DE69806038T2

DE69806038T2 - Zapfanlage

Info

Publication number: DE69806038T2
Application number: DE69806038T
Authority: DE
Inventors: L. Baker; C. Hartsell; A. Payne
Original assignee: Marconi Commerce Systems Inc
Current assignee: Gilbarco Inc
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2018-03-05
Also published as: EP1025037A1; WO1998039248A1; US5868179A; DE69806038D1; EP1025037B1; US5971042A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Zapfanlagen und insbesondere auf Zapfanlagen zur präzisen Abgabe und Steuerung der Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit zu einem Fahrzeug auf Grundlage von Informationen, die während des Betankungsvorgangs von dem Fahrzeug her empfangen werden.
In manchen Ländern limitieren Bestimmungen die Fahrzeugbetankung auf festgesetzte Maximalgeschwindigkeiten, um das Verschütten beim Betankungsvorgang zu begrenzen. Gängige Technologie (d. h. vor dieser Erfindung) zur Beschränkung der Kraftstoffabgabegeschwindigkeit ist es, Beschränkungsblenden an zugänglichen Punkten des Zapfsystems und/oder entsprechend verschiedene Schlauch- und Düsenkonfigurationen (bekannt als "hängende Hardware") zu installieren.
Die Genauigkeit von Beschränkungsblenden und hängender Hardware leidet inhärent an Fluktuationen im Versorgungsdruck des Systems. Der Versorgungsdruck des Systems wird von einer Anzahl von Variablen beeinflusst, einschließlich der Zahl aktiver Zapfstellen, zugesetzter Kraftstofffilter, geknickter Schläuche und anderer Störkomponenten entlang des Kraftstoffzuführungswegs. Die erforderlichen Beschränkungen hängen von den Standorteigenschaften ab, wie etwa - jedoch nicht beschränkt auf - Kapazität der Pumpvorrichtung, Leitungsdurchmesser, Leitungslänge, Gerätekopfhöhe, Schlauchdurchmesser und Düsentyp. Diese Faktoren verhindern eine wirksame, werksseitige Voreinstellung der erwünschten Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeiten. Außerdem sind Blenden und Hardware anfällig für Sabotage, Entfernung oder Austausch in dem Bemühen, Durchflussbeschränkungen zu überwinden. Wenn Kraftstoffzapfsäulen mit aktueller Technik auf ihre Übereinstimmung mit den Bestimmungen hin überprüft werden, prüft das Testpersonal den Schlauch mit dem höchsten Abgabefluss, typischerweise denjenigen Schlauch, der am nächsten an der Hauptpumpenturbine ist, wobei alle anderen Schläuche inaktiv sind. Sind einmal Einstellungen zur Begrenzung des Schlauchs mit hohem Durchfluss vorgenommen, liegt die Abgabe der Schläuche mit niedrigerem Durchfluss unterhalb der erlaubten Maximalrate, was den Durchsatz der Tankstelle bei einer gegebenen Anzahl von Zapfstellen verringert. Die Situation verschärft sich, wenn mehrere Zapfstellen aktiv sind. In diesen Situationen liefert selbst der Schlauch mit dem höchsten Durchfluss oft wesentlich weniger als 10 GPM (gallons per minute).
Ein weiterer Nachteil aktueller Kraftstoffzapfanlagen ist deren Unvermögen, die Störkomponenten, die den nominellen Durchfluss verringern, automatisch zu kompensieren. Komponenten, die den Durchfluss oft verringern, umfassen zugesetzte Kraftstofffilter und geknickte Schläuche. Die Erfindung der Anmelder gestattet die Optimierung der Betankung, selbst wenn die Systemkomponenten nicht optimal sind. Wenn sich beispielsweise der Kraftstofffilter mit Verunreinigungen füllt, wird das Durchflusssteuersignal an die Kraftstoffpumpe des Systems um einen Betrag zur präzisen Kompensation jeglicher Durchflussratenverluste erhöht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zapfanlage bereitgestellt mit einem Kraftstoffzuführungsweg, mit einem Empfänger zum Empfangen wenigstens eines Fahrzeugbetankungsparameters von einem zu betankenden Fahrzeug, mit Durchflussgeschwindigkeitssteuerungseinrichtungen zum Steuern der Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit zum Fahrzeug während des Betankungsvorgangs und mit einem Steuerungssystem, welches operational mit dem Empfänger und den Durchflussgeschwindigkeitssteuerungseinrichtungen verbunden ist, um die Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit im Kraftstoffzuführungsweg während des Betankungsvorgangs abhängig von Parametern, die vom Fahrzeug her empfangen werden, zur Optimierung des Betankungsvorgangs zu steuern.
Die Optimierung des Betankungsvorgangs auf Grundlage von Parametern, die von dem zu betankenden Fahrzeug her empfangen werden, ermöglicht es, die Versorgungskapazität für die Zapfanlage zu erhöhen, während sicher gestellt wird, dass die maximale Abgaberate nicht überschritten und dass ein Verschütten minimiert wird. Ansteuerung der Zapfanlage auf diese Weise ermöglicht es, selbst bei Zapfanlagen mit mehreren Zapfsäulen, optimale Durchflussraten zu erreichen, unabhängig von der Anzahl der zu einer gegebenen Zeit in Benutzung befindlichen Schläuche.
Vorzugsweise ist das Steuerungssystem so eingerichtet, dass es die Steuereinrichtungen derart ansteuert, dass eine gewünschte Durchflussrate nicht überschritten wird. Vorteilhafter Weise setzt das Steuerungssystem die gewünschte Kraftstoffdurchflussrate während eines Abschnitts des Betankungsvorgangs auf die erlaubte Maximalrate fest. Dies erlaubt die Optimierung des Betankungsvorgangs durch Maximierung der Betankungsrate für wenigstens einen Teil des Betankungsvorgangs.
Das Steuerungssystem ist vorzugsweise so eingerichtet, dass es die Kraftstoffdurchflussrate in Abhängigkeit von der Kraftstofffehlmenge im Tank reguliert. Dies erlaubt es, die Durchflussrate so zu verringern, wie sich der Tank füllt, wobei das Verschütten minimiert wird.
Die gewünschte Durchflussrate kann eine vorbestimmte mittlere Durchflussrate während eines Abschnitts des Betankungsvorgangs sein, was es erlaubt, die bestimmungsgemäßen Vorgaben zeitweilig zu überschreiten, während jedoch ein bestimmungsgemäßer Mittelwert eingehalten wird.
Vorzugsweise ist die Zapfanlage so konfiguriert, dass sie die gewünschte Durchflussrate zu/von einer höheren Durchflussrate hin/her ansteigen und/oder abfallen lässt, um so das Verschütten während des Beginns und/oder der Beendigung des Betankungsvorgangs zu minimieren. Das Ansteigenlassen der Durchflussrate zu Beginn des Betankungsvorgangs minimiert die Anfangswoge und den Rückschlag, während das Abfallenlassen der Durchflussrate am Ende des Betankungsvorgangs die Möglichkeit des Verschüttens am Ende der Betankung verringert.
Vorzugsweise umfasst die Zapfanlage ein Steuerventil im Kraftstoffzuführungsweg, das den Kraftstoffdurchfluss reguliert. Ein Durchflussmessumformer kann vorgesehen sein, um ein Signal an das Steuerungssystem zu liefern, das dem Kraftstoffvolumenstrom im Kraftstoffzuführungsweg entspricht.
Das Steuerungssystem kann einen Durchflussraten-Referenzwert besitzen, mit dem die aktuelle Durchflussrate verglichen und entsprechend angepasst wird.
Das Steuerungssystem kann die Durchflussrate im Zuführungsweg so ansteuern, dass unter variierenden dynamischen Bedingungen, die Druckänderungen, Versagen von Komponenten oder Störungen einschließen, eine vorbestimmte Durchflussrate geliefert wird. Dieses Merkmal ermöglicht eine Optimierung der Betankung trotz widriger Umstände.
Vorteilhafter Weise ist das Steuerungssystem so konfiguriert, dass die gewünschte Durchflussrate reduziert wird, wenn ein oder mehrere vorzeitige, automatische Abschaltungen erkannt werden, die auf starke Turbulenzen im Einfüllstutzen hinweisen und das Risiko eines Kraftstoffüberlaufs erhöhen. Ein weiterer Schutz gegen Verschütten wird dadurch bereit gestellt, dass Durchflussrate und Zuführungsweg so gesteuert werden, dass sie ein Abbrechen des Betankungsvorgangs unterstützen.
Das Steuerungssystem kann so konfiguriert sein, dass es anzeigt, wenn eine gewünschte Durchflussrate nicht erreichbar ist, wobei es anzeigt, dass die Zapfanlage oder die Kraftstoffversorgung gewartet werden muss, dass beispielsweise Filter gewechselt werden müssen.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, von denen
Fig. 1 ein Aufriss und teilweise geschnittene Ansicht einer typischen Zapfanlage mit einem Dampfrückhaltesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das ein Durchflusssteuerungssystem einer Kraftstoffzapfanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 3 ein Blockdiagramm ist, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Durchflusssteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 4 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Steuerung der Durchflussrate im Vergleich zu einer Referenzdurchflussrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zum Abfallenlassen der Betankungsrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 6 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zum Ansteigenlassen der Betankungsrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 7 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Bereitstellung einer durchschnittlichen Durchflussrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 8 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Kompensation dynamischer Zustände gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 9 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Kompensation von Störungen in Komponenten oder von Behinderung von Kraftstoffdurchgängen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 10 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zum kontrollierten Abbrechen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 11 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Verringerung der Durchflussraten nach einer vorzeitigen Düsenabschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 12 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Steuerung von Durchflussraten nach einer bestimmten Anzahl von vorzeitigen Düsenabschaltungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 13 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Verringerung von Durchflussraten nach einer bestimmten Anzahl von vorzeitigen Düsenabschaltungen innerhalb einer vorgegebenen Zeitspannegemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 14 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zum Anzeigen, dass eine Durchflussrate nicht erreichbar ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 15 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Abgabe von Kraftstoff bei einer festgesetzten, maximalen Betankungsrate auf Grundlage von Betankungsparametern, die von dem Fahrzeug her empfangen wurden, darstellt;
Fig. 16 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Betankung bei einer maximalen Durchflussrate als Funktion einer Fehlmenge auf Grundlage von Betankungsparametern, die von dem Fahrzeug her empfangen wurden, darstellt;
Fig. 17 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Betankung eines Fahrzeugs bei einer maximalen Durchflussrate und zum Herunterfahren der Betankungsrate in der Nähe des Endes des Betankungsvorgangs auf Grundlage von Betankungsparametern, die von dem Fahrzeug her empfangen wurden, darstellt;
Fig. 18 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Bereitstellung einer definierten, mittleren Betankungsrate über einen Abschnitt des gesamten Betankungsvorgangs auf Grundlage von Betankungsparametern, die von dem Fahrzeug her empfangen wurden, darstellt;
Fig. 19 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess zur Bereitstellung eines Betankungszeitplans für einen Abschnitt des gesamten Betankungsvorgangs darstellt, wobei die Betankungsraten maximiert werden auf Grundlage von Betankungsparametern, die von dem Fahrzeug her empfangen wurden.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 1. Ein Automobil 100 ist dargestellt, während es von einer Zapfanlage 10 betankt wird. Ein Stutzen 2 einer Einfülldüse 4 ist eingeführt in ein Einfüllrohr 102 eines Kraftstofftanks 104 gezeigt, während das Automobil 100 aufgetankt wird. Ein Kraftstoffzuführschlauch 6 mit der Fähigkeit zur Dampfrückhaltung ist an einem Ende mit der Düse 4 verbunden und an seinem anderen Ende mit der Zapfanlage 10. Wie in der Schnittansicht des Inneren des Kraftstoffzuführschlauchs 6 gezeigt, ist ein Kraftstoffzuführungsweg 8 innerhalb des Kraftstoffzuführschlauchs 6 ausgebildet, um Kraftstoff, der von einem unterirdischen Vorratstank 12 gepumpt wird, der Düse 4 zuzuführen. Der Kraftstoff wird typischerweise von einem Zuführungspumpsystem 16, das in dem Tank 12 angeordnet ist, gepumpt. Der Kraftstoffzuführungsweg 8 ist typischerweise ringförmig innerhalb des Zuführschlauchs 6 und rohrförmig von innerhalb der Zapfsäule 10 bis zum Tank 12. Der Kraftstoffzuführschlauch 6 enthält typischerweise einen rohrförmigen Dampfrückhalteweg 14 zum Transport des Kraftstoffdampfs, aus dem Fahrzeugtank 104 zu dem unterirdischen Vorratstank 12 während der Betankung des Fahrzeugs 100.
Eine Dampfrückhaltepumpe stellt während des Betankungsvorgangs ein Vakuum in dem Dampfrückhalteweg 14 zur Entfernung des Kraftstoffdampfs bereit. Das Dampfrückhaltesystem, das die Pumpe 28 benutzt kann irgendein brauchbares System sein, wie etwa die in den US-Patenten 5,040,577 (Pope), 5,195,564 (Spalding), 5,333,655 (Bergamini et al.) oder 3,016,928 (Brandt) beschriebenen. Die Erfindung ist gleichermaßen bei Zapfanlagen ohne Dampfrückhaltung anwendbar.
Der Kraftstoffzuführungsweg 8 enthält typischerweise ein Steuerventil 22, einen Verdrängungsvolumenzähler 24 und einen Kraftstofffilter 20. Die Zapfanlage 10 enthält auch ein Steuerungssystem 26, das operativ mit dem Steuerventil 22, dem Durchflussmesser 24 und der Kraftstoffpumpe 16 verbunden ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform arbeitet das Steuerventil als Durchflussmodulator und der Durchflussmesser 24 arbeitet als Kraftstoffdurchfluss-Messumformer.
In dem Fahrzeug 100 wird ein Sender 106 benutzt, um Betankungsparameter oder andere Informationen, die sich auf das Fahrzeug 100 beziehen, an einen Empfänger 25, der mit dem Steuerungssystem 26 der Zapfanlage 10 in Verbindung steht, zu senden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird zwischen dem Sender 106 des Fahrzeugs 100 und dem Empfänger 25 der Zapfanlage 10 eine RF-Kommunikationsverbindung aufgebaut. Eine oder mehrere Antennen 27A, 27B können verwendet werden, um den Empfang der Betankungsparameter und anderer Informationen, die von dem Fahrzeug 100 gesendet werden, zu erleichtern. Obwohl sich diese Beschreibung vornehmlich auf das Senden von Information in einer Richtung von dem Fahrzeug 100 zu der Zapfanlage 10 konzentriert, kann bei bestimmten Ausführungsformen eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Fahrzeug 100 und der Zapfanlage 10 vorzuziehen sein. Für die bidirektionale Kommunikation werden Sende-/Empfangsgeräte (einschließlich Transponder) in dem Fahrzeug 100 und der Zapfanlage 10 bevorzugt. Die Zapfanlage 100 kann verschiedene Arten von Information an das Fahrzeug senden. Transaktionsinformationen können den Kaufbetrag, die abgegebene Kraftstoffmenge oder andere Rechnungsdaten enthalten. Die Kommunikationsverbindung kann auch die Bezahlung des abgegebenen Kraftstoffs sowie von an der Zapfanlage oder in einem Geschäft gekauften bzw. in Anspruch genommenen Produkten oder Dienstleistungen abwickeln.
Außerdem ist jede Art von Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug 100 und der Zapfanlage 10 annehmbar. Beispielsweise kann Infrarot-, optische, akustische, elektromagnetische oder elektrische Kommunikation verwendet werden. Die hier im Detail diskutierte Ausführungsform bietet eine RF- Kommunikationsverbindung zwischen dem Sender 106 des Fahrzeugs 100 und dem Empfänger 25 der Zapfanlage 10.
Das Steuerungssystem 26 der Zapfanlage 10 kann Betankungsparameter, wie etwa u. a. Tankgröße, Kraftstofffehlmenge, Menge des im Tank verbliebenen Kraftstoffs, maximale Betankungsrate und maximale Betankungsrate als Funktion der Kraftstofffehlmenge, Fahrzeugtyp, Fahrzeugidentifikation, Kraftstofftyp, Diagnosewerte oder fahrzeugbasierte Dampfrückhaltemöglichkeiten, die von dem Fahrzeug 100 kommuniziert werden, empfangen und die Kraftstoffabgaberate zur Optimierung des Betankungsvorgangs steuern. Bei einer Ausführungsform bestimmt die Steuerung einfach die maximal zulässige Kraftstoffabgaberate auf Grundlage der von dem Fahrzeug 100 her empfangenen Betankungsparameter und stellt die Kraftstoffabgaberate auf das Maximum dessen ein, was das Fahrzeug aufnehmen kann, ohne ein übermäßiges Verschütten zu verursachen. Die empfangenen Fahrzeugbetankungsparameter können einfach eine einzige, maximale Kraftstoffabgaberate liefern, die, unabhängig von der Kraftstofffehlmenge, während keines Abschnitts des Betankungsvorgangs überschritten werden darf. Sendet das Fahrzeug einen Parameter, der sich auf die maximale Betankungsrate als Funktion der Kraftstofffehlmenge bezieht, kann die Steuerung 26 die Kraftstoffabgaberate kontinuierlich an die auf dem entsprechenden Fehlmengenwert basierende, zulässige Maximalrate anpassen.
Die Steuerung eines Betankungsvorgangs auf Grundlage von Betankungsparametern, die von dem Fahrzeug 100 her empfangen werden, bietet eine erhebliche Flexibilität bei der Steuerung und Definition eines Betankungsvorgangs. Die Information über die Kraftstofffehlmenge des Fahrzeugs gestattet es der Steuerung 26, die für die Füllung des Tanks erforderliche Kraftstoffmenge zu bestimmen und gestattet es dem Steuerungssystem 26 daher, das Ende des Betankungsvorgangs präzise zu bestimmen oder vorherzusehen. Wenn das Steuerungssystem 26 das Ende des Betankungsvorgangs vorhersehen kann, kann Kraftstoff über längere Zeitspannen bei höheren Raten ohne Überlaufen des Kraftstoffs abgegeben werden. Wenn beispielsweise die zur Füllung des Tanks benötigte Kraftstoffmenge einmal bestimmt ist, kann das Steuerungssystem 26 präzise bestimmen, wann zur Vermeidung von Kraftstoffüberlauf die Durchflussrate verringert werden muss, wenn der Tank 104 seine Kapazitätsgrenze erreicht.
Das Steuerungssystem 26 kann auch die Kraftstoffrate so steuern, dass sie zu Beginn des Betankungsvorgangs ansteigt, um jegliche Anfangswoge, die durch das Einschießen des Kraftstoffs verursacht wird, zu minimieren. Außerdem ist die maximale Durchflussrate während des gesamten Betankungsvorgangs auf Grundlage einer beliebigen Anzahl von Faktoren, allein oder in Kombination, steuerbar, wie etwa: 1.) vom Fahrzeug vorgegebene, zulässige Maximalraten der Kraftstoffabgabe, 2.) durch staatliche Bestimmungen vorgegebene, zulässige Maximalraten der Kraftstoffabgabe und/oder 3.) als Funktion der Kraftstofffehlmenge im Tank vorgegebene, zulässige Maximalraten der Kraftstoffabgabe. Weiter können sich diese maximal zulässigen Kraftstoffabgaberaten auf Momentan- oder auf Mittelwerte über einen Abschnitt oder den gesamten Betankungsvorgang beziehen. Wenn eine Regulierungsbehörde einen maximal zulässigen Durchschnittswert für die Kraftstoffabgaberate auf 10 GPM festlegt, könnte das Steuerungssystem 26 die 10 GPM während eines Abschnitts des Betankungsvorgangs überschreiten, um insgesamt einen Durchschnittswert der Kraftstoffäbgaberate von 10 GPM über den gesamten Betankungsvorgang zu bieten. Solche Durchschnittswerte können auch während eines beliebig ausgewählten Abschnitts des Betankungsvorganges erreicht werden. Diese Mittelwerte werden erzielt in Verbindung mit der Einhaltung der maximal zulässigen Kraftstoffabgaberaten, wie sie von dem Fahrzeug, staatlichen oder anderen Limitierungen definiert werden. Daher gestattet die Erfindung der Anmelder eine präzise Kontrolle über den Betankungsvorgang, wobei Betankungsparameter des Fahrzeugs und/oder gesetzlicher Vorgaben zur Optimierung der Betankungseffizienz und zur Minimierung des Kraftstoffüberlaufs in Betracht gezogen werden.
Vorzugsweise wird die Kraftstoffabgabe zu Beginn und am Ende des Betankungsvorgangs derart gesteuert, dass eine Kraftstoffwoge und Verschütten reduziert werden. Zu Beginn des Betankungsvorgangs wird die Durchflussrate in einer Weise herauf gefahren, sodass einen sanften Übergang von einer Durchflussrate gleich Null zu der gewünschten Betankungsrate gegeben ist. Gleichermaßen kann die Betankungsrate in einer Weise gesteuert werden, die einen sanften Übergang von der gewünschten Abgaberate zu einer Abgaberate gleich Null liefert, um die Möglichkeit des Kraftstoffüberlaufs am Ende des Betankungsvorgangs zu verringern.
Wir wenden uns nun Fig. 2 zu. Die bevorzugte Ausführungsform setzt einen Kraftstoffdurchfluss-Messumformer 24 ein, der durch Erzeugung einer Digitalwandlung ein Kraftstoffvolumensignal 34 für ein gegebenes, spezifisches Volumen durch den Kraftstoffdurchfluss-Messumformer 24 erzeugt. Die Ausgabe des Kraftstoffdurchfluss-Messumformers 24 wird in das Steuerungssystem 26 eingespeist. Das Steuerungssystem 26 misst die Zeitspanne zwischen den Wandlungen des Kraftstoffvolumensignals 34, um einen numerischen Wert zu erhalten, der umgekehrt proportional zu der Durchflussrate durch den Kraftstoffweg 8 ist. Alternativ kann das Steuerungssystem 26 die Wandlungen in dem Kraftstoffvolumensignal 34 über eine festgelegte Zeitspanne zählen und daraus einen numerischen Wert erhalten, der umgekehrt proportional zu der Durchflussrate durch den Kraftstoffweg 8 ist. Bei beiden Verfahren wird die Durchflussrate von dem Steuerungssystem 26 zur Ermittlung des Systemfehlers mit einem erwünschten Referenzwert verglichen. Das Referenzsignal kann von dem Steuerungssystem 26 gespeichert sein oder berechnet oder ausgelesen werden aus einer festgesetzten Abgaberatenreferenzquelle 30 innerhalb des Steuerungssystems 26 oder verbunden mit diesem über ein Abgaberatenreferenzsignal 36. Der Referenzwert kann ein numerischer Wert sein, der von dem Steuerungssystem 26 berechnet oder von einer externen Quelle, wie etwa einem Oszillator, dessen Eingabe in ähnlicher Weise wie von der Durchflussmessvorrichtung verarbeitet wird, abgeleitet wird. Der Referenzwert kann die maximal zulässige, momentane Abgaberate darstellen, einen Wert, der für die erwünschte Systemabgaberate steht oder einen Wert, der ein durchflussratenabhängiges Ergebnis darstellt.
Das Ergebnis des Vergleichs des Durchflussratenwertes mit dem Referenzwert gibt einen Fehlerwert an, der die skalare Differenz zwischen der erwünschten und der tatsächlichen Kraftstoffabgaberate darstellt. Der Fehlerwert wird von dem Steuerungssystem 26 in einen herkömmlichen Proportional-Intergral- Differential- (PID-) Algorithmus eingegeben, um die von dem Durchflussratenmodulator 22 ausgegebene Forcing-Funktion 32 abzuleiten. Der Durchflussratenmodulator 22 kann ein elektromechanisch betriebenes Ventil oder irgendeine geeignete, steuerbare Durchflussbegrenzungsvorrichtung umfassen. Der Durchflussratenmodulator 22 wird vorzugsweise phasenrichtig mit einem Nachlauf-Regelkreis betätigt. Alternativ kann die Forcing-Funktion, wie in Fig. 3 gezeigt, die Pumprate einer Kraftstoffpumpe 28 mit variablen Geschwindigkeiten modulieren.
Der Fachmann wird in der Lage sein, das Steuerungssystem 26 mit einem geeigneten PID-Algorithmus zu programmieren. Die bevorzugten Ausführungsformen benutzen ein PID-Rückkopplungs- Steuerungssystem mit einem Verstärkungsfaktor größer eins. Das PID-Rückkopplungs-Steuerungssystem ist leicht zu implementieren und die PID-Koeffizienten werden so gewählt, dass jegliche mechanische oder elektrische Zeitkonstanten und Verzögerungen, die in dem Kraftstoffabgabesystem der Zapfanlage 10 vorhanden sind, kompensiert werden, wobei eine verbesserte Regelantwort auf dynamische Änderungen erzielt wird, wie sie durch Standort, Zapfanlage, Fahrzeug, Benutzer oder andere Variablen vorgegeben werden, die ansonsten die Kraftstoffabgaberaten in ungeregelter Weise beeinflussen würden.
Das Rückkopplungs-Steuerungssystem kann modifiziert und die regulatorischen Funktionen nach wie vor effektiv implementiert werden, indem der Ableitungsterm gestrichen wird, wobei Kompromisse bzgl. des Über- oder Unterbietens der Abgaberate oder bzgl. der Systemantwortzeit einzugehen sind. Alternativ kann ein Rückkopplungs-Steuerungssystem mit einem Verstärkungsfaktor gleich oder kleiner eins implementiert werden durch Modulation des Durchflussratenmodulators 22 oder der Pumpe 28 mit variablen Geschwindigkeiten bei einer Rate, die gleich oder kleiner der Summe der mechanischen und elektrischen Verzögerungen ist, wobei größere Kompromisse bzgl. des Über- oder Unterbietens der Abgaberate oder bzgl. der Systemantwortzeit einzugehen sind. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Rückkopplungssysteme geringerer oder größerer Komplexität und geringerer oder größerer Leistungsfähigkeit eingesetzt werden können, um eine gewünschte Kraftstoffabgaberate zu erzielen. Die bevorzugte Ausführungsform enthält jedoch ein Referenzsignal oder einen Referenzwert, das/der für die gewünschte Abgaberate steht, ein Rückkopplungssignal oder einen Rückkopplungswert, das/der die tatsächliche Abgaberate umfasst oder diese repräsentiert, ein Steuerungssystem, das die Referenz- und Rückkopplungssignale annimmt, um eine Forcing-Funktion abzuleiten und eine Durchflusssteuerungsvorrichtung, die die Forcing-Funktion empfängt und in der Lage ist, die Kraftstoffabgaberate zu modulieren. Systeme mit einem geringeren Genauigkeitsgrad oder mit einem sehr genauen und steuerbaren Durchflussratenmodulator müssen keine Rückkdpplung benötigen.
Im Betrieb liefert das Steuerungssystem 26 (gemäß Fig. 2 oder Fig. 3) verschiedene Durchflussratensteuerungsfunktionen, um ein durchflussratenabhängiges Ergebnis auf Grundlage von Parametern zu erhalten, die es von dem Fahrzeug 100 und/oder gesetzlichen Vorgaben erhält. Das Steuerungssystem kann so konfiguriert sein, dass es die Durchflussrate gemäß einer Referenzdurchflussrate steuert. Wie oben diskutiert, kann die Referenz von innerhalb des Steuerungssystems 26 stammen oder von der Referenz 30 oder dem Empfänger 25 der Zapfanlage erhalten werden. Für die hiesige Diskussion wird die Referenz 30 von dem Steuerungssystem 26 auf Grundlage von Informationen, die von dem Fahrzeug 100 her empfangen wurden, und/oder aus gesetzlichen Regelungen berechnet und stellt eine erwünschte, momentane Durchflussrate dar. Die Referenz kann konstant bleiben oder sich, je nach Wunsch, kontinuierlich ändern, um die gewünschte, momentane Durchflussrate oder einen definierten Betankungsplan zu beeinflussen.
Die Bestimmung der Referenz und eines Betankungsplans auf Grundlage von Fahrzeugbetankungsparametern, wird weiter unten in Verbindung mit den Fig. 15 bis 19 detailliert beschrieben. Eine Beschreibung verschiedener Typen von Abgabedurchflussraten-Steuerungsoperationen wird unmittelbar im Anschluss in Verbindung mit den Fig. 4-14 beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, verschiedene Arten von Abgabesteuerungen zur Optimierung der Betankung während des Betankungsvorgangs zu kombinieren.
Fig. 4 stellt eine grundlegende Steuerungsskizze für einen typischen Betankungsvorgang zum Erzielen einer gewünschten Referenzdurchflussrate dar. Die Referenz kann, je nach Wunsch, während des Betankungsvorgangs konstant sein oder variieren. Block 40 zeigt den Beginn des Betankungsvorgangs an. Während des Betankungsvorgangs bestimmt die Steuerung die gewünschte Durchflussrate auf Grundlage von Betankungsparametern von dem Fahrzeug und/oder von gesetzlichen Vorgaben sowie beim Entscheidungsblock 42, ob die tatsächliche Durchflussrate gleich der Referenz- oder gewünschten Rate ist. Sind die Raten nicht gleich, wird in Block 44 die Durchflussrate auf die Referenz- oder gewünschte Rate zu eingestellt. Ist die Durchflussrate bei Block 44 eingestellt, kehrt die Steuerung zum Entscheidungsblock 42 zurück, um zu bestimmen, ob die tatsächliche und die Referenzdurchflussrate gleich sind. Die Durchflussrate wird kontinuierlich angepasst, bis die tatsächliche und die Referenzdurchflussrate gleich sind. Wenn die Referenzdurchflussrate erreicht ist, gibt die Steuerung in Block 46 Kraftstoff bei einer konstanten Durchflussrate ab. Die Steuerung 26 prüft bei dem Entscheidungsblock 48, ob der Betankungsvorgang zu Ende ist. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, stoppt die Steuerung die Betankung bei Block 50. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt die Steuerung 26 zum Entscheidungsblock 42 zurück, um festzustellen, ob die tatsächliche und die gewünschte Durchflussrate gleich sind. Das Steuerungssystem regelt die Durchflussrate stetig nach, um eine Anpassung an die gewünschte Referenz zu erreichen. Der Prozess wird wiederholt, bis die Betankung beendet wird.
Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, das einen grundlegenden Steuerungsprozess für das Abfallenlassen der Betankungsrate nahe dem Ende des Betankungsvorgangs darstellt. Der Betankungsvorgang beginnt bei Block 52. Die Steuerung 26 bestimmt, ob die Betankungsrate herunter gefahren werden soll. Wenn nötig, wird in Block 56 die Betankungsrate entsprechend verringert. Wenn die Betankungsrate verringert ist, kehrt das Steuerungssystem 26 zum Entscheidungsblock 54 zurück. Muss die Betankungsrate nicht herunter gefahren werden, veranlasst das Steuerungssystem bei Block 58, dass Kraftstoff bei einer konstanten Rate abgegeben wird. Das Steuerungssystem prüft als nächstes im Entscheidungsblock 60 auf das Ende des Betankungsvorgangs. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, stoppt die Steuerung 26 die Betankung in Block 62. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt das Steuerungssystem 26 zum Entscheidungsblock 54 zurück und wiederholt den Prozess. Der Fachmann wird verstehen, dass die Ausdrücke "abfallen lassen" oder "herunter fahren" nicht nur konstante und variable Änderungen der Durchflussrate, sondern auch abrupte, stufenartige Änderungen der Durchflussraten einschließen. Das Herunterfahren der Durchflussrate kann benutzt werden, um die Betankungsrate bei vorgegebenen Verkaufsmengen zu verlangsamen, um den Kunden bei der sanften Beendigung des Betankungsvorgangs zu unterstützen oder um die Durchflussrate auf eine geringere als die erwünschte oder Referenz-Durchflussrate einzustellen, um die Betankung zu optimieren und ein Überlaufen zu minimieren.
Gleichermaßen kann das System die Durchflussrate von einem reduzierten Wert aus ansteigen lassen, um die Anfangswoge beim Einsetzen der Betankung zu umgehen, um das Kraftstoffverschütten zu reduzieren oder um die Betankungsrate auf ein gewünschtes oder Referenzniveau zu heben. Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm zum Ansteigenlassen der Durchflussrate. Der Betankungsvorgang beginnt bei Block 64. Während des Betankungsvorgangs bestimmt das Steuerungssystem 26 beim Entscheidungsblock 66, ob ein Herauffahren der Betankungsrate erforderlich ist. Muss die Betankungsrate herauf gefahren werden, erhöht das Steuerungssystem in Block 68 die Betankungsrate und kehrt zurück zum Entscheidungsblock 66, um zu bestimmen, ob eine weitere Erhöhung notwendig ist. Erfordert die Betankungsrate keine Steigerung, veranlasst das Steuerungssystem 26 bei Block 70 die Abgabe von Kraftstoff bei einer konstanten Rate. Das Steuerungssystem 26 stellt beim Entscheidungsblock 72 fest, ob der Betankungsvorgang zu Ende ist. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, wird die Betankung bei Block 74 gestoppt. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt das Steuerungssystem 26 zum Entscheidungsblock 66 zurück und wiederholt den Prozess.
Fig. 7 bietet ein Flussdiagramm, das einen grundlegenden Steuerungsprozess zur Bereitstellung einer gewünschten, mittleren Durchflussrate während eines Abschnitts des Betankungsvorgangs skizziert. Der Betankungsvorgang beginnt bei Block 76. Das Steuerungssystem bestimmt bei dem Entscheidungsblock 78, ob eine gewünschte, mittlere Durchflussrate bereitzustellen ist oder nicht. Ist eine gewünschte, mittlere Durchflussrate erforderlich, wird die Durchflussrate bei Block 80 eingestellt, indem die Referenz so berechnet wird, dass die gewünschte, mittlere Durchflussrate erreicht wird. Das Bereitstellen einer mittleren Durchflussrate gestattet es dem Steuerungssystem, über einen beliebigen Abschnitt des Betankungsvorgangs Kraftstoff bei einer mittleren Durchflussrate abzugeben. Wenn beispielsweise die mittlere Durchflussrate 10 GPM oder weniger über den gesamten oder einen Teil des Betankungsvorgangs zu sein hat, kann die Zapfanlage wesentlich mehr Kraftstoff als 10 GPM abgeben, um die geringeren Abgaberaten zu Beginn und/oder am Ende des Betankungsvorgangs oder um Fahrzeug- oder gesetzliche Vorgaben zu kompensieren. Mit diesem Merkmal werden zwei wichtige Ziele erreicht: Erstens erhöht der Tankstellenbetreiber den Kundendurchsatz und zweitens erhalten die Kunden den Kraftstoff schneller und sicherer. Eine derartige Steuerung ist derzeit in der Industrie nicht erhältlich.
Sobald die mittlere Durchflussrate erreicht ist, veranlasst das Steuerungssystem bei Block 82 die Betankung bei einer konstanten Rate. Das Steuerungssystem stellt beim Entscheidungsblock 84 fest, ob der Betankungsvorgang zu Ende ist. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, wird die Betankung bei Block 86 beendet. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt das Steuerungssystem 26 zum Entscheidungsblock 78 zurück, um die Betankungsrate zur Bereitstellung der gewünschten, mittleren Durchflussrate weiter zu überprüfen und/oder einzustellen. das Steuerungssystem 26 kann also die Durchflussrate im Zuführungsweg so steuern, dass während verschiedener Abschnitte oder des gesamten Betankungsvorgangs eine vorbestimmte, mittlere Durchflussrate erreicht wird.
Fig. 8 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess ähnlich dem in Fig. 7 zeigt. Fig. 8 bietet einen Steuerungsprozess, der in der Lage ist, dynamische Änderungen des Betankungsvorgangs zu kompensieren. Der Grund für diese dynamischen Änderungen liegt oft in Druckänderungen des Kraftstoffversorgungssystems, wenn während des Betankungsvorgangs mehrere Zapfsäulen an- oder abgeschaltet werden oder wenn ein Kunde manuell oder versehentlich die Betankungsrate verstellt oder ein vorzeitiges Abschalten verursacht. Die gegenwärtige Technologie erlaubt es der Zapfanlage nicht, die Abgabe bei einer hohen mittleren Abgaberate wieder aufzunehmen und fortzusetzen. Ältere Systeme sind auf die Abgabe bei der maximalen Durchflussrate beschränkt, die von den mechanischen Durchflussbegrenzungen erlaubt wird. In den meisten Fällen verhindert ein verringerter Systemversorgungsdruck die Betankung bei Raten, die gleich der von den mechanischen Durchflussbegrenzungen maximal erlaubten Durchflussrate sind.
Die Erfindung der Anmelder, überwindet die inhärenten Begrenzungen der mechanischen Beschränkungen, indem sie gestattet, dass die Kraftstoffabgaberaten die von staatlichen Bestimmungen festgesetzten, mittleren Durchflussraten momentan und periodisch übersteigen, um eine mittlere Durchflussrate zu erzielen, die diese Bestimmungen einhält.
Der Betankungsvorgang beginnt bei Block 88. Das Steuerungssystem 26 bestimmt bei Block 90, ob ein Bedürfnis besteht, eine dynamische Änderung, die während des Betankungsvorgangs, aufgetreten ist, zu kompensieren. Ist eine solche Änderung notwendig, stellt das Steuerungssystem 26 bei Block 92 die Durchflussrate so ein, dass dieser Zustand kompensiert wird und kehrt iterativ zum Entscheidungsblock 90 zurück. Muss das Steuerungssystem keine dynamischen Zustände kompensieren, wird die Betankungsrate bei Block 94 konstant gehalten. Das Steuerungssystem 26 stellt bei dem Entscheidungsblock 96 fest, ob der Betankungsvorgang zu Ende ist. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, stoppt das Steuerungssystem bei Block 100 die Betankung. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt das Steuerungssystem 26 zum Entscheidungsblock 90 zurück, um zu bestimmen, ob weitere Kompensationen der Betankungsrate erforderlich sind.
Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Steuerungsprozess zur Kompensation von die Abgaberaten störenden Komponenten skizziert, die den nominellen Durchfluss reduzieren, wie etwa Kraftstofffilter und geknickte Schläuche oder andere Hindernisse entlang des Kraftstoffwegs 8. Aktuell erhältliche Zapfanlagesysteme sind nicht in der Lage, überschüssige Abgabekapazitäten der Anlage zu verwenden, um automatisch die den Durchfluss negativ beeinflussenden Bedingungen zu kompensieren.
Typischerweise senken zusätzliche Beschränkungen die Durchflussraten weiter wesentlich unter die erlaubten Abgaberaten.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Begrenzungen des Standes der Technik, indem sie die Notwendigkeit für mechanische Beschränkungsblenden eliminiert und ein Steuerventil 22 einsetzt. Viele Zapfanlagen haben bereits ein solches Ventil. Wenn Störkomponenten oder Durchgangsbehinderungen die Durchflussraten reduzieren, kann die vorliegende Erfindung überschüssige Abgabe Kapazitäten in Verbindung mit dem Steuerventil 22 benutzen in dem Versuch, die zusätzlichen Beschränkungen zu kompensieren.
Der Betankungsvorgang beginnt bei Block 102. Das Steuerungssystem 26 bestimmt bei dem Entscheidungsblock 104, ob Störkomponenten oder andere Hindernisse, die die Abgaberaten unangemessen begrenzen, kompensiert werden müssen oder nicht. Ist eine Kompensation erforderlich, stellt das Steuerungssystem die Durchflussrate bei Block 106 ein in dem Bemühen, den reduzieren Durchfluss zu kompensieren, und kehrt iterativ zum Entscheidungsblock 104 zurück. Sobald die Kompensation erreicht ist, veranlasst das Steuerungssystem 26 bei Block 108 die Betankung bei einer konstanten Rate. Das Steuerungssystem bestimmt als nächstes bei dem Entscheidungsblock 110, ob der Betankungsvorgang zu Ende ist. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, wird die Betankung bei Block 112 gestoppt. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt das Steuerungssystem 26 iterativ zum Entscheidungsblock 104 zurück.
Genauso wichtig, wie die Optimierung der Kraftstoffabgabe während des Betankungsvorgangs, ist die Minimierung der verschütteten Kraftstoffmenge während des Vorgangs. Die verbesserte Kontrolle des Betankungsvorgangs, die die vorliegende Erfindung zur Verfügung stellt, minimiert die verschüttete Kraftstoffmenge durch Steuerung der Durchflussraten in der Weise, dass die Möglichkeit des Kraftstoffverschüttens reduziert wird. Fig. 10 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerungsprozess zeigt, um einen Benutzer darin zu unterstützen, einen Betankungsvorgang in einer Weise abzubrechen, der das Potential zum Verschütten minimiert. Der Betankungsvorgang beginnt bei Block 114. Nähert sich der Betankungsvorgang dem Ende, bestimmt das Steuerungssystem 26, ob der Benutzer am oder nahe dem Abbruchpunkt des Betankungsvorgangs ist oder nicht. Das System kann bei dem Entscheidungsblock 116 erkennen, dass der Abbruchpunkt nahe ist, wenn eine automatische Beendigung aufzutreten beginnt, ein vorgegebener Betrag oder eine vorgegebene Abgabemenge erreicht wird, oder die Zapfanlage vom Betreiber oder dem Fahrzeug Informationen bzgl. der zum Füllen des Tanks notwendigen Kraftstoffmenge erhalten hat. Tritt ein Abbruchpunkt des Betankungsvorgangs auf, verringert das Steuerungssystem 26 bei Block 118 die Durchflussrate in einer Weise, die einen Abbruch unterstützt und das Potential zum Überlaufen von Kraftstoff minimiert und kehrt zurück zum Entscheidungsblock 116. Befindet sich das System nicht in der Nähe des Abbruchpunktes, fährt das Steuerungssystem 26 bei Block 120 mit der Betankung fort. Das Steuerungssystem 26 ermittelt danach bei Block 122, ob der Betankungsvorgang beendet ist. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, wird die Betankung bei Block 124 gestoppt. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt das Steuerungssystem 26 iterativ zum Entscheidungsblock 116 zurück. Durch kontrollierter Verringerung der Durchflussrate bis auf Null, wird das langsame, überlaufträchtige, manuelle Abbruchverfahren, das derzeit benutzt wird, durch einen schnelleren und sichereren Betankungsvorgang ersetzt.
Fig. 11-13 zeigen einen Steuerungsprozess zur Verringerung von Durchflussraten, wenn eine oder mehrere vorzeitige Düsenabschaltungen in Folge oder während einer vorbestimmten Zeitspanne auftreten. In Fig. 11 beginnt der Betankungsvorgang bei Block 126. Das Steuerungssystem 26 bestimmt bei dem Entscheidungsblock 128, ob eine vorzeitige Düsenabschaltung aufgetreten ist. Ist eine vorzeitige Düsenabschaltung aufgetreten, wird bei Block 130 die Durchflussrate in der Weise verringert, dass das Potential zum Kraftstoffüberlauf minimiert wird, wobei jedoch weiter versucht wird, den Betankungsvorgang zu optimieren. Das Steuerungssystem 26 kehrt iterativ zum Entscheidungsblock 128 zurück. Ist keine vorzeitige Düsenabschaltung aufgetreten, wird der Betankungsvorgang bei Block 132 solange fortgesetzt, bis der Betankungsvorgang sein Ende erreicht. Das Steuerungssystem 26 stellt dann bei dem Entscheidungsblock 134 fest, ob der Betankungsvorgang sein Ende erreicht hat. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, wird die Betankung bei Block 136 gestoppt. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt das Steuerungssystem iterativ zum Entscheidungsblock 128 zurück.
In Fig. 12 beginnt der Betankungsvorgang bei Block 138. Das Steuerungssystem 26 bestimmt bei dem Entscheidungsblock 140, ob eine gewisse Anzahl vorzeitiger Düsenabschaltungen aufgetreten ist. Ist eine solche Anzahl aufgetreten, wird die Durchflussrate bei Block 142 entsprechend verringert und das Steuerungssystem kehrt iterativ zum Entscheidungsblock 140 zurück. Ist die gewisse Anzahl vorzeitiger Düsenabschaltungen nicht aufgetreten, wird die Betankung bei Block 144 fortgesetzt und das Steuerungssystem schaut bei dem Entscheidungsblock 146 nach einem Ende des Betankungsvorgangs. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, wird die Betankung bei Block 148 gestoppt. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt das Steuerungssystem 26 iterativ zum Entscheidungsblock 140 zurück.
Eine weitere Verfeinerung des Steuerungsprozesses von Fig. 12 ist derjenige von Fig. 13. Der Betankungsvorgang beginnt bei Block 150. Das Steuerungssystem 26 bestimmt bei dem Entscheidungsblock 152, ob eine gewisse Anzahl vorzeitiger Düsenabschaltungen innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne aufgetreten ist. Tritt diese Bedingung ein, wird die Durchflussrate bei Block 154 entsprechend reduziert, um den Kraftstoffüberlauf zu minimieren, während der Betankungsvorgang optimiert wird. Sobald die Durchflussrate verringert ist, kehrt das Steuerungssystem 26 iterativ zum Entscheidungsblock 152 zurück. Ist die Düsenabschaltungsbedingung nicht erfüllt, fährt das Steuerungssystem 26 bei Block 156 mit der Betankung fort und schaut bei dem Entscheidungsblock 158 nach einem Ende des Betankungsvorgangs. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, wird die Betankung bei Block 160 gestoppt. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt das Steuerungssystem 26 iterativ zum Entscheidungsblock 152 zurück.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Fähigkeit, verschiedene Warnungen oder Anzeigen von den Zuführungsweg betreffenden Problemen zu liefern. Neben anderen Anzeigen kann das vorliegende System so konfiguriert werden, dass es anzeigt, wenn eine bestimmte Durchflussrate nicht erreicht wird oder unerreichbar ist, der Kraftstofffilter verstopft ist oder einer Auswechselung bedarf, ein Zuführschlauch deformiert ist oder der Zuführungsweg anderweitig verlegt ist. Fig. 14 zeigt einen grundlegende Steuerungsprozess, der dem Steuerungssystem 26 gestattet, anzuzeigen, wenn ein oder mehrere der oben genannten Probleme während des Betankungsvorgangs auftreten. Der Betankungsvorgang beginnt bei Block 162. Das Steuerungssystem 26 bestimmt bei dem Entscheidungsblock 164, ob die erwünschte Durchflussrate erreichbar ist oder nicht. Ist die gewünschte Durchflussrate unerreichbar, zeigt das Steuerungssystem bei Block 166 an, dass die Durchflussrate nicht erreicht wurde. Das Steuerungssystem versucht dann bei dem Entscheidungsblock 170 festzustellen, ob der Filter das Problem der verringerten Durchflussrate verursacht. Ist der Filter das Problem, zeigt das Steuerungssystem 26 bei Block 172 an, dass der Filter einer Wartung bedarf. Als nächstes stellt das Steuerungssystem bei dem Entscheidungsblock 174 fest, ob die verringerten Durchflussraten von einem deformierten oder geknickten Zuführungsschlauch verursacht werden. Das Steuerungssystem 26 schreitet auch dann weiter voran zum Entscheidungsblock 174, wenn der Kraftstofffilter den verringerten Durchfluss nicht verursacht hat.
Ist ein Schlauch deformiert, zeigt das Steuerungssystem dies bei Block 176 an und schreitet weiter voran zu der Feststellung bei dem Entscheidungsblock 178, ob der Zuführungsweg anderweitig verlegt ist oder nicht. Das Steuerungssystem 26 schreitet auch nach der Feststellung, dass der Zuführungsschlauch den verringerten Durchfluss nicht verursacht, weiter zum Entscheidungsblock 178 voran. Ist der Zuführungsweg anderweitig verlegt, zeigt das Steuerungssystem dies bei Block 180 an und fährt bei Block 168 mit der Betankung fort. Ist der Zuführungsweg nicht anderweitig verlegt, fährt das Steuerungssystem 26 bei Block 168 mit der Betankung fort.
Ist die gewünschte Durchflussrate, wie beim Entscheidungsblock 164 festgestellt, erreichbar, fährt das Steuerungssystem 26 bei Block 168 mit der Betankung fort. An diesem Punkt ermittelt das Steuerungssystem 26 bei dem Entscheidungsblock 182, ob der Betankungsvorgang zu Ende ist. Ist der Betankungsvorgang zu Ende, wird die Betankung bei Block 184 gestoppt. Ist der Betankungsvorgang nicht zu Ende, kehrt das Steuerungssystem 26 iterativ zum Entscheidungsblock 164 zurück und überprüft weiter die Abgaberaten.
Die gewünschte Durchflussrate (oder Referenz) wird für jeden Betankungsvorgang nach Wunsch gesteuert. Fig. 15 zeigt einen Steuerungsprozess zur Bestimmung einer maximalen, festgesetzten Durchflussrate für den ganzen oder einen Abschnitt des Betankungsvorgangs. Der Prozess beginnt bei Block 200 und empfängt bei Block 202 Betankungsparameter von dem Fahrzeug. Aus den Betankungsparametern ermittelt das Steuerungssystem 26 bei Block 204 die maximale Durchflussrate, die für den größten Teil des Betankungsvorgangs verwendet werden kann. Die Referenz wird bei Block 206 auf die bestimmte, maximale Betankungsrate gesetzt. Entsprechend steuert das Steuerungssystem 26 die Zapfanlage so an, dass sie bei Block 208 während des ganzen Betankungsprozesses bei maximaler Rate betankt, bis der Vorgang bei Block 210 beendet ist.
Der Steuerungsprozess von Fig. 16 stellt die maximale Betankungsrate als Funktion der Fehlmenge kontinuierlich ein. Der Prozess beginnt bei Block 212 und empfängt bei Block 214 Betankungsparameter von dem Fahrzeug. Vorzugsweise wird bei Block 216 die Fehlmenge und bei Block 218 die maximale Durchflussrate für diese spezielle Fehlmenge bestimmt. Die Steuerung der Betankung als Funktion der Fehlmenge hängt ab von den vom Fahrzeug her empfangenen Parametern, die diese Information oder Informationen liefern, die es dem Steuerungssystem 26 erlauben, die Betankungsraten für verschiedene Fehlmengenwerte zu berechnen. Das Fahrzeug kann die Fehlmengeninformation direkt liefern oder Informationen, die ausreichen, dass die Zapfanlage die Fehlmenge berechnen oder nachschlagen kann, oder andere Informationen einer Datenbank, die Informationen enthält, die mit der Marke und dem Modell des Fahrzeugs in Beziehung stehen. Sobald die maximale Durchflussrate für einen bestimmten Fehlmengenwert ermittelt ist, wird die Referenz in Block 220 auf die ermittelte maximale Durchflussrate gesetzt. Das Steuerungssystem 26 überwacht bei Block 222 kontinuierlich hinsichtlich eines Endes des Maximalbetankungsabschnitts. Ist das Ende des Maximalbetankungsabschnitts erreicht, endet der Prozess bei Block 224. Nähert sich der Maximalbetankungsabschnitt noch nicht seinem Ende, kehrt der Prozess zurück zu einem Programmabschnitt, in dem die Fehlmenge bestimmt wird. Das Steuerungssystem 26 kann aktualisierte Fehlmengenwerte von zusätzlichen Betankungsparametern des Fahrzeugs 100 empfangen oder neue Fehlmengenwerte auf Grundlage der Originalfehlmengenwerte zu Beginn des Betankungsvorgangs abzüglich der seit Beginn des Betankungsvorgangs abgegebenen Kraftstoffmenge berechnen.
Der Betankungsprozess von Fig. 17 ist beispielhaft für die Kombination von vom Fahrzeug 100 her empfangenen Betankungsparametern und der Zapfanlage bekannten Parametern zur Optimierung der Betankung und Minimierung des Verschüttens. Der Prozess beginnt bei Block 226 und bei Block 228 werden die Betankungsparameter empfangen. Bei 230 wird der Fehlmengenwert und bei Block 232 die maximale Betankungsrate für den gesamten Betankungsvorgang oder für den speziellen Fehlmengenwert ermittelt. Das Steuerungssystem 26 bestimmt bei Block 234, basierend auf zusätzlichen Betankungsparametern des Fahrzeugs 100 oder auf dem ursprünglichen Fehlmengenwert und der seit Beginn des Betankungsvorgangs abgegebenen Kraftstoffmenge, ob sich der Betankungsvorgang seinem Ende nähert. Nähert sich der Betankungsvorgang nicht seinem Ende, kehrt der Prozess zur Bestimmung eines neuen Fehlmengenwertes zu Block 230 zurück oder zum Empfang zusätzlicher Betankungsparameter vom Fahrzeug her zu Block 228 zurück. Optional könnte das Steuerungssystem 26 im Wesentlichen während des gesamten Betankungsvorgangs bei einer festgesetzten Maximalrate betanken und dann zu Block 232 zurückkehren. Nähert sich der Betankungsvorgang seinem Ende, regelt das Steuerungssystem 26 den Referenzwert kontinuierlich auf Null in einer Weise, die das Verschütten minimiert und dabei die Durchflussraten maximiert, um die Zeitspanne, die zur Betankung des Fahrzeugs 100 erforderlich ist, zu minimieren. Sobald die Betankungsrate bei Block 236 auf Null herunter gefahren ist, endet der Prozess bei Block 238. In ähnlicher Weise kann der Vorgang ein Herauffahren hin zu der maximalen Betankungsrate umfassen und Woge oder Verschütten gemäß den von der Zapfanlage vor dem Betrieb auf Basis der von dem Fahrzeug 100 her empfangenen Informationen definierten Parametern minimieren.
Der Steuerungsprozess von Fig. 18 bietet einen Betankungsvorgang, wobei die Durchflussrate während des ganzen oder eines Abschnitts des Betankungsvorgangs auf einen vorbestimmten Mittelwert eingestellt wird. Der Prozess beginnt bei Block 240, wobei bei Block 242 Betankungsparameter von dem Fahrzeug her empfangen werden. Bei Block 244 wird die Fehlmenge bestimmt um bei Block 246 einen vorgegebenen Mittelwert bereitzustellen. Der Mittelwert kann auf vielfache Weise bestimmt werden. Beispielsweise kann das Steuerungssystem 26 Fehlmengenwerte und die zur Füllung des Fahrzeugtanks benötigte Kraftstoffmenge bestimmen und über den Betankungsprozess Anpassungen der momentanen Durchflussrate vornehmen, um den vorbestimmten Mittelwert zu erreichen. Optional kann das Steuerungssystem 26 die zur Füllung des Fahrzeugtanks erforderliche Kraftstoffmenge berechnen und einen Betankungsplan für den gesamten Betankungsvorgang erstellen, der eine mittlere Kraftstoffrate während des gesamten oder eines Abschnitts des Betankungsvorgangs liefert. Typischerweise überwacht das Steuerungssystem 26 bei Block 248 hinsichtlich eines Endes des Betankungsvorgangs. Nähert sich der Betankungsvorgang nicht seinem Ende, kehrt der Prozess nach Wunsch zurück zur Bestimmung der Fehlmenge. Nähert sich der Vorgang seinem Ende, endet der Prozess bei Block 250 und geht über in eine Routine zum Herunterfahren, um das Überlaufen zu minimieren.
Der Steuerungsprozess von Fig. 19 bestimmt einen definierten Betankungsplan für den gesamten Betankungsvorgang oder einen Abschnitt davon, basierend auf vom Fahrzeug her empfangenen Parametern. Der Prozess beginnt bei Block 252 und bei Block 254 empfängt das Steuerungssystem 26 Betankungsparameter vom Fahrzeug her. Bei Block 256 werden Fehlmengenwerte bestimmt und vorzugsweise wird bei Block 258 die maximale Betankungsrate als Funktion der Fehlmenge bestimmt. Auf Grundlage dieser Parameter, bestimmt das Steuerungssystem 26 bei Block 260 zur Optimierung der Betankung einen Betankungsplan für den gesamten Betankungsvorgang oder einen Abschnitt davon. Der Plan kann versuchen, die Durchflussraten während des gesamten Betankungsvorgangs oder eines Abschnitts davon zu maximieren oder eine mittlere Gesamtdurchflussrate zu liefern. Sobald der Plan definiert ist, steuert das Steuerungssystem 26 bei 262 den Betankungsvorgang gemäß dem definierten Plan und beendet den Vorgang bei 264. Vorzugsweise wird das Herauf- und Herunterfahren der Betankungsraten zu Beginn und am Ende des Betankungsvorgangs gemäß dem Betankungsplan gesteuert, um die gewünschte Durchflussrate zusätzlich zu einer Minimierung von Kraftstoffwoge und -überlauf zu erreichen.
Man beachte, dass das Steuerungssystem 26 den Betankungsvorgang zur Maximierung des Betankungsvorgangs wie oben beschrieben ansteuern kann, während gesetzliche Vorgaben oder Fahrzeugbegrenzungen in Erwägung gezogen werden. Beispielsweise ziehen Betankungsprozesse, bei denen das Steuerungssystem 26 versucht, die Durchflussraten über den gesamten Vorgang hinweg zu maximieren, auch Begrenzungen der maximalen oder momentanen Durchflussraten in Betracht, die durch Zapfanlage, Fahrzeug, Standort oder Regulierungsbehörde vorgegeben sind. Kurz gesagt optimiert die Erfindung der Anmelder die Betankung, während das Verschütten minimiert wird und physikalische und gesetzliche Begrenzungen eingehalten werden.

Claims

1. Zapfanlage (10) mit einem Kraftstoffzuführungsweg (8), mit einem Empfänger (27a, 27b) zum Empfangen wenigstens eines Fahrzeugbetankungsparameters von einem zu betankenden Fahrzeug (100), und mit Durchflussgeschwindigkeitssteuereinrichtungen (22) zum Steuern der Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit zum Fahrzeug (100) während eines Betankungsvorgangs, gekennzeichnet durch ein Steuerungssystem (26), welches operational mit dem Empfänger (27a, 27b) und den Durchflussgeschwindigkeitssteuereinrichtungen (22) verbunden ist, um die Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit im Kraftstoffzuführungsweg (8) während des Betankungsvorgangs abhängig von Parametern, die vom Fahrzeug empfangen werden, zur Optimierung des Betankungsvorgangs zu steuern.

2. Zapfanlage nach Anspruch 1, wobei der Betankungsvorgang derart optimiert ist, dass eine gewünschte Durchflussgeschwindigkeit nicht überschritten wird.

3. Zapfanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine empfangene Fahrzeugbetankungsparameter der maximal zulässigen Kraftstoffzuführungsgeschwindigkeit entspricht, und wobei das Steuerungssystem während eines Abschnitts des Betankungsvorgangs zu der maximal zulässigen Kraftstoffzuführungsgeschwindigkeit eine gewünschte Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit bestimmt.

4. Zapfanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der wenigstens eine empfangene Betankungsparameter weiterhin der maximal zulässigen Durchflussgeschwindigkeit als Funktion einer Kraftstofffehlmenge entspricht, und wobei das Steuerungssystem die Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit als Funktion dex Fehlmenge im Kraftstofftank auf eine maximal zulässige Kraftstoffgeschwindigkeit steuert.

5. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem (26) die Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit während eines ausgewählten Abschnitts des Betankungsvorgangs abhängig von dem wenigstens einen vom Fahrzeug (100) empfangenen Parameter auf eine vorbestimmte, durchschnittlich gewünschte Durchflussgeschwindigkeit steuert.

6. Zapfanlage nach Anspruch 5, wobei das Steuerungssystem abhängig von den vom Fahrzeug empfangenen Daten eine zum Füllen des Fahrzeugtanks erforderliche Kraftstoffmenge ermittelt, wobei es einen Betankungsplan zum Bereitstellen der vorbestimmten Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit bestimmt, und wobei es die Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit während des ausgewählten Abschnitts des Betankungsvorgangs steuert, um eine durchschnittliche Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit zu gewährleisten, die gleich der vorbestimmten, durchschnittlich gewünschten Durchflussgeschwindigkeit ist.

7. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem zu Beginn des Betankungsvorgangs die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit abhängig von dem wenigstens einen vom Fahrzeug empfangenen Betankungsparameter auf eine maximal zulässige Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit linear erhöht.

8. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem zu Ende des Betankungsvorgangs die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit abhängig von dem wenigstens einen vom Fahrzeug empfangenen Betankungsparameter von der maximal zulässigen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit linear verringert.

9. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem die Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit als Funktion der Fehlmenge im Kraftstofftank (104) kontinuierlich auf die maximal zulässige Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit einstellt.

10. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin mit einem im Kraftstoffzuführungsweg angeordneten Absperrorgan (22), wobei das Steuerungssystem (26) operational mit dem Absperrorgan verbunden ist, um die Durchflussgeschwindigkeit im Kraftstoffzuführungsweg während eines Abschnitts des Betankungsvorgangs zu steuern.

11. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin mit einem im Kraftstoffzuführungsweg angeordneten Durchflussmessumformer (24), um dem Steuerungssystem (26) ein Durchflussmessumformersignal bereitzustellen, welches einem Kraftstoffvolumenstrom im Kraftstoffzuführungsweg entspricht.

12. Zapfanlage nach Anspruch 11, wobei das Steuerungssystem (26) angepasst ist, um aus Abweichungen zwischen einer aus dem Durchflussmessumformersignal bestimmten aktuellen Durchflussgeschwindigkeit und einer benötigten Durchflussgeschwindigkeit eine Führungsfunktion herzuleiten, und wobei das Steuerungssystem die Durchflussgeschwindigkeit im Kraftstoffzuführungsweg gemäß der Führungsfunktion steuert.

13. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem eine einer benötigten Durchflussgeschwindigkeit entsprechende Referenzdurchflussgeschwindigkeit aufweist, und wobei das Steuerungssystem (26) angepasst ist, um die Durchflussgeschwindigkeit im Kraftstoffzuführungsweg derart zu steuern, dass die Referenzdurchflussgeschwindigkeit erreicht wird.

14. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um die Durchflussgeschwindigkeit im Kraftstoffzuführungsweg derart zu steuern, dass eine gewünschte Durchflussgeschwindigkeit unter veränderlichen dynamischen Bedingungen bereitgestellt wird.

15. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um die Durchflussgeschwindigkeit im Kraftstoffzuführungsweg derart zu steuern, dass eine verringerte Durchflussgeschwindigkeit nach einer vorzeitigen automatischen Abschaltung bereitgestellt wird.

16. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um die Durchflussgeschwindigkeit im Kraftstoffzuführungsweg derart zu steuern, dass ein Abschließen des Betankungsvorgangs unterstützt wird.

17. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um die Durchflussgeschwindigkeit im Kraftstoffzuführungsweg derart zu steuern, dass eine verringerte Durchflussgeschwindigkeit bereitgestellt wird, wenn sich eine vorbestimmte Anzahl automatischer Abschaltungen ereignet.

18. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um die Durchflussgeschwindigkeit im Kraftstoffzuführungsweg derart zu steuern, dass eine verringerte Durchflussgeschwindigkeit bereitgestellt wird, wenn sich eine vorbestimmte Anzahl automatischer Abschaltungen in einer vorbestimmten Zeitspanne ereignet.

19. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um eine benötigte Durchflussgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten, um so die Durchflussgeschwindigkeit beeinflussende, störende Komponenten zu kompensieren.

20. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um anzeigen, falls eine gewünschte Durchflussgeschwindigkeit nicht erreichbar ist.

21. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem (26) konfiguriert ist, um anzeigen, ob ein Filter ausgetauscht werden muss, ob ein Zuführungsstutzen verformt ist oder ob der Zuführungsweg anderweitig beschädigt ist.

22. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit weiterhin einem Dampfrückgewinnungssystem (14, 28), welches operational mit dem Steuerungssystem (26) verbunden ist, wobei die Zapfanlage (10) weiterhin Informationen darüber empfängt, ob im Fahrzeug ein Dampfrückgewinnungssystem integriert ist, und wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um das Dampfrückgewinnungssystem in Abhängigkeit der Information zu steuern, ob ein fahrzeugintegriertes Dampfrückgewinnungssystem vorhanden ist.

23. Zapfanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem einen Fahrzeugmessumformer (106) hinsichtlich der Betankungsparameter abfragt.

24. Verfahren zum Steuern der Kraftstoffzuführung umfassend: das Bereitstellen einer Zapfanlage (10), die einen Empfänger (27a, 27b) zum Empfangen von Betankungsparametern von einem Fahrzeug (100) aufweist; das Empfangen der Betankungsparameter von dem Fahrzeug an der Zapfanlage während eines Betankungsvorgangs; und das Initialisieren der Zapfanlage für die Kraftstoffzuführung, gekennzeichnet durch das Steuern der Kraftstoffzuführungsgeschwindigkeit zum Fahrzeug in Abhängigkeit der empfangenen Betankungsparameter; und das Einstellen der Kraftstoffzuführungsgeschwindigkeit während des Betankungsvorgangs, sodass eine gewünschte Durchflussgeschwindigkeit nicht überschritten wird.