WO1993010036A1 - Vorrichtung zum betanken von kraftfahrzeugen mit gasrückführung durch eine motorgetriebene gasförderpumpe - Google Patents

Vorrichtung zum betanken von kraftfahrzeugen mit gasrückführung durch eine motorgetriebene gasförderpumpe Download PDF

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Alfons Harding
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Tankanlagen Salzkotten Gmbh
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    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D7/00—Apparatus or devices for transferring liquids from bulk storage containers or reservoirs into vehicles or into portable containers, e.g. for retail sale purposes
    • B67D7/04—Apparatus or devices for transferring liquids from bulk storage containers or reservoirs into vehicles or into portable containers, e.g. for retail sale purposes for transferring fuels, lubricants or mixed fuels and lubricants
    • B67D7/0476—Vapour recovery systems
    • B67D7/0478—Vapour recovery systems constructional features or components
    • B67D7/048—Vapour flow control means, e.g. valves, pumps
    • B67D7/0482—Vapour flow control means, e.g. valves, pumps using pumps driven at different flow rates
    • B67D7/0486—Pumps driven in response to electric signals indicative of pressure, temperature or liquid flow

Definitions

  • the invention relates to a device for refueling motor vehicles according to the type specified in the preamble of claim 1.
  • a logic unit used in the known device which is connected to an electric motor for driving the positive displacement pump, requires considerable electronic effort, for example memory registers, operation units, multiplier units and comparators.
  • the invention is based on the object, in a device of the type mentioned without great circuit complexity, even under laminar flow conditions of the gas to be recycled and thus also when the flow of the filled fuel starts or decreases at the beginning or at the end of a refueling process, the speed of the To regulate the drive motor for the gas feed pump in such a way that the ratio of this speed to the amount of gas returned is proportional according to a predetermined calibration curve and errors affecting the engine speed, for example pump load, increased line resistance, are immediately detected and electronically compensated.
  • Pulse generator-converted actual values for the tanked fuel volume and a feedback tacho voltage of the electric motor connected to the gas feed pump are applied as input variables, which are compared to the difference between the tanked fuel by constant comparison at the outlet
  • the tacho voltage is generated by the electric motor connected to the gas feed pump in its operation as a tachometer generator.
  • the control unit receives an additional input variable signal proportional to the rotary movement as a measure of the instantaneous flow value of the returning gas.
  • a control variable is generated by comparing the two input variables in the control unit, which adjusts the electric motor as an opposing electromotive force (EMF) in which its speed is readjusted to the correct ratio.
  • EMF electromotive force
  • the computer is connected in an advantageous embodiment of the invention between the pulse generator driven by the liquid measuring motor and the control unit, preferably to the pulse generator and the Control unit connecting line connected.
  • the electric motor for the gas feed pump is expediently a frequency-controlled commutatorless three-phase three-phase motor or a voltage-controlled direct current motor with electronic commutation, for example a synchronous motor with a high-energy, permanent-magnetic rotor, which has rare-earth metals, preferably magnets made of cobalt, on its rotor circumference , contains.
  • Magnetic metals of this type are distinguished by the fact that they cannot be demagnetized by high electrical impulse currents. Further features and details emerge from the subclaims.
  • an underground storage container (not shown in the drawing) is used to draw in liquid fuel, which is drawn into a its delivery rate is measured by a liquid measuring motor 4 designed as a piston knife.
  • the output shaft of the liquid measuring motor 4 is coupled to a pulse generator 5, which converts the fuel quantity into corresponding electrical signals, which are fed to a computer 6 provided in the dispenser housing 2 for the display of the fuel volume and the purchase price to be paid.
  • the basic price, fuel quantity and purchase price are displayed on a monitor 19 in the dispenser head.
  • the fuel drawn in and pumped up for the refueling process leaves the liquid measuring motor 4 via a pipeline 7 and arrives via a nozzle 8 to the nozzle not shown in the drawing.
  • An annular chamber in the dispensing valve receives the gases released during refueling and is connected to a tubular gas return line 9, which is coaxially surrounded by the dispensing hose 8 within the dispenser housing 2 or in the vicinity thereof.
  • the gas return line 9 merges into a pipeline 10 which is connected via a flame arrester 11 to a gas pump 12 with a controllable motor.
  • the outlet of the gas feed pump 12 leads via a further flame arrester 13 and a gas line 14 through the dome cover into the underground storage container above its liquid level.
  • the controllable motor driving the gas pump 12 is a voltage-controlled direct current motor with electronic commutation, which permits analog control and thus analog torque changes.
  • a synchronous motor with a high-energy, permanent-magnet rotor with a cobalt alloy on the circumference of the rotor is particularly suitable for such purposes.
  • a control unit 16 designed as a microprocessor is connected via electrical lines, one of which leads via the computer 6 in the dispenser housing 2, to the pulse generator 5 of the liquid measuring motor 4 and to the electric motor 18 for the gas feed pump 12.
  • the control unit 16 receives from the liquid measuring motor 4 the signals generated by the pulse generator 5 and proportional to the tanked fuel volume as an actual value.
  • the control unit 16 receives from the electric motor 18 as an additional
  • the input variable is a tacho voltage induced when the electric motor is operating as a tachogenerator, which represents a feedback signal proportional to the rotary movement as a measure of the instantaneous flow value of the return gas.
  • the control unit 16 carries out the comparison of these two input variables and, in the event of a deviation from a proportional ratio between the speed and the amount of gas recirculated, which is determined by calibration, produces a control variable which, as a counter electromotive force (EMF), adjusts the speed of the electric motor.
  • EMF counter electromotive force
  • the tanked fuel volume represents the actual value and the returned gas volume the setpoint of the control loop.
  • the control is set so that the ratio is normally 1, i.e. 100% fuel volume corresponds to 100% returned gas volume.
  • This ratio can, however, be corrected, for example, in such a way that 100% of the returned gas quantity as the target value corresponds to the actual value of the 100% fueled fuel volume in order to achieve an increased back-suction effect.
  • the control speed is in turn set so that a design-related inertia effect of the gas feed pump is compensated, that is to say a certain hysteresis is counteracted. This takes place in the control unit 16 in a purely electronic way.

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Abstract

Um bei Gasrückführung während eines Betankungsvorgangs insbesondere bei anlaufender bzw. nachlassender Strömung des eingefüllten Kraftstoffes zu Beginn bzw. am Ende des Betankens die Drehzahl des Antriebsmotors (18) für die Gasförderpumpe (12) derart zu regeln, daß das Verhältnis dieser Drehzahl zur rückgeführten Gasmenge entsprechend einer vorgegebenen Eichkurve proportional ist und auf die Motordrehzahl einwirkende Fehler sofort erfaßt und elektronisch kompensiert werden, sind einer als Prozessor ausgebildeten Regeleinheit (16) die im Impulsgeber (5) umgeformten Istwerte für das getankte Kraftstoffvolumen sowie eine rückgekoppelte Tachospannung des mit der Gasförderpumpe (12) verbundenen Elektromotors (18) als Eingangsgrößen aufgeschaltet, welche durch ständigen Vergleich am Ausgang eine zur Differenz zwischen getanktem Kraftstoffvolumen und rückgeführter Gasmenge proportionale Regelgröße für den Elektromotor (18) liefert. Der an den Impulsgeber (5) und die Regeleinheit (16) angeschlossene Rechner (6) formt die Meßdaten des Flüssigkeitsmeßmotors (4) um und zeigt sie für den Tankkunden in einem Monitor (19) an. Der Ausgang der Regeleinheit (16) ist unmittelbar an den Pumpenmotor (18) angeschlossen.

Description

Vorrichtung zum Betanken von Kraftfahrzeugen mit Gas¬ rückführung durch eine motorgetriebene Gasförderpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betanken von Kraftfahrzeugen nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Bauart.
Aus der DE 36 13 453 C2 ist es bekannt, die Gasförderpumpe zur Gasrückführung im Gaspendelverfahren von dem in jeder Zapfsäule vorhandenen Flüssigkeitsmeßmotor anzutreiben. Da der Flüssigkeitsmeßmotor für die Anzeige des gezapften Kraftstoffes nach Volumen und Preis nur so lange und so schnell angetrieben wird wie Kraftstoff getankt wird, er- folgt auch nur in dieser Zeitspanne eine Gasrückführung. Andere Parameter als das getankte Kraftstoffvolumen haben auf das Volumen des zurückgeführten Gases keinen Einfluß.
Aus der DE 87 17 378 Ul ist es bekannt, über einen vom Flüssigkeitsmeßmotor angetriebenen Impulsgeber und den daran angeschlossenen Rechner den von der Gasförderpumpe geförderten Volumenstrom durch Drosselung zu steuern. Nach¬ teilig ist bei dieser bekannten Bauart, daß bei einer von der Tankbefüllung unabhängigen Gasrückführung durch Bei¬ mischung von Luftsauerstoff ein hochexplosives Gemisch entstehen kann. Die eingangs genannte Bauart ist aus der DE 39 03 603 AI bekannt. Hierbei wird die Gasförderpumpe von einem im¬ pulsgetriebenen elektrischen Schrittmotor -angetrieben, der von den Impulsen eines mit dem Flüssigkeitsmeßmotor verbundenen Impulsgebers unter Zwischenschaltung eines Prozessors zur Einstellung des Verhältnisses zwischen abgegebenem Kraftstoffvolumen und rückgeführter Dampf¬ menge gesteuert wird.
Nachteilig ist, daß mit diesem Impulsgeber beim Tankvor- gang keine Rückschlüsse aus der dabei auftretenden Gas¬ rückführung über die unabhängig vom Flüssigkeitsmeßmotor in AntriebsVerbindung stehende Gasförderpumpe gezogen werden können, um bei gestörter Gasrückführung das Ver¬ hältnis in bezug auf das abgegebene Kraftstoffvolumen nachzuregel .
Aus der DE 40 00 165 AI ist es bei einer Kraftsto fabfüll- anlage mit Gasrückgewinnung bekannt, daß für ein kontrol¬ liertes Absaugen des Dampfluftgemisches durch eine Ver¬ drängerpumpe die Pumpendrehzahl laufend in Abhängigkeit vom abgegebenen volumetrisehen Durchsatz unter Berücksich¬ tigung eines Druckabfalls und von Temperaturen sowie der Gemischdichte gesteuert wird - dies jedoch bei Erreichen einer turbulenten Strömung des abgesaugten Dampfluftge¬ misches stromauf der Verdrängerpumpe.
Eine bei der hieraus bekannten Vorrichtung verwendete lo¬ gische Einheit, die mit einem Elektromotor zum Antrieb der Verdrängerpumpe verbunden ist, erfordert einen erheblichen elektronischen Aufwand, beispielsweise Speicherregister, Operationseinheiten, Multipliziereinheiten und Komparatoren. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Bauart ohne großen Schaltungsaufwand bereits unter laminaren Strö¬ mungsbedingungen des zurückzuführenden Gases und damit auch bei anlaufender bzw. nachlassender Strömung des eingefüllten Kraftstoffes zu Beginn bzw. am Ende eines Tankvorgangs die Drehzahl des Antriebsmotors für die Gas¬ förderpumpe derart zu regeln, daß das Verhältnis dieser Drehzahl zur rückgeführten Gasmenge entsprechend einer vorgegebenen Eichkurve proportional ist und auf die Mo¬ tordrehzahl einwirkende Fehler, z.B. Pumpenschwergang, erhöhter Leitungswiderstand, sofort erfaßt und elektro¬ nisch kompensiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer als Prozessor ausgebildeten Regeleinheit die im
Impulsgeber umgeformten Istwerte für das getankte Kraft¬ stoffvolumen sowie eine rückgekoppelte Tachospannung des mit der Gasförderpumpe verbundenen Elektromotors als Ein¬ gangsgrößen aufgeschaltet sind, die durch ständigen Ver- gleich am Ausgang eine zur Differenz zwischen getanktem
Kraftstoffvolumen und rückgeführter Gasmenge proportionale Regelgröße für den Elektromotor liefert.
Die Tachospannung wird von dem mit der Gasförderpumpe antriebsmäßig verbundenen Elektromotor bei seinem Be¬ trieb als Tachogenerator erzeugt. Bei ihrer Aufschaltung erhält die Regeleinheit als zusätzliche Eingangsgröße ein zur Drehbewegung proportionales Signal als Maß für den momentanen Durchflußwert des rückstrδmenden Gases. Bei Abweichung vom vorgegebenen Verhältnis wird durch Ver- gleichsmessung beider Eingangsgrößen in der Regeleinheit eine Regelgröße erzeugt, die als gegenläufige elektro¬ motorische Kraft (EMK) den Elektromotor nachstellt, in dem seine Drehzahl wieder auf das korrekte Verhältnis nachgeregelt wird. Dadurch läßt sich insgesamt eine erhöhte Sicherheit der tatsächlich zurückgeführten Gas- menge gewährleisten.
Zur Ermittlung und Anzeige der für den Tankkunden bestimm¬ ten Tankdaten zweckmäßigerweise in einem jeder Längsseite einer Tankinsel zugeordneten Monitor ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Rechner zwischen dem vom -Flüssigkeitsmeßmotor angetriebenen Impulsgeber und der Regeleinheit geschaltet, vorzugsweise an die diesen Im¬ pulsgeber und die Regeleinheit verbindende Leitung ange¬ schlossen.
Zweckmäßigerweise ist der Elektromotor für die Gasförder- pumpe ein frequenzgeregelter kommutatorloser Dreiphasen- Drehstrommotor oder ein spannungsgeregelter Gleichstrom¬ motor mit elektronischer Kommutierung, beispielsweise ein Synchronmotor mit einem hochenergetischen, permanent¬ magnetischen Läufer, der an seinem Rotorumfang Metalle der Seltenen Erden, vorzugsweise Magnete aus Kobalt, ent¬ hält. Magnetmetalle dieser Art zeichnen sich dadurch aus, daß sie sich durch hohe elektrische Impulsströme nicht entmagnetisieren lassen. Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der ein¬ zigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei- spiels näher erläutert; die Zeichnung zeigt eine sche¬ matische Darstellung der Zapfsäule einer Kraftfahrzeug¬ tankstelle.
Aus einem in der Zeichnung nicht dargestellten, unter¬ irdisch angeordneten Lagerbehälter wird bei einem Be- tankungsvorgang eines aufzutankenden Kraftfahrzeugs über eine bis in die Nähe des Behälterbodens reichende Ansaugleitung 1 durch eine innerhalb eines Zapfsäulen¬ gehäuses 2 installierte Flüssigkeitsförderpumpe 3 flüssiger Kraftstoff angesaugt, der in seiner Förder- menge durch einen als Kolbenmesser ausgebildeten Flüs¬ sigkeitsmeßmotor 4 gemessen wird. Die Ausgangswelle des Flüssigkeitsmeßmotors 4 ist mit einem Impulsgeber 5 gekoppelt, der die getankte Kraftstoffmenge in ent¬ sprechende elektrische Signale umsetzt, welche für die Anzeige des getankten Kraftstoffvolumens und des zu zahlenden Kaufpreises einem im Zapfsäulengehäuse 2 vorgesehenen Rechner 6 zugeführt werden. Die Anzeige von Grundpreis, getankter Kraftstoffmenge und Kaufpreis erfolgt an einem Monitor 19 im Zapfsäulenkopf.
Der für den Betankungsvorgang angesaugte und hochgeför¬ derte Kraftstoff verläßt den Flüssigkeitsmeßmotor 4 über eine Rohrleitung 7 und gelangt über einen Zapf¬ schlauch 8 an das in der Zeichnung nicht wiedergege¬ bene Zapfventil. Eine Ringkammer im Zapfventil nimmt die beim Tanken frei¬ werdenden Gase auf und steht mit einer schlauchförmigen Gasrückführleitung 9 in Verbindung, die bis zu ihrer Ausmündung innerhalb des Zapfsäulengehäuses 2 oder in dessen Nähe koaxial vom Zapfschlauch 8 umgeben ist.
Hinter der Ausmündung geht die Gasrückführleitung 9 in eine Rohrleitung 10 über, die über eine Flammendurch- schlagsicherung 11 an eine Gasfδrderpumpe 12 mit regel¬ barem Motor angeschlossen ist. Der Ausgang der Gasförder- pumpe 12 führt über eine weitere Flammendurchschlagsi- cherung 13 und eine Gasleitung 14 durch den Domdeckel in den unterirdischen Lagerbehälter oberhalb dessen Flüs¬ sigkeitsspiegels.
Bei dem die Gasfδrderpumpe 12 antreibenden regelbaren Motor handelt es sich um einen spannungsgeregelten Gleich¬ strommotor mit elektronischer Kommutierung, der eine ana¬ loge Regelung und damit analoge Drehmomentänderungen zu¬ läßt. Besonders geeignet ist für derartige Zwecke ein Syn¬ chronmotor mit einem hochenergetischen, permanentmagneti- sehen Läufer mit einer Kobaltlegierung am Rotorumfang.
Eine als Mikroprozessor ausgebildete Regeleinheit 16 ist über elektrische Leitungen, von denen eine über den Rechner 6 im Zapfsäulengehäuse 2 führt, an den Impuls¬ geber 5 des Flüssigkeitsmeßmotors 4 sowie an den Elektro- motor 18 für die Gasförderpumpe 12 angeschlossen. Vom Flüssigkeitsmeßmotor 4 erhält die Regeleinheit 16 die vom Impulsgeber 5 erzeugten und zum getankten Kraftstoff¬ volumen proportionalen Signale als Istwert zugeführt. Vom Elektromotor 18 erhält die Regeleinheit 16 als zusätz- liehe Eingangsgröße eine beim Betrieb des Elektromotors als Tachogenerator induzierte Tachospannung, die ein zur Dreh¬ bewegung proportionales Rückkopplungssignal als Maß für den momentanen Durchflußwert des rückströmenden Gases darstellt.
Die Regeleinheit 16 führt den Vergleich dieser beiden Ein¬ gangsgrößen aus und erzeugt bei Abweichung von einem durch Eichung vorgegebenen proportionalen Verhältnis zwischen Dreh¬ zahl und rückgeführter Gasmenge eine Regelgröße, die als ge¬ genläufige elektromotorische Kraft (EMK) den Elektromotor in seiner Drehzahl nachstellt.
Bei diesem ständigen Vergleich stellt das getankte Kraft¬ stoffvolumen den Istwert und die zurückgeführte Gasmenge den Sollwert des Regelkreises dar. Die Regelung ist so ein¬ gestellt, daß normalerweise das Verhältnis 1 ist, d.h. 100% getanktes Kraftstoffvolumen entspricht 100% zurück¬ geführter Gasmenge. Dieses Verhältnis läßt sich jedoch beispielsweise derart korrigieren, daß 100% zurückgeführ¬ ter Gasmenge als Sollwert dem Istwert von 100% getanktem Kraftstoffvolumen entsprechen, um einen vergrößerten Rück- saugeffekt zu erzielen.
Die Regelgeschwindigkeit ist wiederum so eingestellt, daß ein bauartbedingter Trägheitseffekt der Gasförderpumpe kom¬ pensiert, also einer gewissen Hysterese entgegengewirkt wird. Dies erfolgt in der Regeleinheit 16 auf rein elektro- nischem Wege.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum Betanken von Kraftfahrzeugen mit einer für die Rückführung der beim Tankvorgang freiwerdenden Gasmengen in der Zapfsäule vorgesehenen motorgetriebenen Gasförderpumpe (12) , die vom Flüssigkeitsmeßmotor (4) der Zapfsäule nach Maßgabe des getankten Kraftstoffvolu¬ mens gesteuert ist und der Flüssigkeitsmeßmotor (4) mit einem Impulsgeber (5) gekoppelt und diesem ein Rechner (6) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer als Prozessor ausgebildeten Regeleinheit (16) die im Impulsgeber (5) umgeformten Istwerte für das getankte Kraftstoffvolumen sowie eine rückgekoppelte Tachospannung des mit der Gasförderpumpe (12) verbun¬ denen Elektromotors (18) als Eingangsgrößen aufge¬ schaltet sind, die durch ständigen Vergleich am Ausgang eine zur Differenz zwischen getanktem KraftstoffVolumen und rückgeführter Gasmenge proportionale Regelgröße für den Elektromotor (18) liefert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (6) zur Ermittlung und Anzeige der für den Tankkunden bestimmten Tankdaten zwischen dem vom Flüssigkeitsmeßmotor (4) angetriebenen Impuls¬ geber (5) und der Regeleinheit (16) geschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (6) an die den Impulsgeber (5) und die Regeleinheit (16) verbindende Leitung angeschlos¬ sen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rechner (6) umgeformten Meßdaten einem jeder Längsseite einer Tankinsel mit mehreren Zapf¬ säulen zugeordneten Monitor (19) zuführbar und für den Tankkunden ablesbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (18) für die Gasförderpumpe (12) als frequenzgeregelter kommutatorloser Drei¬ phasen-Drehstrommotor ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (18) für die Gasförderpumpe (12) als spannungsgeregelter Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Synchronmotors mit einem hoch¬ energetischen permanentmagnetischen Läufer.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Motors mit einem Läufer, der an seinem Umfang Metalle der Seltenen Erden ent- hält.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von Magneten aus Kobalt am Rotor¬ umfang.
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