugen von Kraftstoff bezweckt wird, welches die Eichbehörden gerade verhindern wollen.

Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, das Auftreten der unvermeidbaren Leckagen an Zapfsystemen mit Gasrückführung infolge des normalen Alterungsprozesses und infolge einer Manipulation zu erkennen, damit die Fehler im Interesse der Allgemeinheit beseitigt werden können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 und die Vorrichtung gemaß Patentanspruch 13 gelöst. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10, 12 und 14, 15 gegeben.

Es ist zwar aus der DE-A-41 37 345 (vgl. 8, 9) und aus der DE 40 37 066 00 165 (vgl dort 26, 28, 42) bekannt, den Volumenstrom in der Gasrückführung zu regeln; wobei beim Stand der Technik nach der DE-A-41 37 345 insbesondere auf die Notwendigkeit verwiesen wird, bei der Absaugung den Druckabfall und die Gasdichte der abgesaugten Dämpfe (Seite 1, Zeile 41-43) zu berücksichtigen, wobei nach dem Stand der Technik nach der DE 40 37 066 besondere Vorkehrungen getroffen werden, um den Kompressor vor möglicher Flüssigkeit im Gasstrom zu schützen, wobei aber bei der Messung des Stellsignales in der vorgeschalteten Strahlpumpe (26) der Meßfehler durch Flüssigkeitsanteile im Gasstrom nicht berücksichtigt wird.

Auch bei einer Kombination der Erkenntnisse einerseits nach dem Stand der Technik, die Gasdichte zu beachten und andererseits nach dem Stand der Technik, die Flüssigkeitsanteile aus dem Gasstrom abzuscheiden, auch dann ist es nicht nahe gelegt, den störenden Einfluß von Leckagen in der Gasrückführung zu erkennen, weil jedes Verfahren für sich, die gestellte Aufgabe zur Regelung der Gasrückführung nicht so, wie in der Praxis erforderlich, erfüllen kann.

Beim Stand der Technik nach der DE 40 37 006 wird ein zur Optimierung des Anlauf- und Abstellverhalten der Gasrückführung typisches Regelverhalten (Seite 4, Zeile 14-17) aufgezeigt; wobei bei hohem Unterdruck und kleinen Gasdurchsätzen am Saugstutzen der Gaspumpe (42) ein Rückführventil 50 öffnet und Gas über die Leitungen (40, 44, 52) zurückgeführt wird. Beim Auftreten von kleinen Flüssigkeitsleckagen hat dieses Regelverhalten nach dem Stand der Technik den Nachteil, daß der Unterdruck am Saugstutzen (48) ebenfalls ansteigt und wegen der Öffnung des Ventiles (52) die Absaugung der Gase praktisch zusammenbricht.

Die Erfindung beruht einerseits auf der Erkenntnis, daß sich zwischen der Benzinzuführleitung 15, 22 und der Gasrückführleitung 1 durch den Druck der Benzinpumpe ein Druckgefälle von 1 bis 4 bar aufbaut und andererseits gibt es die praktische Erfahrung, daß bei dem üblichen Verschleiß sei es durch die Lösungseigenschaften des Benzol und/oder die mechanische Beanspruchung, fast jeder Zapfschlauch 3 im Laufe des Gebrauches undicht werden wird. Eine Leckage im Innern ist außen nicht sichtbar und der langsam austretende Kraftstoff wird kontinuierlich vergleichbar einer pneumatischen Fördereinrichtung aus dem Zapfschlauch abgesaugt. Die Eichbehörden, für deren Meßsystem heute eine Meß-Genauigkeit von +/- 0,5% angegeben wird, können kleine Leckagemengen von 0,5% und weniger nicht feststellen.

Durch den Flüssigkeitsanteil im Gasstrom ändert sich die Dichte des Gases und der Druckverlust in der Rohrleitung 1 nimmt zu. Bei einer Leckage von 0,1% wird, bezogen auf 1 m³-Kraftstoff, 1 Liter oder ca. 0,8 kg einem Kubikmeter Benzindampf-/Luftgemisch aus dem PkW-Tank zugeführt. Die für die Strömungsverhältnisse maßgebende Dichte des Benzin/Benzindampf-/Luftgemisch steigt somit von ca. 1,5 kg/m³ auf 2,3 kg/m³ an.

Diese Dichte wirkt sich als erhöhter Druckverlust in der Rohrleitung aus und liefert nach dem Stand der Technik nach EP 04 61 770, Meßstelle (38), und nach DE 40 37 066, Meßstelle (26) ein falsches (zu tiefes) Drucksignal, worauf die Gasrückführung jeweils gedrosselt wird.

Bei der drehzahl-geregelten Regelung nach dem Stand der Technik nach DE 41 37 345 stellt sich am Ende des Koaxialschlauches (8) vor der Pumpe (12) ein größerer Unterdruck ein, so daß der Füllungsgrad des Kompressor in bezug auf die dampf- und gasförmigen Komponenten aus dem Pkw-Tank abfällt und die volumetrische Gasrückführung ebenfalls zurückgeht.

Druckabweichungen vom Soll-Druck in der Leitung 1 sind mit üblichen Sensoren, z. B. auf mechanischer Basis, welche ein Signal PA (pressure-alarm) liefern, einfach zu diagnostizieren. Weiter kann es vorteilhaft sein, den erhöhten Unterdruck durch eine Strahlpumpe (26) gemäß DE 40 37 066 oder durch einen Druck- Transducer (38) gemäß EP 04 61 770 als zusätzlichen PA (presure alarm) diagnostizieren zu lassen.

Ein üblicher Koaxialschlauch hat eine gestreckte Länge von ca. 4 m und einen Innendurchmesser der innenliegenden Leitung von 8 mm. Rechnerisch ergibt sich bei einer Absaugleistung von 40 l/min für ein Benzindampf-/Luftgemisch ein Druckverlust von ca. 400 mm WS. Der Sollwert am Ende des Zapfschlauches ist also der Druckverlust der Pistole (x) + 400 mm WS. Falls in dem Zapfschlauch 0,1% Kraftstoff zurückgesaugt wird, ergibt sich mit der obigen Zunahme der Dichte ein erhöhter Druckanteil für den Zapfschlauch von δp = 400 × 2,3/1,5 = 613 mmWS.

Die oben zum Stand der Technik aufgeführten Anlagen werden in Deutschland durch den TÜV Rheinland einer Eignungsprüfung (Systemprüfung) unterzogen. Ein wesentliches Ergebnis dieser Prüfung ist die Ermittlung eines typischen Umrechnungsfaktors für den volumentrischen Gasdurchsatz, wenn z. B. Luft mit der Dichte von 1,25 kg/m³ gegenüber einem Benzindampf-/Luftgemisch mit mit einer Dichte von 1,5 kg/m³ gefördert wird. Dieser erhöhte Faktor für den Betrieb mit Luft beträgt z. B. 1,06. Unter der Annahme einer linearen Abhängigkeit dieser Umrechnungsfaktoren ergibt sich bei einer Leckage von 0,3% eine Dichteänderung im Gasstrom 3 × 0,8 (kg/l) = 2,4 kg/m³ gefördertem Gas und mit der obigen Abhängigkeit der Änderung von 0,06 aus dem Umrechnungsfaktor zu der zugehörigen Änderung der Dichte von 0,25 kg/m³ ergibt sich folgende Reduzierung des Gasvolumen: δV = 0,06 × 2,4/0,25 = 0,57 m³.

Die Auswirkung des durch den TÜV Rheinland gemessenen Effektes der Dichteänderung auf die hydraulischen Fördereigenschaften treten effektiv noch weiter verstärkt auf, weil in dem um 50% reduzierten Gasstrom eine konstante Flüssigkeitsmenge die doppelte Zunahme der Dichte bewirkt.

Unter Verwendung dieser physikalischen Abhängigkeiten ist es für die Eichbehörden möglich, eine Leckage am Zapfsystem von 0,3%, welche wegen der Meßtoleranzen von +/- 0,5% mit der Messung über die Benzinuhr nicht erfaßbar ist, auch über das Volumen der zurückgeführten Gasmenge eindeutig zu diagnostizieren.

Nach Patentanspruch 10 ist es vorteilhaft möglich, auf bestehenden Meßeinrichtungen für die Kontrolle der Gasrückführung, z. B. den Meßwert einer zentralen Messung 18 als Meßgröße zu erfassen und z. B. auf einem Schreiber zu dokumentieren.

Es stellt sich die Frage nach der Belastung für die Allgemeinheit, welche infolge einer Leckage von 0,3% entsteht. Als Basis für eine Betrachtung ist eine Tankstelle mit einem jährlichen Umsatz von 3000 mm/Jahr ausgewählt. Bei einer Leckage von 0,3% und einem Benzinpreis von 1,5 DM/l - Kraftstoff ergibt sich ein jährliche Einsparung von 3000 × 0,003 × 1500 = 13500 DM/Jahr. Um diese Summe über den normalen Benzinverkauf, bei einer Marge von 0,07 DM/l - Kraftstoff zu erwirtschaften, muß die folgende Menge Kraftstoff verkauft werden, 13 500/0,07 = 192 857 l. Die Möglichkeit zur Manipulation z. B. an Dichtflächen ist insofern gegeben als die Eichbehörden diese Leckagen nicht überprüfen und der Betreiber zum Verkauf der obigen Benzinmenge die Tankstelle 360 × 192,85/3000 = 23,1 Tage betreiben muß.

Ein weiterer Aspekt ist der Schaden, bzw. die Belastung für die Allgemeinheit durch eine mögliche Leckage, wenn die oben beschriebenen Einrichtungen zur Gasrückführung nach dem Stand der Technik unkontrolliert betrieben werden.

Für den Betrieb eines Pkw mit einem modernen Motor und einem Katalysator, KAT, wird heute im Rahmen der Abgasuntersuchungen ein Restschadstoff von 20 bis 50 ppm organisches gemessen. Bei einem erreichbaren Durchschnitt von 40 ppm und einem spez. Abgasvolumen von 10 Nm³/l-Kraftstoff ergeben sich bezogen auf einen m³_B-Kraftstoff bei einem Molekulargewicht von 75 kg/Mol noch folgende spez. Emissionen:

g_B = 75 × 40 × 10 × 10³/22,41 × 106 = 1,338 kg/m³_B;

Bei der Verbrennung von 1 m³_B-Kraftstoff in einem modernen Pkw ergeben sich also insgesamt 1,338 kg/m³_B Restemission an Benzinanteilen.

In den Untersuchungen des TÜV Rheinland und des Umweltbundes amtes wird als Emission am Tankstutzen 1,5 bis 2,3 kg-Benzin/m³_B gemessen. Bei einer Emission von 1,6 kg/m³_B und einer Emissionsminderung von 75% durch die Gasrückführung ergibt sich folgende Emissionsminderung: 1,6 × 0,75 = 1,2 kg/m³_B;
Die Gasrückführung hat noch einen zusätzlichen Effekt der Emissionsminderung, daß der entstehende Freiraum bei der Benzinentnahme im Lagertank nicht durch frische Luft, sondern durch aufgesättigtes Gas aus dem Pkw ersetzt wird. Durch die Aufsättigung der Luft, beim Betrieb ohne Gasrückführung, entstehen Benzinverluste und die Luft dehnt sich, speziell bei den für Luftschadstoffe kritischen Sommerbedingungen, um über 50% aus; wobei in 1 m³-Gas ca. 0,9 kg/m³ Benzinanteile enthalten sind.

Die Gasrückführung erreicht also eine weitere Emissionsminderung am Entlüftungsmast durch die Einsparung des Überschußvolumen von
0,5 × 0,9 0,45 kg/m³_B;
mit der obigen Minderung 1,2 kg/m³ _B ist die
gesamte Emissionsminderung 1,65 kg/m³_B.

Obiges Beispiel zeigt, daß mit der Gasrückführung nach dem Stand der Technik mit 1,65 kg/m³_B mehr Emissionen vermieden werden, als insgesamt beim Betrieb der modernen Fahrzeuge noch entstehen. Sollte, aber durch Flüssigkeitsleckagen von nur 0,3%, infolge eines natürlichen Verschleißes oder gewollt, die Gasrückführung nur mit 50% arbeiten, so nehmen die Emissionen an der Tankstelle um 1,65/2 = 0,825 kg/m³_B zu. Diese Emissionsbelastung kann im Vergleich zu der Restemission aus dem Betrieb der Pkw als erheblich bezeichnet werden, besonders deshalb, weil sie konzentriert nur für die Anwohner und das Personal an Tankstellen entsteht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Fig. 1 bis Fig. 4 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prozeß-Schema mit den Kontrollen von Flüssigkeits leckagen;

Fig. 2 Schnittzeichnung der Leckagen;

Fig. 3 eine Druckmeßkurve;

Fig. 4 Aufbau der Meßtechnik.

In Fig. 1 ist die schematische Darstellung der oben nach dem Stand der Technik beschriebenen Systeme zur Gasrückführung ersichtlich. Dabei verläuft die Gasrückführleitung 1 beginnend an der schematisch dargestellten Zapfpistole 2 zu dem koaxialen Schlauch 3, zu dem Absperrventil 4, über die Gaspumpe 5 zu dem Ventil 6 in dem Entlüftungsmast am Ende der Gasrückführleitung 1. Über die Verbindungsleitung 7, 8, und 9 ist die Gasrückführleitung 1 mit den 3 Erdtanks 10, 11 und 12 verbunden.

Über den Stutzen 13 erfolgt die nicht gezeigte Gasrückführung der 2 anderen Zapfstellen der gleichen Zapfsäule. Über den Stutzen 14 können die Gase von anderen Zapfsäulen zurückgeführt werden. Die Kraftstoffentnahme aus dem Erdtank 12 erfolgt über die Leitung 15 und die Benzinpumpe 16 zu dem Koaxialschlauch 3 und von dort zu der Zapfpistole 2 mit dem Absperrventil 17 in der Flüssigkeitsleitung.

Die Benzinuhr 20 ist als Durchflußanzeige (FI-flow-indicating) dargestellt.

Die Leitung 24 zeigt eine nach dem Stand der Technik mögliche, im normalen Betrieb ungünstige, Gasführung zu dem Ansaugstutzen der Gaspumpe 5.

Mit der gestrichelten Leitung zu dem Regler-Processor 21 ist die Regeltechnik nach dem Stand der Technik beispielhaft beschrieben. Wobei der Regler 21 die Informationen aus der Benzinuhr 20 verarbeitet und sie auf den nicht gezeigten regelbaren Antrieb der Gaspumpe 5 weiterleitet.

Diese Regelung (20, 21, 5) zeigt das typische Regelverhalten der oben aufgeführten Verfahren nach dem Stand der Technik. Regelungen dieser Art und alle weiteren, welche den störenden Einfluß von Flüssigkeit im Gasstrom bzw. das Auftreten von überhöhten Druckverlusten nicht beachten, sind durch eine unabhängige Druckmessung, gemäß Patentanspruch 1, und einen Soll-Wert/Ist-Wert-Vergleich zu überwachen.

Die Zapfpistole 2 und der Zapfschlauch 3 sind die kritischen Teile der Gasrückführung, welche einem besonderen Verschleiß ausgesetzt sind. Bei jedem Tankvorgang werden diese Komponenten je nach der Geschicklichkeit des einzelnen Kunden der Tankstelle überdehnt. Die Leckagen können bereits in der Zapfpistole 2 und an der Verbindung zwischen der Zapfpistole und dem Zapfschlauch, in dem Zapfschlauch selbst sowie am Ende des Zapfschlauch auftreten, wo die Flüssigkeitsleitung 15 eintritt.

An der Meßstelle 19, angeschlossen an die gasführende Leitung 1 zwischen dem Zapfschlauch 3 und der Verzweigung 13, wird der Druckabfall in der Leitung 1 als Druck/Alarm PA überwacht. Mittels eines mechanischen Drucksensor, welcher bei Überschreiten eines bestimmten Unterdruckes einen Alarm PA liefert, kann die Dichtheit der Flüssigkeitsleitung 22 in dem Koaxialschlauch 3 überwacht werden. Dabei ist es möglich den Alarm durch eine optische mit Farbwechsel grün/rot anzuzeigen.

Es ist weiter möglich, die Meßeinrichtung PA auch in die Leitung 1, aber zwischen der Verzweigung 13 und der Gaspumpe 5 einzubauen. Ebenso ist es möglich, die Meßstelle 19, anstatt mit einem Meßwert als Druckalarm PA, auch als Druckanzeige PI z. B. als Manometer oder PIA als Manometer mit einem roten Bereich, auszuführen. In jedem Fall ist es damit möglich, eine Störung im vorher liegenden Rohrleitungsabschnitt zu erkennen. Dies kann auch eine Querschnittsverengung sein, welche ebenso wie eine Flüssigkeitsleckage die Absaugung des Gasvolumens beeinflußt.

Das Schema zeigt eine weitere Meßstelle 18 in der Gasrückführ leitung 1, ausgeführt als PIRA (pressure-indicating-recording alarm). Die Meßstelle kann auch an die Stutzen 25 im nicht gezeigten Domschacht der Erdtanks 10, 11, 12 angeschlossen werden. Die Meßstelle ist an das gasseitige System der 3 Erdtanks angeschlossen. Für eine Druckmessung ist das System nach außen durch das Ventil 6 geschlossen. Die Geschwindigkeit an der Meßstelle 19 sollte während der Druckmessung möglichst klein oder null sein.

Der Aufbau der Meßstelle 19 und die Funktion wird zusammen mit der Darstellung in Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben.

In Fig. 2 ist die Möglichkeit für die Bildung von Leckagen in einem Schnitt durch die Verbindung des Zapfschlauches 3 mit der Zapfpistole 2 dargestellt. Die Verbindungselemente sind aus Metall. Die Gasrückführleitung 1 ist koaxial zur Benzinleitung 22 geführt. An der Weiterführung der flexiblen Seele 26 in das Zapfventil 2 entstehen zwei Dichtflächen: Die Verbindung der Seele 26 mit dem inneren Rotationskörper 28 und die Steckverbindung des Rotationskörper 28 mit dem Rotationskörper 29 der Zapfpistole 2. Die Rotationskörper 28, 29 sind über Rippen 32, 33 in der Ringleitung 22 abgestützt. Die Verbindung der Zapfpistole 2 mit dem Zapfschlauch 3 wird durch das Gewinde 27 zusammengehalten. Die Abdichtung der Steckverbindung 28, 29 erfolgt über einen O-Ring 31. Während des Tanken besteht zwischen der Leitung 22 und der Gasrückführleitung 1 ein Druckgefälle von einigen bar. Schon bei kleinen Fehlern an den Verbindungen 26, 28 und 28, 29 kann Flüssigkeit an der Seele 26 und dem O-Ring 31 in die Leitung 1 eintreten.

An dem O-Ring 31, der als Dichtelement jederzeit erreichbar ist, besteht eine leichte Möglichkeit, die Benzinabrechnung zu Lasten der Kunden durch eine Manipulation z. B. eine falsche Werkstoffwahl zu beeinflussen. Außerdem kann die Dichtwirkung an dem Anschluß der Seele 26 durch das Verbiegen der Schlauchleitung nachlassen.

Nach dem obigen Beispiel tritt also eine Kraftstoffmenge von 0,1% in die Gasrückführleitung ein. An der Meßstelle 19 ist bei normaler Tankgeschwindigkeit von 40 l/min ein Unterdruck von z. B. 1000 mmWS als Sollwert. Infolge der Leckage wird ein Ist wert von 1213 mmWS in der Meßstelle 19 gemessen. Ein druckgesteuerter Sensor PA muß also zur Diagnose der Leckage auf einen Ansprechdruck von -1213 mmWS eingestellt werden. Bei einer Ausführung der Meßstelle 19 als Anzeige PIA muß das Meßinstrument für einen minimalen Bereich von 0 bis -1215 mmWS ausgelegt sein und anschließend einen roten Bereich melden.

Bei einem ständigen Betrieb der betreffenden Zapfstelle im roten Bereich ist der Zapfschlauch in Bezug auf Verschleiß zu kontrollieren, vor allem deswegen, weil auch die Wirkung der Gasrückführung erheblich nachlassen wird.

Im folgenden wird die Wirkung der Meßstelle 18 und die Abhängigkeiten der Meßgrößen sowie die Vorrichtung nach Patentanspruch 13 anhand der Darstellungen in Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben.

In Fig. 3 ist der Druck 33 an einer Meßstelle 18 vor, während und nach einem Tankvorgang über der Zeit aufgeschrieben. Auf der Zeitachse entsprechen 2 cm 1 Minute, die Druckskala reicht von -30 mmWS bis -10 mmWS, also über 20 mmWS. Vor dem Tankvorgang steigt die Druckkurve 33 leicht an, mit Beginn des Tankvorgang fällt die Druckkurve 33 steil ab und verläuft nach dem Ende des Tankvorganges mit der normalen Steigung. Die getankte Menge, abgelesen an der Tankuhr 20 betrug 34 l. Die Druckänderung δp als Istwert, gemessen über den Tankvorgang, ist 8,2 mmWS. Der große Druckabfall zeigt an, daß viel zu wenig Gas zurückgeführt wird. Bei einem richtigen Tankvorgang bleibt der Druckverlauf als Sollwert an der Meßstelle 18 konstant. Das aufgrund der Druckänderung nach der unten angegebenen Gleichung, berechenbare fehlende Gasvolumen ist 30 l. Folgende Meßdaten wurden dabei verwendet: Volumen V 34 000 l, Druck p 9200 mmWS, auf einer Ortshöhe von 800 m über Meer, Kraftstoff S-bleifrei.

Der hier gezeigte Tankvorgang wurde vom Kunden durchgeführt. Das Ergebnis der Gasrückführung, welche gemäß Fig. 1 betrieben wird, d. h. über den Kraftstofffluß geregelt ist, ist völlig eindeutig und dokumentierbar eine völlig unzureichende Gasrückführung. Bei diesem Ergebnis ist der Zapfschlauch auf mögliche Leckagen hin zu kontrollieren.

Entsprechend dem Beispiel in Fig. 3 lassen sich die einzelnen Tankvorgänge der Kunden auf einfache Weise dokumentieren. Wobei sich herausgestellt hat, daß die Kunden immer bestimmte Zapfsäulen bevorzugen, und daß gerade dort die meisten Störungen oder Leckagen festgestellt werden.

Nachdem in dem gasseitigen System 1, 10, 11, 12 an der Meßstelle 18 während eines Tankvorganges ein bestimmtes flüssiges Volumen über die Leitung 15 entnommen wird und bei dem idealen Tankvorgang das gleiche Volumen über die Leitung 1 aus dem nichtgezeigten Pkw-Tank zugeführt wird, so mißt die Druckmessung PIRA an der Stelle 18 eine Druckänderung δp, die sich einstellt, wenn die Volumenströme in den Leitungen 15, 1 nicht zeitgleich und volumengleich fließen. Aus der ermittelten Druckänderung δp kann man nach der Gleichung δV × p = δp × V die Abweichung des zurückgeführten Gasvolumen δV von dem gasförmigen Volumenstrom bei volumengleicher Gasrückführung berechnen. Dabei ist p der barometrische Gesamtdruck im Tanksystem 1, 10, 11, 12, V ist der der gasseitige Freiraum im Tanksystem und die Druckänderung δp kann aus der Meßkurve 33 abgelesen werden. Mit dem Meßwert FI für die Kraftstoffentnahme an der Benzinuhr 20 kann die Abweichung des gasförmigen Volumens δV von dem Meßwert FI ausgedrückt werden.

Gemäß obiger Gleichung erfolgt die Bestimmung von -V aus dem Meßwert δp über den Quotienten V/p. Dieser ist nahezu konstant und kann vorteilhaft praktisch ermittelt werden, indem bei unterbrochener Gasrückführung z. B. durch vorübergehendes Abstellen der Pumpe 5, eine bekannte Menge (5 l) getankt wird, und die zugehörige Druckänderung δp an der Meßstelle 18 gemessen wird. Der gültige Umrechnungsfaktor ist dann V/p = 5/δp.

Während in der Vorrichtung nach Patentanspruch 11 der Sollwert/ Istwert-Vergleich über die gemessene absolute Druckgröße erfolgt, so ist bei einer Druckmessung an der Meßstelle 18, der Soll-wert das getankte Benzinvolumen FI. Der Soll/Ist-Vergleich erfolgt jedoch über die Volumenänderung δV, welche über die Druckgröße δp als Istwert berechenbar ist.

Weiter ist für die Meßstelle PIRA ein sehr einfacher Vergleich über die Druckmessung möglich. Der Sollwert ist eine unendliche Gerade in Richtung der, vor dem Tankvorgang, aufgezeichneten Druckkurve 33. Der zu messende Istwert soll auf dieser Geraden liegen.

In Fig. 4 ist der Aufbau der Meßstelle 18 schematisch dargestellt.

Für Einrichtungen in Verbindung mit den Kraftstoffen auf Tankstellen gelten die Anforderungen des Brand- und Explosionsschutzes. Bei Ottokraftstoffen muß die Meßstelle für den Anschluß an die (sicherheitstechnische) Zone 0 geeignet sein. Die Meßstelle 18, PIRA, besteht aus einem Drucktransmitter mit einem eigensicheren Stromkreis 4 bis 20 mA.

Die Meßstelle ist wie folgt aufgebaut:
Der Meßumformer 36 ist über die Leitung 37 mit dem Meßstutzen 38 und der Zone 0 im Tanksystem 1, 10, 11, 12 verbunden. Aus Sicherheitsgründen ist in die Rohrleitung 37 eine Flammsperre 40 eingebaut. Der Meßumformer befindet sich in der Zone 1 und ist über den eigensicheren Stromkreis 41 mit dem Speisegerät 42 verbunden, welches außerhalb der Zone 1 aufgestellt ist. Dieses Speisegerät wird mit Fremdenergie 46 z. B. 220 V oder 24 VDC gespeist und hat an seinem Ausgang einen weiteren Meßkreis 43, über welchen die Meßdaten, getrennt von dem eigensicheren Stromkreis 41, für die Weiterverarbeitung abgerufen werden können.

Die Druckanzeige PI kann als Anzeigeinstrument unmittelbar in das Speisegerät 42 eingebaut werden. Somit bildet der Drucktransmitter 36, 41, 42, 43, 46 das Grundgerät eines Meßsystemes, welches auf der Tankstelle fest eingebaut werden kann. Über einen weiteren Ausgang in dem zweiten Meßkreis 43 kann ein Schreiber zur Aufzeichnung des Druckverlaufes z. B. bei Kontrollen der Eichbehörden angeschlossen werden.

Da der örtliche Druck an der Meßstelle im Bereich von 200 mmWS schwanken kann, der Meßbereich klein und die Schreiberbreite groß sein soll, sind der Auflösung des Meßsignal auf einem Schreiber Grenzen gesetzt.

Das in Fig. 3 gezeigte Meßsignal 33 ist für einen Schreiber, mit der 10fachen Breite, in einem Vorschaltgerät 48 verstärkt, der mit einer Hilfsspannung z. B. 24 VDC gespeist wird. Über ein integriertes Potentiometer ist das verstärkte Signal auf die Breite des Meßstreifens von 15 cm verschiebbar. Für den Anwender, z. B. die Eichbehörde ergibt sich bei der Auswertung des Meßsignal, der Effekt einer Lupe, welche mit 10facher Vergrößerung und mit 1/10 der Strichstärke arbeitet. Dieses Vorschaltgerät 48 mit dem Schreiber 44 ist deshalb die passende Zusatzeinrichtung, an das Grundgerät 36, 41, 42, 43, 46, um die Kontrollarbeiten der Behörden oder andere Kontrollen im Rahmen von Garantien durchzuführen.

Über einen zusätzlichen Ausgang am Meßkreis 43 kann ein elektronischer Speicher 45 für die Meßdaten angeschlossen werden. Hierzu ist im allgemeinen das Zwischenschalten eines Wandlers 47 erforderlich.

In der Praxis hat es sich bewährt, Meßdaten zunächst auf einem nicht gezeigten Data-Logger abzulegen, der z. B. in das Gehäuse des Wandlers 47 integriert ist. In diesem Fall können die Meßdaten nach der Messung in einen Computer überspielt werden, um sie dort abzulegen und zu verarbeiten.

Es hat sich gezeigt, daß die im Handel erhältlichen Meßumformer 36 zur Durchführung des Meßaufgabe geeignet sind, wobei die sogenannten "smarten Geräte", welche hinsichtlich des Meßbereiches und dem Druckniveau programmierbar sind, vorteilhaft eingesetzt werden können.

Durch den Einbau des Vorschaltgerätes 48 lassen sich die Meßdaten auch auf einem Meßstreifen eindeutig dokumentieren. Entsprechend der meßtechnischen Aufgabe PIRA (pressure indicating-recording-alarm) wird innerhalb der Meßstelle der Druck angezeigt und kann auf einem Schreiber oder Drucker als Druckverlauf dokumentierbar aufgezeichnet werden. Ein optisches Alarmsignal ist als starke Druckschwankung gemäß Fig. 3 erkennbar.

Der Meßwert, PI, an der Meßstelle 18 kann auch für andere Kontrollverfahren verwendet werden. Hierzu zählen die Anforderungen des Brand- und Explosionsschutzes, welche das feste Verschließen der Stutzen 25 im Domschacht erfordern. Mittels eine Drucküberwachung PI ist eine Kontrolle der Dichtheit in dem Grundgerät 36, 41, 42, 43, 46 möglich; bleibt der Istwert bei Atmosphärendruck, so ist das System undicht.

Mit der zentralen Meßstelle 18 ist es einfach, im normalen Tankbetrieb eine Störung durch Leckagen, welche auch einen Zusammenbruch der Gasrückführung verursachen, zu diagnostizieren. Ist der Zapfschlauch mit der möglichen Leckage ausfindig gemacht, so liefert eine Druckmessung an der Meßstelle 19 eine genaue Auskunft über die tatsächlichen Druckverluste in der Gasrückführleitung 1.

Claims

1. Verfahren zur Diagnose von Kraftstoffleckagen in Systemen mit Gasrückführung und
zur Vorbeugung einer möglichen Manipulation an der Kraftstoffabrechnung in dem Leitungssystem (2, 3, 4, 15) zur Gasrückführung, bestehend aus
einer Zapfeinheit z. B. einer Zapfpistole (2) mit dem zugehörigen Anschluß (3) an die Benzinuhr (20),
einer Installation zur Gasrückführung (1, 4, 5, 6) z. B. mittels Absaugung der Gase über eine Pumpe (5),
und einer vom Flüssigkeitsdurchfluß abhängigen Einstellung der Strömungsverhältnisse in dem gasseitigen System, und einem druckabhängigen Meßwertgeber,
dadurch gekennzeichnet, daß

- die Leckage von der Flüssigkeitsleitung (22) in die Gasrückführleitung (1) in dem gasführenden Teil der Gasrückführeinrichtung (1, 10, 11, 12) diagnostiziert wird,
- zur Diagnose von Flüssigkeitsanteilen der Druck im gasseitigen System der Tankanlage an einer typischen Stelle als Ist-wert zeitweise oder kontinuierlich gemessen wird und
- und der IST-Wert mit dem Sollwert bei normalen Betriebsverhältnissen verglichen wird.

2. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Gasrückführleitung (1) nach dem Ende des Zapfschlauches (3) gemessen wird.

3. Verfahren, nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gasleitung eine Meßstrecke oder eine Meßblende eingebaut wird und der Druck hier gemessen wird.

4. Verfahren, nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck als Absolutdruck oder als Druckunterschied zur Umgebung oder als Druckdifferenz in einer Meßstrecke gemessen wird.

5. Verfahren, nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck PA als Druck/Alarm mittels eines Sensors gemessen wird und bei Überschreitung des eingestellten Soll-wertes ein optischer und/oder akustischer Alarm ausgelöst wird.

6. Verfahren, nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmessung kontinuierlich im Lagertank über der Flüssigkeit oder in den verbindenden Leitungen von Lagertanks ausgeführt als PI oder PIRA oder Kombinationen von beiden, erfolgt.

7. Verfahren, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Soll-wert die Durchsatzanzeige (FI) oder ein Prozentsatz des angezeigten Volumens herangezogen wird und für den Soll-/Ist-Vergleich aus der Druckänderung δp die Änderung des rückgeführten Volumens δV berechnet wird und der Wert δV, als die Abweichung des Istwertes, mit dem Sollwert verglichen wird.

8. Verfahren, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrechnungsfaktor V/p für die Berechnung von δV aus der Druckänderung δp durch die Bildung eines Quotienten δV/δp aus den Meßgrößen δV und δp ermittelt wird, wobei δV die getankte Benzinmenge eines Tankvorganges ohne Gasrückführung ist und δp die gemessene zugehörige Druckänderung im Tanksystem (1, 10, 11, 12) ist.

9. Verfahren, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Diagnose einer Leckage oder einer Manipulation an der Kraftstoffabrechnung, der Druckverlauf als Istwert, PIR, in einem bestimmten Zeitabschnitt gemessen wird und mit dem anlagen-spezifischen, typischen Druckverlauf aus einem früheren vergleichbaren Betriebsabschnitt als Sollwert verglichen wird.

10. Verfahren, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlauf (33) kontinuierlich als Kurve auf einem Schreiber oder Drucker oder Bildschirm dargestellt wird, eine Druckkurve für die Bestimmung des Sollwertes zwischen den Tankvorgängen aufgezeichnet wird und der Istwert eines Tankvorgänge mit einer gedachten Verlängerung der Druckkurve, als Sollwert, verglichen wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, und insbesondere nach Anspruch 5, zur Diagnose einer Kraftstoffleckage und zur Vorbeugung einer Manipulation an der Kraftstoffabrechnung, bestehend aus,
einer Meßstelle PA in der Gasrückführleitung (1) und einem druckabhängigen Meßwertgeber,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßwertgeber als Drucksensor ausgeführt ist, auf welchem ein zulässiger Istwert als zulässiger Unterdruck einstellbar ist und
bei Unterschreiten des eingestellten Unterdruckes ein optisches und/oder akustisches Signal erkennbar ist.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere nach Anspruch 5,
zur Diagnose einer Kraftstoffleckage und zur Vorbeugung einer Manipulation an der Kraftstoffabrechnung,
bestehend aus,
einer Meßstelle PA in der Gasrückführleitung (1) und einem druckabhängigen Meßwertgeber,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßwertgeber (19) auf die Strömungsbedingungen einer vorgeschalteten Gasrückführleitung (1, 2, 3) abgestimmt ist und bei Überschreiten des Sollwertes ein optisches und akustisches Signal liefert.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere nach Anspruch 6,
zur Diagnose und zur Dokumentation einer Kraftstoffleckage und zur Vorbeugung einer Manipulation an der Kraftstoffabrechnung, bestehend aus,
einer Meßstelle PI, wahlweise PIRA, in dem gasseitigen Tank system (1, 10, 11, 12) ausgeführt als Drucktransmitter (40, 36, 41, 42, 46, 43),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßstelle (18) als Meßsystem aufgebaut ist,
der Drucktransmitter (40, 36, 41, 42, 46, 43) ein fest einbaubares Grundgerät eines Meßsystemes bildet und zur Diagnose und Dokumentation einer Kraftstoffleckage ein Schreiber bzw. Drucker (44) und/oder ein Data-Logger (47) an das Grundgerät anschließbar ist.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, und nach Anspruch 13, insbesondere zur Durchführung von wiederkehrenden Kontrollen,
bestehend aus,
der Vorrichtung nach Anspruch 13, und
einem Drucker/Schreiber (44) mit einem Vorschaltgerät (48)
dadurch gekennzeichnet, daß
zur besseren Kontrolle und Dokumentation, das Meßsignal nach einer Verstärkung in dem Vorschaltgerät (48) auf einem Meßstreifen (44), wie durch eine Lupe betrachtet, ausdruckbar ist.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, und nach Anspruch 13, insbesondere zur Durchführung einer kontinuierlichen Überwachung,
bestehend aus der Vorrichtung nach Anspruch 13
und einem elektronischen Datenspeicher (47, 45),
dadurch gekennzeichnet, daß
die kontinuierliche Überwachung in dem elektronischen Datenspeicher (47, 45) durchführbar,
das Meßsignal auf einem Bildschirm (45) darstellbar und das Überschreiten des Sollwertes auf dem Bildschirm oder durch ein akustisches Signal darstellbar ist.