WO2009024389A2 - Ventilkontrolle bei betankung von drucktanks - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an apparatus and a method for detecting the refueling process of the fuel tank of a motor vehicle and the control of a separating valve which connects the interior of the tank via an activated carbon filter with the environment.
- Fuel tanks of motor vehicles with an internal combustion engine are designed to prevent odor nuisances as pressure tanks in which an activated carbon filter (AKF) absorbs odoriferous substances.
- an activated carbon filter (AKF) absorbs odoriferous substances.
- an electrically switchable valve between the tank interior and the leading into the environment activated carbon filter is installed, the switchable valve is closed in the normal state.
- Such a separating valve serves to separate odorous vapors from the tank interior of the activated carbon filter.
- the activated charcoal filter is loaded much less, and even with small amounts of purge the activated carbon filter achieves a high degree of efficiency.
- the isolating valve must be opened, otherwise the refueling process will be disturbed and, if necessary, automatically interrupted by the pumping system.
- the patent specification DE 19809384 C2 discloses a method for testing the functional capability of a tank ventilation system, which comprises a comparison of a recorded time profile of at least one operating variable of a test pressure source, with a previously determined diagnostic course, in order to detect refueling operations.
- a test pressure source for example a pump
- a test pressure is built up, which is evaluated.
- the isolation valve is opened according to the prior art by the driver when a refueling is planned, and remains open until the driver closes the valve again manually after the end of the refueling process.
- the continuous operation of the isolation valve is associated with a high electrical power consumption, which loads the electrical system of the motor vehicle and leads to a significant emptying of the electrical system battery.
- the invention allows the actuation of the isolation valve for a minimum period of time and therefore reduces the load on the electrical system.
- the invention makes it possible to control the separating valve only if this is actually necessary.
- the isolation valve can be closed at the earliest possible time so as to reduce power consumption.
- the invention makes it possible to detect or recognize a refueling operation with simple means, some of which are already available in motor vehicles for other purposes, so as to provide the appropriate closing time according to the invention in order to reduce the load on the power grid.
- the invention makes it possible to automatically control the closing state of the isolation valve and therefore provides effective protection against operator errors that will close the isolation valve during the refueling process and operator errors that unnecessarily activate the isolation valve before and / or after refueling and consumes electrical energy.
- the isolation valve when an actual refueling operation is detected, for example via the detection of pressure fluctuations that are typical for refueling, by the detection of an open tank cover or by the detection of other signals, such as automatically generated signals, the one in the process mark the refueling process.
- the detection of an actual refueling operation preferably takes place automatically.
- the isolation valve is substantially open only when a refueling operation is detected.
- Substantially in this context means that outside refueling operations is only opened for periods of time that are short in each case and therefore do not require any substantial amount of electrical energy or power related to the vehicle electrical system by maintaining the opening state outside a refueling operation
- the generation of these signals preferably comprises the evaluation of sensor data
- signals which automatically and directly result from a refueling operation in progress are used to identify a refueling operation and thus to open the isolation valve, these signals being according to an embodiment of the invention can be combined with an operation of a corresponding button or switch with which the user or driver of the vehicle signals a future or beginning refueling operation.
- the load on the on-board power supply system is reduced by activation of the isolation valve by using sensor signals or signals derived therefrom, which characterize the physical operation of refueling, as the trigger signal for the actual actuation of the isolation valve.
- the separating valve is provided between a fuel tank and a pressure equalization space.
- the pressure compensation space may be the environment or a line leading to the engine, for example the intake manifold of the engine. If the tank interior is connected through the separating valve with a line leading to the engine, such as the intake pipe, then the disturbing tank gases are at least partially or completely burned.
- an activated carbon filter can be provided as an alternative or in combination for this purpose, which is provided between separating valve and tank or between separating valve and pressure compensation chamber.
- the isolation valve between a fuel tank and an activated carbon filter is provided, via which the fuel tank is connected to the environment. Further, the activated carbon filter on the fresh air side, i. in a connection to the environment, be positioned, d.
- isolation valves may be provided in a motor vehicle, wherein at least one of the isolation valves opens or closes according to the control method according to the invention. According to the invention, therefore, at least one isolating valve is actuated such that it opens when a sensor in automatic, d. H. not dependent on the driver has recognized a refueling process.
- sensors which detect at least one physical variable that is characteristic for the refueling process itself, for example, variables that allow direct conclusions about the tank contents, for example by means of an optical, acoustic or electro-capacitive signal or means a pressure signal. Therefore, sensors suitable for use as sensors are light barriers or devices which detect the optical transmission or reflection, ultrasonic sensors which detect the tank contents, capacitive or resistive sensors which detect the dielectric properties or the specific resistance of the tank contents, pressure sensors which transmit over Pressure fluctuations or pressure increase capture an increase in volume or a filling process within the tank, or similar sensors.
- the sensors can be provided as additional sensors or can be NEN be provided in the form of existing sensors whose signal is already assigned to another function of the motor vehicle (for example, detection of the tank level, monitoring the tank for fault detection).
- the detection of a refueling operation may comprise the logical combination of several different sensor signals, which preferably come from different types of sensors.
- the pressure which prevails inside the tank is detected according to the invention, it being recognized that a small excess pressure or small pressure fluctuations accompany the refueling process.
- the overpressure is created by the gas volume compensation, which is caused by the filling of the tank, and at the tank opening, in particular through the tap and through other openings of the tank, a flow resistance, whereby the inflowing power flow to easy gas condensation and thus to overpressure inside the tank.
- the sloshing and pumping movements of the liquid, which occur when the tank is filled lead to oscillations of the tank pressure, from which, in turn, a refueling operation can be concluded.
- the drop height of the fill jet results in oscillations on the surface of the liquid tank contents.
- the pressure in the tank itself is considered, or in combination with the first time derivative of the pressure, which is used as a measure of the oscillations.
- a pressure sensor provided in the tank is used which is either fixed to the floor or preferably attached to the ceiling of the tank and accordingly either the liquid pressure at the bottom of the tank or the gas pressure at the ceiling of the tank in the gas space above the liquid.
- the pressure sensor can be used, which is also provided for diagnostic reasons in pressure tank systems, so that existing systems need not be equipped with any additional pressure sensor. Refueling operations can be detected with this sensor, as a result of which the separating valve is opened according to the invention.
- the start of refueling is accompanied by a sudden, slight pressure increase, so that in particular the combination of the time derivative of the pressure and the pressure itself is detected, in particular by ascertaining whether a sudden increase has taken place in a light, essentially constant pressure overflows. Therefore, the pressure is preferably compared with a minimum value which is above a value which is exceeded even in the case of measurement noise, ambient sound, or other causes of error in the pressure measurement, but which is smaller than one Value that results during refueling, ie also during refueling operations with slow fuel supply and low flow resistance for gas exchange and thus with a slight overpressure.
- the increase, ie the first time derivative of the pressure signal can be compared with a typical pressure rise rate, which is also above a protection distance.
- the pressure signal is examined with regard to a low, static overpressure and / or with regard to a pressure rise which is typical for a refueling start.
- the pressure signal or the instantaneous rise of the pressure signal, ie the first time derivative is compared with a minimum value.
- both variables can also be compared with a corresponding minimum value.
- Each of these comparisons provides a signal indicating that refueling is taking place, but these signals can also be combined to increase the reliability of the fault.
- the device according to the invention therefore comprises, in addition to the control of the separating valve, a pressure signal input which cooperates with an external pressure sensor, for example a pressure sensor of a tank already provided for diagnostic purposes, in order to receive a pressure signal therefrom.
- This pressure signal is either itself and / or the first time derivative thereof compared with a respective minimum value. Therefore, the device preferably comprises a comparator which compares the pressure signal, the first time derivative, or both, with a respective minimum value. Therefore, the pressure signal and / or the first derivative of the pressure signal is used as the detection signal used to detect the refueling process.
- the device preferably comprises a discharge device which generates the first time derivative of the pressure signal from the pressure signal, in particular when it is evaluated.
- the corresponding detection signal (ie the pressure signal and / or the first time derivative of the pressure signal) is fed to the comparator, which in turn outputs a refueling signal via a status output.
- the status output is preferably comprised by the device and / or by the comparator.
- the minimum value can be supplied to the device via a further minimum value input, or it can be stored in the device. In general, a curve typical for the pressure course during refueling can be used for comparison.
- the use of a pressure threshold value, ie minimum value represents a curve feature which is particularly easy to test.
- the device can comprise further calculation units which calculate the minimum value from auxiliary input signals.
- the minimum value may be constant, or may generally represent a waveform that is typical of the pressure curve or the course of the first time derivative of the pressure signal, this typical course with the actually detected pressure waveform or course of the first time derivative of the detected Pressure signal is compared.
- the invention thus, the minimum value compared may also be part of a typical curve or a characteristic of a typical refueling pressure curve.
- the comparator can thus be a simple comparator for a single instantaneous value, or, in the case of a curve to be compared, can also be a correlator or matched filter which outputs a corresponding signal or correlation signal when the typical curve shape is detected.
- One or more typical pressure gradients may be checked, with typical pressure histories include: pressure history at start of tank, pressure history at refueling end and pressure gradients due to fluctuations that are due to pumping and / or sloshing that are typical of a refueling process taking place.
- the evaluation of the pressure signal by a comparator may further include checking for exceeding a maximum value so as to eliminate systematic errors and detect misreported refueling operations.
- Such maximum values may be values which are above pressure values which are not reached even at high flow rates and high flow resistance at the tank opening.
- the detection according to the invention can take into account the actuation of a tank desired switch.
- a tank request switch is operated before refueling and indicates that the start of a refueling operation is to be expected in the following period.
- the isolation valve is preferably opened only when in addition to the provided by pressing the tank request switch vent signal and the comparison signal or status signal of the comparator is present, accordingly due to the pressure signal also takes place refueling. Therefore, the device according to the invention comprises between the status output, which outputs the refueling signal, on the basis of which the isolation valve is switched, and the comparator, a logic which combines the venting signal output from the tank request switch with the results of the comparator.
- the device comprises a timer circuit which outputs an active signal for a period commencing with the operation of the tank request switch and ending after a predetermined period of time. During this period, the device according to the invention is then active and opens the separating valve upon detection of the beginning of the refueling process. Thus, it is precluded that the isolation valve is accidentally opened when a refueling operation is erroneously detected, for example, by a large pressure fluctuation or a reading error.
- a second time interval is preferably predetermined, which begins with the detection of a refueling process (in which the detection signal the at least one Exceeds minimum value), and continues for a further period during which a fueling signal is output. This allows the isolation valve to remain open even if the detection signal falls short of the minimum value during the refueling operation.
- a minimum period of time may be introduced for which the detection signal is consistently above the minimum value to filter out short term pressure spikes that do not correspond to an actual refueling operation to release the refueling signal only when it is assured that the detection signal is already on for the minimum amount of time above the minimum value.
- the minimum time duration corresponds to the mechanism of contact bouncing, as known from push buttons.
- a guard distance is selected so that noise or small disturbances in the measurement of pressure or other disturbances are tolerated without falsely emiting a refueling signal.
- the threshold actually used for comparison is preferably between a value equal to standard state + guard interval, which avoids noise-related incorrect detection of a refueling operation, and the level of a detection signal, as with low excitations (low flow resistance, low fuel flow or low oscillations the liquid) occurs.
- the protective distance is preferably calculated from given error tolerances and noise of the sensor and the measuring device to which the sensor is connected, and a further surcharge, which also takes into account wide fluctuations, for example by structure-borne noise.
- a pressure sensor is used which has a corresponding resolution and which generates a low noise power.
- the pressure sensor is preferably provided with an accuracy that allows the described distinction.
- the pressure is preferably reproduced by a pressure signal which is analog, is time and / or value discrete, and enables sufficient resolution or accuracy for the above-described distinction.
- the pressure or the pressure signal is provided by tapping an already attached to the tank pressure sensor, or by branching of the pressure signal in the processing of the pressure signal.
- the use of the method according to the invention and the device is used in combination with a hybrid drive.
- the invention may be used in combination with propulsion systems including high-load, dethrottling (EHVS, EMVS, valvetronic, high-EGR, lean operation, and other consumption concepts with smaller purge volumes.)
- existing pressure sensors may also be interchanged. which are then used to a device according to the invention or according to the inventive method, and at the same time perform the originally intended function.
- Pressure signal input, comparator, status output, diverting device, venting and logic input can be implemented using discrete components, integrated components in analog or digital circuitry, or a combination thereof, as well as a microprocessor, program code, and corresponding interfaces.
- the signals used are preferably voltage signals and may also be digital or analog.
- the device features can be implemented by means of an interface, a processor and associated software. To the interface, a power output stage can be coupled, which supplies the isolation valve with electrical power when it should be open.
- Figure 1 is a system for explaining the inventive concept underlying the invention
- FIG. 2 shows the typical course of a pressure signal to explain the underlying concept of the invention
- Figure 3 is a circuit diagram of a device according to the invention. Embodiments of the invention
- FIG. 1 shows a tank 10 in which liquid fuel 20 and an overlying gas mixture 30 (air / fuel vapors) are provided.
- gas mixture 30 air / fuel vapors
- opening 40 50 fuel is introduced into the interior of the tank 10 with a first flow A through a filler neck or filler neck.
- gas balance flow B which undergoes a flow resistance through the opening 40 and the filler neck 50, which reduces the necessary opening for the flow B.
- a slight overpressure builds up in the interior of the tank 10, in particular within the gas mixture, due to the flow resistance of the flow B.
- the surface of the fuel 20 performs movements generated by the fuel flow through the stream A.
- a pressure sensor 60 On the ceiling of the tank 10, a pressure sensor 60 is arranged, which receives the pressure of the gas volume 30. The pressure sensor converts the pressure into a pressure signal that can be evaluated.
- the interior of the tank 10 is further connected to an isolation valve 70 which electrically isolates the interior of the tank 10 from an activated carbon filter 80 which in turn connects the isolation valve 70 to the environment 90.
- the pressure is detected via the sensor 60, evaluated with a circuit according to the invention, which in turn controls the separating valve 70 accordingly.
- the isolation valve 70 therefore preferably has an electrical control input, via which the opening state of the isolation valve 70 can be adjusted.
- the separating valve 70 is preferably closed without activation and opens when a corresponding current is applied, for example to an actuator coil, which causes the mechanical opening.
- FIG. 2 shows the course of a pressure signal, as can be detected by the pressure sensor 60 of FIG.
- the isolation valve or other equalization valve is opened to equalize the pressure from the overpressure p 2 to zero.
- the tank opening is opened to introduce a filler neck.
- no refueling takes place.
- the user of the vehicle to which the tank belongs may already a Tank ratherschalter be operated, which would open immediately according to the prior art, the isolation valve and hold in the open state.
- the opening is only necessary if the refueling state actually takes place, so that the electrical power used to open the tank between times X 2 and X 3 loads the vehicle electrical system without any further benefit.
- the device according to the invention and the method according to the invention between time X 2 and X 3 detects that no fueling operation takes place and thus the isolation valve can remain closed.
- the strong pressure drop between p 2 and 0 is detected, which results from a one-off volume compensation, the detection of this compensation being taken as a precondition for later opening of the separating valve.
- the device according to the invention or the method according to the invention does not emit a refueling signal if no such pressure drop between ti and X 2 has been detected.
- the high pressure value p 2 can also be detected and compared with a pressure value detected later, for example a pressure value which is detected in the time period t 2 -t 3 , so as to detect the pressure drop between ti and t 2 .
- the detection of the pressure drop from p 2 to 0 may take the place of the bleed signal resulting from the operation of a tank warp switch, or may be logically combined therewith, for example by a logical AND or a logical OR. Furthermore, guard time intervals may be provided as described above in connection with the detection signal.
- the pressure value pi corresponds to a threshold value which is not reached even with a strong fuel inflow, ie with a high volume flow rate of the fuel and with a strong resistance of the flow B.
- the exceeding of the value pi can therefore be interpreted as the occurrence of a detection error, so that the crossing of the threshold value pi This means that no fueling signal is output, although the value is also above Po.
- an error signal can additionally be output.
- the first time derivative of the pressure signal is also examined, which is not constant between the time t 3 and t ⁇ due to pressure fluctuations.
- the amount of the first derivative is used to compare even negative pressure slopes with a minimum value.
- the first time derivative of the pressure signal is squared for this purpose. The scattering of the pressure signal thus obtained reflects vibrations of the water surface, flows and turbulences by flow A, and flows and turbulences of the flows B, which are directly linked to the refueling process. Therefore, it can also be concluded from the first time derivative of the pressure signal on the presence of a refueling operation.
- the first time derivative of the pressure signal can also be combined with the pressure signal, which are each compared with a respective minimum value.
- an AND operation or an OR operation can be used.
- the detected pressure signal can also be examined with regard to the occurrence of a specific edge shape, which is defined by the slope and height. Both slope and altitude are specific to a refueling operation and to be distinguished from other causes.
- the flank can be examined, which results shortly before the time t ⁇ by switching off the refueling flow.
- frequency analyzes of the pressure signal can be made, for example by means of an FFT analysis, since the alternating component of the pressure fluctuation between time t 3 and t ⁇ specifically for the fuel flowing into the tank and the associated Is pressure variations.
- the pressure changes resulting from the refueling can be differentiated from other pressure fluctuations.
- the first derivative of the pressure signal can be formed with a high pass, for example a first order high pass (for example an LR or RC network) in an analogous manner or by means of a digital differentiator.
- a protection interval results after the time t 3 , so that the refueling signal is applied from the time% during the guard interval, even if the detection signal falls below the respective minimum value after the time t 3 during the guard interval.
- a Connect guard interval to the time t ⁇ so that despite a detection signal below the minimum value for the guard interval a refueling signal is issued to not affect short-term underruns or shortly after refueling operations.
- the pressure signal and its time derivative can also be averaged or smoothed over a running time window, during which the maximum value within the time window is considered a detection signal.
- the pressure signal and the first time derivative of the pressure signal can be linked not only logically, but also arithmetically, for example via a weighted addition.
- FIG. 3 shows a circuit diagram of a device according to the invention.
- the device includes a pressure signal input 100 configured to receive a pressure signal S.
- the pressure signal S may originate from a pressure sensor (shown in dashed lines), or may be diverted by a pressure evaluation device, as used for diagnostic purposes, for example. Further, S may be from a tap of a pressure signal line.
- the apparatus of Figure 3 further includes a comparator 110 which compares a pressure signal with a minimum value. In the apparatus shown in FIG. 3, the comparator 110 evaluates a two-part detection signal which corresponds to the pressure signal S and its derivative S '. The comparator therefore each comprises an input for a pressure signal S and for its time derivative S '.
- the comparator further receives a first minimum value M and a second minimum value M ', wherein the comparator is arranged to compare the pressure signal S with the value M and to compare the derived pressure signal S' with the minimum value M '.
- comparator 110 includes two further inputs, one each for M and for M '. In an embodiment not shown, the minimum values are provided in the comparator 110 itself.
- the comparator 110 initially outputs two comparison results over two comparison outputs, which are evaluated by an evaluation circuit 120.
- the evaluation circuit 120 links the two comparison results to a refueling signal that is output at a refueling signal output 130. Instead of ANDing the comparison results 120, an arithmetic operation can also be selected, as noted above.
- the fueling signal output is binary and is forwarded to a logic 140 connected downstream of the comparator.
- the logic 140 further processes a vent signal E input via a vent signal input 150.
- the bleed signal input is preferably connected to a tank request switch or to a tank request button that generates a bleed signal.
- the logic preferably forwards the fueling signal applied to the input 130 only further when a detection signal E is applied to the logic.
- the logic can 140 timers, which filter the fueling signal at the output 130 and / or the bleed signal in time, so as to provide appropriate protection intervals.
- the logic further comprises an output 160, via which a control signal is output, wherein the isolation valve is connected to the output 160 and is driven by the control signal.
- the isolation valve is preferably designed as an opener, so that for an open switching state, the isolation valve is continuously supplied with power.
- an isolation valve is connected, as shown by the reference numeral 70 in FIG.
- the isolation valve 170 (shown in phantom) opens in accordance with the control signal of the logic 140, the line between the activated carbon filter 80, which leads into the environment, and the tank interior.
- an analog / digital converter circuit may be provided, in which case the comparator 115 does not compare analog signals but digital signals.
- the comparison 110, its components and the logic 140 may be provided as a microprocessor, wherein an analog / digital converter provided between the pressure sensor 180 and the pressure signal input 100 may be provided in the same processor.
- the elements shown in FIG. 3 can be implemented as a software / hardware combination with a corresponding processor on which the software runs, wherein the software realizes the method or the device and the processor also comprises inputs, outputs or interfaces provide the inputs or outputs of the circuit of Figure 3.
- a power output stage can be provided, which is controlled by software or logic signal.
- an apparatus for detecting a refueling operation comprising a pressure signal input 100 configured to receive a pressure signal representative of the pressure in a tank; a comparator 110 configured to compare a detection signal with at least a minimum value M; and a status output 130 connected to the comparator 110 and configured to output a fueling signal when the received detection signal is above the minimum value M, the fueling signal indicating that the fueling operation is taking place, and the detection signal being the pressure signal S and / or the first time derivative of the pressure signal S 'corresponds.
- such a device is preferably provided with a discharge device 105 which is set up to provide the first time derivative of the pressure signal S 'from the pressure signal S, wherein the discharge device is connected to the comparator 110, with the first time derivative the pressure signal S 'to supply, and the discharge device is connected to the pressure signal input 100 to the latter with the Pressure signal S to be supplied.
- a discharge device 105 which is set up to provide the first time derivative of the pressure signal S 'from the pressure signal S, wherein the discharge device is connected to the comparator 110, with the first time derivative the pressure signal S 'to supply, and the discharge device is connected to the pressure signal input 100 to the latter with the Pressure signal S to be supplied.
- the minimum value M which is intended to be compared with the pressure signal preferably corresponds to a minimum pressure that is a protective distance above the normal pressure, but smaller than a pressure p 0 , which is due to filling the tank with liquid and by venting Volume compensation in the tank is at a minimum, and / or wherein another of the minimum values provided to be compared with the time derivative of the pressure signal corresponds to a minimum pressure fluctuation which is above a protection distance above zero but less than a pressure fluctuation, which is minimal when filling the tank or when filling the tank.
- This embodiment of the invention also preferably includes a bleed signal input 150 for a bleed signal indicating the pressure equalization between the tank and the environment, the device further comprising logic 140 provided between the comparator and the status output, which outputs the fueling signal only when the received detection signal is above the minimum value and the bleed signal is present.
- the method according to the invention for detecting a refueling operation of a tank comprises the steps of: detecting a pressure p prevailing in the tank, comparing a detection signal S, S 'with at least one minimum value, the detection signal being the detected pressure and / or the first time derivative of the detected pressure corresponds; and outputting a refueling signal when the detection signal is above the minimum value, wherein the refueling signal indicates that the refueling operation is taking place.
- the minimum value p 0 with which the detection signal is compared corresponds to a minimum pressure that is a safety distance above the normal pressure, but less than a pressure that is due to filling the tank with liquid and by vent volume compensations in the tank, and / or wherein a further one of the minimum values compared with the time derivative of the pressure signal corresponds to a minimum pressure fluctuation which is a guard distance above zero but less than a pressure fluctuation occurring during filling of the tank or minimal at the beginning of filling the tank.
- the inventive method may include detecting a vent signal indicating the pressure equalization between the tank and the environment, wherein the refueling signal is output only when the received detection signal is above the minimum value p 0 and the vent signal is present.
- the concept according to the invention is preferably realized by using a tank pressure sensor for detecting a refueling operation by the control of a separating valve upon detection of the refueling process.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Betankungsvorgangs, die einen Drucksignaleingang, der eingerichtet ist, ein Drucksignal zu empfangen, das den Druck in einem Tank wiedergibt; einen Vergleicher, der eingerichtet ist, ein Erfassungssignal mit mindestens einem Minimalwert zu vergleichen; und einen Statusausgang umfasst, der mit dem Vergleicher verbunden ist. Der Statusausgang ist eingerichtet, ein Betankungssignal auszugeben, wenn das empfangene Erfassungssignal über dem Minimalwert liegt. Das Betankungssignal gibt an, dass der Betankungsvorgang stattfindet. Das Erfassungssignal entspricht dem Drucksignal und/oder der ersten zeitlichen Ableitung des Drucksignals. Die Erfindung betrifft insbesondereeine Steuerung, ein entsprechendes Steuerverfahren, und eine Verwendung eines Tankdrucksensors, die jeweilige Merkmale der Vorrichtung bzw. des Verfahrens umfassen.
Description
Beschreibung
Titel
Ventil kontrol Ie bei Betankung von Drucktanks
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen des Betankungs- vorgangs des Kraftstoffstanks eines Kraftfahrzeugs sowie die Steuerung eines Trennventils, das das Innere des Tanks über einen Aktivkohlefilter mit der Umgebung verbindet.
Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, insbesondere Hybridfahrzeuge, sind zur Verhinderung von Geruchsbelästigungen als Drucktanks ausgeführt, in denen ein Aktivkohlefilter (AKF) geruchsbelästigende Stoffe aufnimmt. Bei bestimmten Betriebsarten besteht die Gefahr, dass das Aktivkohlefilter nicht ausreichend gespült wird und/oder durchbricht. Hierzu ist ein elektrisch schaltbares Ventil zwischen dem Tankinneren und dem in die Umgebung führenden Aktivkohlefilter eingebaut, wobei das schaltbare Ventil im Normalzustand geschlossen ist. Ein derartiges Trennventil dient dazu, geruchsbelästigende Dämpfe aus dem Tankinneren von dem Aktivkohlefilter abzutrennen. Mit dieser Maßnahme wird das Aktivkohlefilter deutlich weniger belastet, und auch bei geringen Spül- mengen erreicht das Aktivkohlefilter einen hohen Wirkungsgrad. Während des gesamten Tankvorgangs muss jedoch das Trennventil geöffnet sein, da andernfalls der Tankvorgang gestört und gegebenenfalls automatisch von der Pumpanlage abgebrochen wird.
Die Patentschrift DE 19809384 C2 offenbart ein Verfahren zur Prüfung der Funktionsfä- higkeit einer Tankentlüftungsanlage, das einen Vergleich eines erfassten zeitlichen Verlaufs wenigstens einer Betriebsgröße einer Prüf-Druckquelle, mit einem zuvor bestimmten Diagnoseverlauf umfasst, um Betankungsvorgänge zu erkennen. Mittels der Prüf- Druckquelle, beispielsweise eine Pumpe, wird ein Prüfdruck aufgebaut, der ausgewertet wird.
Das Trennventil wird gemäß dem Stand der Technik vom Fahrer dann geöffnet, wenn eine Betankung geplant ist, und bleibt solange offen, bis der Fahrer nach Ende des Tankvorgangs das Ventil erneut manuell schließt.
Die durchgehende Betätigung des Trennventils ist jedoch mit einer hohen elektrischen Leistungsaufnahme verbunden, die das Bordnetz des Kraftfahrzeugs belastet und zu einer signifikanten Entleerung der Bordnetzbatterie führt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht die Betätigung des Trennventils für eine minimale Zeitdauer und verringert daher die Belastung des Bordnetzes. Die Erfindung ermöglicht es, das Trenn- ventil nur dann anzusteuern, wenn dies auch tatsächlich notwendig ist. Ferner lässt sich mittels der Erfindung das Trennventil zu dem frühest möglichen Zeitpunkt schließen, um so den Stromverbrauch zu verringern. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung die Erfassung bzw. die Erkennung eines Betankungsvorgangs mit einfachen Mitteln, die teilweise bereits in Kraftfahrzeugen für andere Zwecke vorliegen, um so erfindungsgemäß den ge- eigneten Schließzeitpunkt vorzusehen, um die Belastung des Stromnetzes zu verringern. Ferner ermöglicht es die Erfindung, den Schließzustand des Trennventils automatisch zu steuern und bietet daher einen effektiven Schutz vor Bedienfehlern, durch die das Trennventil während des Tankvorgangs geschlossen wird, und vor Bedienfehlern, durch die das Trennventil vor und/oder nach dem Betanken unnötigerweise aktiviert ist und elektrische Energie verbraucht.
Erfindungsgemäß wir das Trennventil geöffnet, wenn ein tatsächlicher Betankungsvorgang erkannt wird, beispielsweise über die Erfassung von Druckschwankungen, die für die Betankung typisch sind, durch die Erfassung eines geöffneten Tankdeckels oder durch die Erfassung weiterer Signale, beispielsweise automatisch erzeugter Signale, die einen sich im Ablauf befindlichen Betankungsprozess kennzeichnen. Die Erkennung bzw. Erfassung eines tatsächlichen Betankungsvorgangs findet vorzugsweise automatisch statt. Vorzugsweise ist das Trennventil im wesentlichen nur dann geöffnet, wenn ein Betankungsvorgang erkannt wird. „Im Wesentlichen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass außerhalb von Betankungsvorgängen nur für Zeitdauern geöffnet wird, die jeweils bzw. insgesamt kurz sind und somit keine auf das Kfz-Bordnetz bezogene substantielle elektrische Energiemenge oder Leistung durch Aufrechterhaltung des Öffnungszustands außerhalb eines Betankungsvorgangs erfordern. Die Erzeugung dieser Signale umfasst vorzugsweise die Auswertung von Sensordaten. Erfindungsgemäß werden zur Erkennung eines Betan- kungsvorgangs und somit zum Öffnen des Trennventils Signale verwendet, die sich automatisch und in direkter Weise aus einem im Ablauf befindlichen Betankungsvorgang ergeben, wobei diese Signale gemäß einer Ausführung der Erfindung mit einer Betätigung eines entsprechenden Tasters oder Schalters kombiniert werden können, mit dem der Be-
nutzer bzw. Fahrer des Fahrzeugs einen zukünftigen oder beginnenden Betankungsvor- gang signalisiert.
Gemäß der Erfindung wird daher die Belastung des Bordstromnetzes durch Aktivierung des Trennventils verringert, indem Sensorsignale bzw. daraus abgeleitete Signale, die den physikalischen Vorgang des Betankens kennzeichnen, als Triggersignal bzw. Auslöser für die tatsächliche Betätigung des Trennventils verwendet werden.
Das Trennventil ist zwischen einem Kraftstofftank und einem Druckausgleichsraum vorge- sehen. Der Druckausgleichraum kann die Umgebung oder eine zum Motor führende Leitung sein, beispielsweise das Ansaugrohr des Motors. Wenn das Tankinnere durch das Trennventil mit einer zum Motor führenden Leitung, beispielsweise das Ansaugrohr, verbunden ist, dann werden die störenden Tankgase zumindest teilweise oder vollständig verbrannt. Ferner kann alternativ oder in Kombination hierzu ein Aktivkohlefilter vorgese- hen sein, das zwischen Trennventil und Tank oder zwischen Trennventil und Druckausgleichraum vorgesehen ist. Vorzugsweise ist das Trennventil zwischen einem Kraftstofftank und einem Aktivkohlefilter vorgesehen, über den der Kraftstofftank mit der Umgebung verbunden ist. Ferner kann der Aktivkohlefilter auf der Frischluftseite, d.h. in einer Verbindung zur Umgebung, positioniert sein, d. h., dass der Kraftstofftank über eine Leitung mit dem Aktivkohlefilter verbunden ist, wobei der Aktivkohlefilter über das Trennventil mit der Umgebung verbunden ist. Es können ein oder mehrere dieser Trennventile in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein, wobei mindestens eines der Trennventile gemäß dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren öffnet bzw. schließt. Erfindungsgemäß wird daher mindestens ein Trennventil derart angesteuert, dass es öffnet, wenn ein Sensor in auto- matischer, d. h. nicht vom Fahrer abhängiger Weise einen Betankungsvorgang erkannt hat.
Als automatische Sensoren zur Erfassung eines Betankungsvorgangs können zahlreiche Sensoren verwendet werden, die zumindest eine physikalische Größe erfassen, die für den Betankungsvorgang selbst kennzeichnend ist, beispielsweise Größen, die direkte Rückschlüsse auf den Tankinhalt zulassen, beispielsweise mittels einem optischen, akustischen oder elektrokapazitiven Signal oder mittels eines Drucksignals. Daher eignen sich als Sensoren Lichtschranken oder Vorrichtungen, die die optische Transmission bzw. Re- flektion erfassen, Ultraschallsensoren, die den Tankinhalt erfassen, kapazitive oder resisti- ve Sensoren, die dielektrische Eigenschaften bzw. den spezifischen Widerstand des Tankinhalts erfassen, Drucksensoren, die über Druckschwankungen bzw. Druckerhöhung eine Volumenzunahme bzw. einen Füllvorgang innerhalb des Tanks erfassen, oder ähnliche Sensoren. Die Sensoren können als zusätzliche Sensoren vorgesehen werden oder kön-
nen in Form bestehender Sensoren vorgesehen werden, deren Signal bereits eine anderen Funktion des Kraftfahrzeugs (beispielsweise Erfassung des Tankfüllstands, Überwachung des Tanks zur Fehlererkennung) zugeordnet ist. Die Erfassung eines Tankvorgangs kann die logische Kombination mehrerer verschiedener Sensorsignale umfassen, die vor- zugsweise von verschiedenartigen Sensoren stammen.
Zur Erfassung derartiger automatischer Sensorsignale wird erfindungsgemäß der Druck, der innerhalb des Tanks herrscht, erfasst, wobei erkannt wurde, dass mit dem Tankvorgang ein geringer Überdruck bzw. geringe Druckschwankungen einhergehen. Der Über- druck entsteht durch den Gasvolumenausgleich, der durch das Befüllen des Tanks hervorgerufen wird, und der an der Tanköffnung, insbesondere durch den Zapfhahn sowie durch weitere Öffnungen des Tanks, einen Strömungswiderstand erfährt, wodurch der nachfließende Kraftstrom zu leichter Gasstauung und somit zum Überdruck innerhalb des Tanks führt. In gleicher Weise wurde erkannt, dass die mit dem Befüllen des Tanks ein- hergehenden Schwapp- und Pumpbewegungen der Flüssigkeit zu Oszillationen des Tankdrucks führen, aus denen wiederum auf einen Tankvorgang geschlossen werden kann. Ferner führt die Fallhöhe des Einfüllstrahls zu Oszillationen auf der Oberfläche des flüssigen Tankinhalts. Aus diesem Grund wird zum einen der Druck in dem Tank selbst betrachtet, oder in Kombination mit der ersten zeitlichen Ableitung des Drucks, die als Maß für die Oszillationen verwendet wird.
Vorzugsweise wird zur Umsetzung der Erfindung ein in dem Tank vorgesehener Drucksensor verwendet, der entweder am Boden befestigt ist oder vorzugsweise an der Decke des Tanks befestigt ist und dementsprechend entweder den Flüssigkeitsdruck am Boden des Tanks oder den Gasdruck bzw. Luftdruck an der Decke des Tanks bzw. in dem Gasraum über der Flüssigkeit erfasst. Insbesondere kann hierzu der Drucksensor verwendet werden, der gleichzeitig aus Diagnosegründen in Drucktanksystemen vorgesehen ist, so dass bereits bestehende Systeme mit keinem zusätzlichen Drucksensor ausgestattet werden müssen. Mit diesem Sensor lassen sich Betankungsvorgänge erfassen, aufgrund de- rer erfindungsgemäß das Trennventil geöffnet wird.
Insbesondere wurde erkannt, dass der Beginn der Betankung mit einem plötzlichen, leichten Druckanstieg einhergeht, so dass insbesondere die Kombination der zeitlichen Ableitung des Drucks und der Druck selbst erfasst wird, insbesondere durch Feststellen, ob ein plötzlicher Anstieg stattgefunden hat, der in einem leichten, im Wesentlichen konstanten Überdruck übergeht. Daher wird vorzugsweise der Druck mit einem Minimalwert verglichen, der über einem Wert liegt, der auch bei Messrauschen, Umgebungsschall, bzw. weiteren Fehlerursachen bei der Druckmessung übertroffen wird, der jedoch kleiner ist als ein
Wert, der sich beim Betanken ergibt, d.h. auch bei Betankungsvorgängen mit langsamer Kraftstoffzufuhr und geringem Strömungswiderstand für den Gasaustausch und somit mit einem geringen Überdruck. Ferner kann der Anstieg, d.h. die erste zeitliche Ableitung des Drucksignals mit einer typischen Druckanstiegsrate verglichen werden, die ebenfalls über einem Schutzabstand liegt. Grundsätzlich wird erfindungsgemäß das Drucksignal hinsichtlich eines geringen, statischen Überdrucks und/oder hinsichtlich einem für einen Betan- kungsstart typischen Druckanstieg untersucht. Hierzu wird das Drucksignal oder die Momentansteigung des Drucksignals, d.h. die erste zeitliche Ableitung, mit einem Minimalwert verglichen. Ferner können auch beide Größen mit einem entsprechenden Minimalwert verglichen werden. Jeder einzelne dieser Vergleiche liefert ein Signal, das angibt, dass eine Betankung stattfindet, wobei jedoch diese Signale auch kombiniert werden können, um die Fehlersicherheit zu erhöhen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst daher, neben der Ansteuerung des Trennven- tils, einen Drucksignaleingang, der mit einem externen Drucksensor, beispielsweise einem bereits zu Diagnosezwecken vorgesehenen Drucksensor eines Tanks zusammenarbeitet, um von diesem ein Drucksignal zu empfangen. Dieses Drucksignal wird entweder selbst und/oder die erste zeitliche Ableitung hiervon mit einem jeweiligen Minimalwert verglichen. Daher umfasst die Vorrichtung vorzugsweise einen Vergleicher, der das Drucksignal, die erste zeitliche Ableitung, oder beides mit einem jeweiligen Minimalwert vergleicht. Als Erfassungssignal, das zur Erfassung des Betankungsvorgangs verwendet wird, dient daher das Drucksignal und/oder die erste zeitliche Ableitung des Drucksignals. Ferner umfasst die Vorrichtung vorzugsweise eine Ableitungsvorrichtung, die die erste zeitliche Ableitung des Drucksignals aus dem Drucksignal erzeugt, insbesondere wenn diese ausgewertet wird. Das entsprechende Erfassungssignal (d.h. das Drucksignal und/oder die erste zeitliche Ableitung des Drucksignals) wird dem Vergleicher zugeführt, der wiederum ein Betan- kungssignal über einen Statusausgang ausgibt. Der Statusausgang wird vorzugsweise von der Vorrichtung und/oder von dem Vergleicher umfasst. Der Minimalwert kann über einen weiteren Minimalwerteingang der Vorrichtung zugeführt werden, oder kann in der Vorrich- tung gespeichert sein. Im allgemeinen kann ein für den Druckverlauf beim Betanken typischer Kurvenverlauf zum Vergleich verwendet werden. Die Verwendung eines Druck- Schwellwerts, d. h. Minimalwerts stellt ein besonders einfach zu prüfendes Kurvenmerkmal dar. Ferner kann die Vorrichtung weitere Berechnungseinheiten umfassen, die aus Hilfs- Eingangssignalen den Minimalwert errechnen. Der Minimalwert kann konstant sein, oder kann im Allgemeinen auch eine Kurvenform darstellen, die typisch für den Druckverlauf oder für den Verlauf der ersten zeitlichen Ableitung des Drucksignals ist, wobei dieser typische Verlauf mit dem tatsächlich erfassten Drucksignalverlauf bzw. Verlauf der ersten zeitlichen Ableitung des erfassten Drucksignals verglichen wird. Der erfindungsgemäß
verglichene Minimalwert kann somit auch Teil eines typischen Kurvenverlaufs oder ein Merkmal bzw. Eigenschaft eines typischen Betankungs- Druckkurvenverlaufs sein. Der Vergleicher kann somit ein einfacher Vergleicher für einen Einzelmomentanwert sein, oder kann im Falle eines zu vergleichenden Kurvenverlaufs auch ein Korrelator bzw. matched- Filter sein, das beim Erkennen der typischen Kurvenform ein Entsprechungssignal bzw. Korrelationssignal ausgibt. Es können ein oder mehrere typische Druckverläufe überprüft werden, wobei typische Druckverläufe umfassen: Druckverlauf bei Tankbeginn, Druckverlauf bei Betankungsende und Druckverläufe durch Schwankungen, die auf Pumpvorgänge und/oder Schwappbewegungen zurückzuführen sind, die typisch für einen stattfindenden Tankvorgang sind.
Die Auswertung des Drucksignal durch einen Vergleicher kann ferner die Überprüfung des Übersteigens eines Maximalwerts umfassen, um so systematische Fehler auszuschließen und falsch gemeldete Betankungsvorgänge zu erkennen. Derartige Maximalwerte können Werte sein, die oberhalb von Druckwerten liegen, welche auch bei hohen Flussraten und hohem Strömungswiderstand an der Tanköffnung nicht erreicht werden.
Ferner kann die erfindungsgemäße Erfassung das Betätigen eines Tankwunschschalters berücksichtigen. Ein derartiger Tankwunschschalter wird vor dem Betanken betätigt und gibt an, dass in dem darauf folgenden Zeitraum der Start eines Tankvorgangs zu erwarten ist. Anstatt das Trennventil sofort beim Betätigen des Tankwunschschalters zu öffnen, wird vorzugsweise das Trennventil erst dann geöffnet, wenn neben dem durch Betätigen des Tankwunschschalters vorgesehenen Entlüftungssignals auch das Vergleichssignal bzw. Status-Signal des Vergleichers vorliegt, demgemäß aufgrund des Drucksignals auch ein Betankungsvorgang stattfindet. Daher umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zwischen dem Statusausgang, der das Betankungssignal ausgibt, aufgrund dessen das Trennventil geschaltet wird, und dem Vergleicher eine Logik, die das von dem Tankwunschschalter abgegebene Entlüftungssignal mit den Ergebnissen des Vergleichers kombiniert. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Zeitschaltung, die ein Aktivsignal für einen Zeitraum ausgibt, der mit der Betätigung des Tankwunschschalters beginnt und nach einer vorbestimmten Zeitdauer endet. Während dieses Zeitraums ist dann die erfindungsgemäße Vorrichtung aktiv und öffnet bei Erkennen des Beginns des Betankungs- vorgangs das Trennventil. Somit wird ausgeschlossen, dass das Trennventil versehentlich geöffnet wird, wenn fälschlicherweise, beispielsweise durch eine starke Druckschwankung oder einen Lesefehler, ein Betankungsvorgang erkannt wird.
Ferner wird vorzugsweise ein zweites Zeitintervall vorgegeben, das mit dem Erfassen eines Betankungsvorgangs beginnt (in dem das Erfassungssignal den mindestens einen
Minimalwert übersteigt), und das einen weiteren Zeitraum andauert, während dem ein Be- tankungssignal ausgegeben wird. Dadurch kann das Trennventil geöffnet bleiben, auch wenn während des Betankungsvorgangs das Erfassungssignal kurzfristig unter den Minimalwert fällt.
Schließlich kann eine Minimalzeitdauer eingeführt werden, für die das Erfassungssignal durchgehend über dem Minimalwert liegt, um kurzfristige Druckspitzen, die keinem tatsächlichen Betankungsvorgang entsprechen, herauszufiltern, um das Betankungssignal erst dann abzugeben, wenn gesichert ist, dass das Erfassungssignal bereits für die mini- male Zeitdauer über dem Minimalwert liegt. Die Minimalzeitdauer entspricht dem Mechanismus des Kontaktentprellens, wie es von Tastern bekannt ist.
Neben der zeitlichen Filterung bzw. den zeitlichen Schutzintervallen können auch Schutzabstände für Druckwerte eingeführt werden, die zwischen einem Normwert und einem Schwellwert liegen. Beispiele für den Normwert sind der Minimalwert, auf dem der Vergleich fußt, wobei der Minimalwert beim Drucksignal einem Minimaldruck entspricht und bei der ersten zeitlichen Ableitung des Drucksignals einer Druckverringerungsrate von ca. 0 entspricht. Wie bereits bemerkt, wird zum Vermeiden von falschen Betankungssignalen ein Schutzabstand gewählt, so dass auch Rauschen oder kleine Störungen bei der Mes- sung des Drucks oder weitere Störungen toleriert werden, ohne fälschlicherweise ein Betankungssignal auszugeben. Der tatsächlich zum Vergleich herangezogene Schwellwert liegt daher vorzugsweise zwischen einem Wert gleich Normzustand + Schutzabstand, der eine Rauschen bzw. fehlerbedingte falsche Erfassung eines Betankungsvorgangs vermeidet, und der Höhe eines Erfassungssignals, wie es bei geringen Anregungen (geringer Strömungswiderstand, geringer Kraftstoffdurchsatz bzw. geringe Oszillationen der Flüssigkeit) auftritt. Der Schutzabstand berechnet sich vorzugsweise aus gegebenen Fehlertoleranzen und Rauschen des Sensors und der Messvorrichtung, an die der Sensor angeschlossen ist, und einem weiteren Zuschlag, der auch weite Schwankungen, beispielsweise durch Körperschall, berücksichtigt. Vorzugsweise wird ein Drucksensor verwendet, der eine entsprechende Auflösung aufweist und der eine geringe Rauschleistung erzeugt. Ferner wird der Drucksensor vorzugsweise mit einer Genauigkeit vorgesehen, die die beschriebene Unterscheidung ermöglicht.
Der Druck wird vorzugsweise von einem Drucksignal wiedergegeben, welches analog ist, zeit- und/oder wertdiskret ist, und eine ausreichende Auflösung bzw. Genauigkeit zur oben beschriebenen Unterscheidung ermöglicht.
Vorzugsweise wird der Druck bzw. das Drucksignal vorgesehen, indem ein bereits an dem Tank befestigter Drucksensor angezapft wird, bzw. durch Abzweigung des Drucksignals bei der Verarbeitung des Drucksignals. Vorzugsweise wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die Vorrichtung in Kombination mit einem Hybridantrieb verwendet. Ferner kann die Erfindung in Kombination mit Antriebssystemen verwendet werden, die Hochaufladung, Entdrosselung (EHVS, EMVS, Valvetronic, Hoch-AGR, Magerbetrieb sowie weitere Verbrauchskonzepte mit kleineren Spülmengen umfassen. Um die geeignete Präzision zu erreichen, können auch bereits vorhandene Drucksensoren ausgetauscht werden, die dann an eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, und gleichzeitig die ursprünglich vorgesehene Funktion ausführen.
Die in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendeten Vorrichtungsmerkmale, d.h. Drucksignaleingang, Vergleicher, Statusausgang, Ableitungsvorrichtung, Eingang für Ent- lüftungssignal und Logik, können mittels diskreter Bauteile, integrierter Bauteile in Analogoder Digitalschaltungstechnik oder in einer Kombination hiervon sowie mittels eines Mikroprozessors, Programmcode und entsprechenden Schnittstellen umgesetzt werden. Die verwendeten Signale sind vorzugsweise Spannungssignale und können ebenfalls digital oder analog sein. Die Vorrichtungsmerkmale können mittels einer Schnittstelle, eines Pro- zessors und mit zugehöriger entsprechender Software umgesetzt werden. An die Schnittstelle kann eine Leistungsendstufe gekoppelt sein, die das Trennventil mit elektrischer Leistung versorgt, wenn es geöffnet sein soll.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein System zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden erfinderischen Konzepts;
Figur 2 den typischen Verlauf eines Drucksignals zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Konzepts und
Figur 3 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der Figur 1 ist ein System dargestellt, das zur Erläuterung des Konzepts dient, das der Erfindung zugrunde liegt. In der Figur 1 ist ein Tank 10 dargestellt, in dem flüssiger Kraft- stoff 20 sowie ein darüber liegendes Gasgemisch 30 (Luft/Kraftstoffdämpfe) vorgesehen sind. Durch die nicht maßstäblich und nur skizzenhaft dargestellte Öffnung 40 wird durch einen Einfüllstutzen oder Füllstutzen 50 Kraftstoff in das Innere des Tanks 10 mit einer ersten Strömung A eingebracht. Um das zugeführte Volumen auszugleichen, ergibt sich eine Gasausgleichsströmung B, die einen Strömungswiderstand durch die Öffnung 40 und den Füllstutzen 50 erfährt, der die für die Strömung B notwendige Öffnung verringert. Es ist ersichtlich, dass sich im Inneren des Tanks 10, insbesondere innerhalb des Gasgemischs, durch den Strömungswiderstand der Strömung B ein leichter Überdruck aufbaut. Mit anderen Worten ergibt sich ein Ungleichgewicht zwischen den Strömungen A und B, deren Stärke von der Mengenflussrate bzw. Volumenflussrate der Strömung A und dem Strömungswiderstand für die Strömung B ergibt. Ferner führt die Oberfläche des Kraftstoffs 20 Bewegungen aus, die durch den Kraftstofffluss durch Strom A erzeugt werden.
An der Decke des Tanks 10 ist ein Drucksensor 60 angeordnet, der den Druck des Gasvolumens 30 aufnimmt. Der Drucksensor wandelt den Druck in ein Drucksignal um, das ausgewertet werden kann. Das Innere des Tanks 10 ist ferner mit einem Trennventil 70 verbunden, das das Innere des Tanks 10 elektrisch steuerbar von einem Aktivkohlefilter 80 trennt, der das Trennventil 70 wiederum mit der Umgebung 90 verbindet. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Druck über den Sensor 60 erfasst, mit einer erfindungsgemäßen Schaltung ausgewertet, die wiederum das Trennventil 70 ent- sprechend ansteuert. Das Trennventil 70 weist daher vorzugsweise einen elektrischen Steuereingang auf, über den der Öffnungszustand des Trennventils 70 eingestellt werden kann. Das Trennventil 70 ist vorzugsweise ohne Ansteuerung geschlossen und öffnet sich, wenn ein entsprechender Strom anliegt, beispielsweise an einer Aktuatorspule, die das mechanische Öffnen hervorruft.
Die Figur 2 zeigt den Verlauf eines Drucksignals, wie er durch den Drucksensor 60 von Figur 1 erfasst werden kann. Zwischen den Zeitpunkten 0 und ti herrscht Überdruck in dem Tank, der durch Öffnen des Trennventils abgebaut werden kann. Zum Zeitpunkt ti wird das Trennventil oder ein anderes Ausgleichsventil bzw. Ausgleichsöffnung geöffnet, um den Druck vom Überdruck p2 auf 0 auszugleichen. Beispielsweise wird zum Zeitpunkt X2 die Tanköffnung geöffnet, um einen Tankstutzen einzuführen. Zwischen dem Zeitpunkt X2 und t3 findet keine Betankung statt. Jedoch kann zu einem Zeitpunkt zwischen X2 und t3, beispielsweise zum Zeitpunkt X2, vom Benutzer des Fahrzeugs, zu dem der Tank gehört,
bereits ein Tankwunschschalter bedient werden, der gemäß dem Stand der Technik sofort das Trennventil öffnen würde und in geöffnetem Zustand halten würde. Die Öffnung ist jedoch nur notwendig, wenn der Betankungszustand tatsächlich stattfindet, so dass die elektrische Leistung, die zum Öffnen des Tanks zwischen den Zeitpunkten X2 und X3 ver- wendet wird, ohne weiteren Nutzen das Bordnetz belastet.
Gemäß der Erfindung erfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zwischen dem Zeitpunkt X2 und X3, dass kein Betankungsvorgang stattfindet und somit das Trennventil geschlossen bleiben kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der starke Druckabfall zwischen p2 und 0 erfasst, der sich durch einen einmaligen Volumenausgleich ergibt, wobei die Erfassung dieses Ausgleichs als Voraussetzung zur späteren Öffnung des Trennventils genommen wird. Mit anderen Worten gibt die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kein Betankungssignal aus, wenn kein derartiger Druckabfall zwischen ti und X2 erfasst wurde. Alternativ kann auch der hohe Druckwert p2 erfasst werden und mit einem später erfassten Druckwert verglichen werden, beispielsweise ein Druckwert, der in dem Zeitraum t2-t3 erfasst wird, um somit den Druckabfall zwischen ti und t2 zu erkennen. Die Erkennung des Druckabfalls von p2 auf 0 kann an die Stelle des Entlüftungssignals treten, das sich durch die Betätigung eines Tankwunschschalters ergibt, oder kann mit dieser logisch kombiniert werden, beispielsweise durch eine logische UND- Verknüpfung oder eine logische ODER-Verknüpfung. Ferner können Schutzzeitintervalle vorgesehen werden, wie sie oben in Verbindung mit dem Erfassungssignal beschrieben sind.
Zum Zeitpunkt X3 beginnt der Betankungsvorgang, so dass das Einfüllen des Kraftstoffs (vergleiche Figur 1 Strömung A) zu einem sich vergrößernden Flüssigkeitsvolumen im Tank führt. Zum Druckausgleich ergibt sich daher eine Gasströmung aus dem Tankinneren heraus (vergleiche Figur 1, Strömung B), die durch verschiedene geometrische Fakto- ren, beispielsweise die Tanköffnung, Tankstutzen usw., beschränkt wird. Da das Aus- gleichs-Gasvolumen nicht vollständig ungehindert austreten kann, ergibt sich ein leichter Überdruck, der sich in dem Zeitraum zwischen X3 und ti als Überdruck zwischen p0 und pi manifestiert. p0 entspricht einem Druck, der auch bei geringem Kraftstoffzufluss und geringem Strömungswiderstand der Strömung B auftritt, und bildet einen Mindest-Schwellwert. Der Druckwert pi entspricht einem Schwellwert, der auch bei starkem Kraftstoffzufluss, d.h. bei einer hohen Volumendurchflussrate des Kraftstoffs und bei starkem Widerstand der Strömung B nicht erreicht wird. Das Überschreiten des Werts pi kann daher als Auftreten eines Erfassungsfehlers interpretiert werden, so dass das Übertreten des Schwellwerts pi
dazu führt, dass kein Betankungssignal ausgegeben wird, obwohl der Wert ebenfalls über Po liegt. Ferner kann zusätzlich ein Fehlersignal ausgegeben werden.
Erfindungsgemäß wird ferner die erste zeitliche Ableitung des Drucksignals untersucht, die zwischen dem Zeitpunkt t3 und tι aufgrund von Druckverschwankungen nicht konstant ist. Vorzugsweise wird der Betrag der ersten Ableitung verwendet, um auch negative Drucksteigungen mit einem Minimalwert vergleichen zu können. Gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung wird die erste zeitliche Ableitung des Drucksignals hierzu quadriert. Die so erhaltene Streuung des Drucksignals spiegelt Schwingungen der Wasseroberflä- che, Strömungen und Turbulenzen durch Strömung A sowie Strömungen und Turbulenzen der Strömungen B wider, die direkt mit dem Betankungsvorgang verknüpft sind. Daher lässt sich ebenfalls aus der ersten zeitlichen Ableitung des Drucksignals auf das Vorliegen eines Betankungsvorgangs schließen. Ferner kann auch die erste zeitliche Ableitung des Drucksignals mit dem Drucksignal kombiniert werden, die jeweils mit einem jeweiligen Minimalwert verglichen werden. Als logische Kombination kann eine UND-Verknüpfung oder eine ODER-Verknüpfung verwendet werden. Neben dem direkten Vergleich des Drucksignals und der Ableitung des Drucksignals kann auch eine bestimmte Kurvenform des Verlaufs des Drucksignals betrachtet werden, beispielsweise der Anstieg des Drucks kurz nach dem Zeitpunkt t3 auf einen speziellen Wert. Daher kann im Allgemeinen erfin- dungsgemäß auch das erfasste Drucksignal hinsichtlich des Auftretens einer speziellen Flankenform untersucht werden, die durch die Steigung und Höhe definiert ist. Sowohl Steigung als auch Höhe sind spezifisch für einen Betankungsvorgang und von anderen Ursachen zu unterscheiden. In gleicher Weise kann auch die Flanke untersucht werden, die sich kurz vor dem Zeitpunkt tι durch Abschalten des Betankungsstroms ergibt. Darüber hinaus können erfindungsgemäß, neben der ersten zeitlichen Ableitung des Drucksignals, auch Frequenzanalysen des Drucksignals vorgenommen werden, beispielsweise mittels einer FFT-Analyse, da der Wechselanteil der Druckschwankung zwischen Zeitpunkt t3 und tι spezifisch für den in den Tank fließenden Kraftstoff und die damit verbundenen Druckvariationen ist. Insbesondere mit einer Frequenztransformation lassen sich die Druckände- rungen, die sich durch das Betanken ergeben, von anderen Druckschwankungen unterscheiden. Die erste Ableitung des Drucksignals kann erfindungsgemäß mit einem Hoch- pass, beispielsweise ein Hochpass erster Ordnung (beispielsweise ein LR- oder RC- Netzwerk) auf analoge Weise oder mittels eines digitalen Differentiators gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ergibt sich nach dem Zeitpunkt t3 ein Schutzintervall, so dass das Betankungssignal ab dem Zeitpunkt % während des Schutzintervalls aufgegeben wird, auch wenn das Erfassungssignal nach dem Zeitpunkt t3 während des Schutzintervalls unter den jeweiligen Minimalwert fällt. In gleicher Weise kann sich ein
Schutzintervall an den Zeitpunkt tι anschließen, so dass trotz eines Erfassungssignals unterhalb des Minimalwerts für das Schutzintervall ein Betankungssignal ausgegeben wird, um kurzfristige Unterschreitungen oder kurz darauf folgende Tankvorgänge nicht zu beeinträchtigen. Das Drucksignal sowie dessen zeitliche Ableitung kann ferner gemittelt werden oder über ein laufendes Zeitfenster, während dem der Maximalwert innerhalb des Zeitfensters als Erfassungssignal gilt, geglättet werden. Hierdurch werden kurzfristige Tankunterbrechungen aufgefangen, wodurch ein zusätzlicher Aus/Ein-Schaltvorgang des Trennventils vermieden wird. Ferner kann das Drucksignal und die erste zeitliche Ableitung des Drucksignals nicht nur logisch, sondern auch arithmetisch verknüpft werden, beispielswei- se über eine gewichtete Addition.
Die Figur 3 zeigt einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst einen Drucksignaleingang 100, der eingerichtet ist, ein Drucksignal S zu empfangen. Das Drucksignal S kann von einem Drucksensor (gestrichelt dargestellt) stammen, oder kann von einer Druckauswertevorrichtung, wie sie beispielsweise für Diagnosezwecke verwendet wird, abgezweigt werden. Ferner kann S von einer Anzapfung einer Drucksignalleitung stammen. Die Vorrichtung von Figur 3 umfasst ferner einen Vergleicher 110, der ein Drucksignal mit einem Minimalwert vergleicht. In der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung wird vom Vergleicher 110 ein zweiteiliges Erfassungssignal ausgewertet, das dem Drucksignal S sowie seiner Ableitung S' entspricht. Der Vergleicher umfasst daher jeweils einen Eingang für ein Drucksignal S und für dessen zeitliche Ableitung S'. Der Vergleicher erhält ferner einen ersten Minimalwert M sowie einen zweiten Minimalwert M', wobei der Vergleicher eingerichtet ist, das Drucksignal S mit dem Wert M zu vergleichen und das abgeleitete Drucksignal S' mit dem Minimalwert M' zu vergleichen. Folglich umfasst der Vergleicher 110 zwei weitere Eingänge, jeweils einen für M und für M'. In einer nicht dargestellten Ausführung sind die Minimalwerte in dem Vergleicher 110 selbst vorgesehen. Der Vergleicher 110 gibt in einer ersten Stufe 115 zunächst zwei Vergleichsergebnisse über zwei Vergleichsausgänge aus, die von einer Auswerteschaltung 120 ausgewertet werden. Die Auswerteschaltung 120 verknüpft die beiden Vergleichsergebnisse zu einem Betankungssignal, das an einem Betankungssignalausgang 130 ausgegeben wird. Anstatt einer UND-Verknüpfung der Vergleichsergebnisse 120 kann auch, wie oben bemerkt, eine arithmetische Verknüpfung gewählt werden. Das ausgegebene Betankungssignal ist binär und wird an eine dem Vergleicher nachgeschaltete Logik 140 weitergeleitet. Die Logik 140 verarbeitet ferner ein Entlüftungssignal E, das über einen Entlüftungssignal- Eingang 150 eingegeben wird. Der Entlüftungssignal- Eingang ist vorzugsweise mit einem Tankwunschschalter oder mit einem Tankwunschtaster verbunden, der ein Entlüftungssignal erzeugt. Die Logik gibt das Betankungssignal, das am Eingang 130 anliegt, vorzugsweise nur dann weiter, wenn ferner ein Erfassungssignal E an der Logik anliegt. Zudem kann die Logik
140 Zeitschalter umfassen, die das Betankungssignal am Ausgang 130 und/oder das Entlüftungssignal zeitlich filtern, um so entsprechende Schutzintervalle vorzusehen. Die Logik umfasst ferner einen Ausgang 160, über den ein Steuersignal ausgegeben wird, wobei das Trennventil mit dem Ausgang 160 verbunden ist und von dem Steuersignal angesteuert wird. Das Trennventil ist vorzugsweise als Öffner ausgeführt, so dass für einen geöffneten Schaltzustand das Trennventil kontinuierlich mit Strom versorgt wird. An dem Steuerausgang der Logik 140 ist ein Trennventil angeschlossen, wie es mit dem Bezugszeichen 70 in der Figur 1 dargestellt ist. Das Trennventil 170 (gestrichelt dargestellt) öffnet gemäß dem Steuersignal der Logik 140 die Leitung zwischen dem Aktivkohlefilter 80, der in die Umgebung führt, und dem Tankinneren.
Zwischen dem Drucksensor (gestrichelt dargestellt) und dem Drucksignaleingang 100 kann eine Analog/Digital- Konverterschaltung vorgesehen sein, wobei in diesem Fall der Vergleicher 115 keine analogen Signale, sondern digitale Signale vergleicht. Der Verglei- eher 110, dessen Komponenten sowie die Logik 140 kann als Mikroprozessor vorgesehen sein, wobei ein zwischen dem Drucksensor 180 und dem Drucksignaleingang 100 vorgesehener Analog/Digital-Wandler in dem gleichen Prozessor vorgesehen sein kann. Ferner können die in Figur 3 dargestellten Elemente als Software/Hardware- Kombination mit einem entsprechenden Prozessor umgesetzt werden, auf den die Software abläuft, wobei die Software das Verfahren bzw. die Vorrichtung realisiert und der Prozessor ferner Eingänge, Ausgänge bzw. Schnittstellen umfasst, die die Eingänge bzw. Ausgänge der Schaltung von Figur 3 vorsehen. Zur Ansteuerung des Trennventils kann eine Leistungsendstufe vorgesehen werden, die mittels Software oder Logiksignal angesteuert wird.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen eines Betan- kungsvorgangs vorgesehen, die einen Drucksignaleingang 100, der eingerichtet ist, ein Drucksignal zu empfangen, das den Druck in einem Tank wiedergibt; einen Vergleicher 110, der eingerichtet ist, ein Erfassungssignal mit mindestens einem Minimalwert M zu vergleichen; und einen Statusausgang 130 umfasst, der mit dem Vergleicher 110 ver- bunden und eingerichtet ist, ein Betankungssignal auszugeben, wenn das empfangene Erfassungssignal über dem Minimalwert M liegt, wobei das Betankungssignal angibt, dass der Betankungsvorgang stattfindet, und das Erfassungssignal dem Drucksignal S und/oder der ersten zeitlichen Ableitung des Drucksignals S' entspricht. Ferner wird vorzugsweise eine derartige Vorrichtung mit einer Ableitungsvorrichtung 105 vorgesehen, die eingerich- tet ist, die erste zeitliche Ableitung des Drucksignals S' ausgehend von dem Drucksignal S vorzusehen, wobei die Ableitungsvorrichtung mit dem Vergleicher 110 verbunden ist, um diesen mit der ersten zeitlichen Ableitung des Drucksignals S' zu versorgen, und die Ableitungsvorrichtung mit dem Drucksignaleingang 100 verbunden ist, um von diesem mit dem
Drucksignal S versorgt zu werden. Hierbei entspricht vorzugsweise der Minimalwert M, der vorgesehen ist, mit dem Drucksignal verglichen zu werden, einem Minimaldruck, der um einen Schutzabstand über dem Normaldruck liegt, jedoch kleiner als ein Druck p0 ist, der sich durch Befüllen des Tanks mit Flüssigkeit und durch Entlüftungs-Volumenausgleiche in dem Tank minimal ergibt, und/oder wobei ein weiterer der Minimalwerte, der vorgesehen ist, mit der zeitlichen Ableitung des Drucksignals verglichen zu werden, einer Minimaldruckschwankung entspricht, die um einen Schutzabstand über Null liegt, jedoch kleiner als eine Druckschwankung ist, die sich beim Befüllen des Tanks oder beim Beginn des Befüllens des Tanks minimal ergibt.
Diese Ausführung der Erfindung umfasst ferner vorzugsweise einen Entlüftungssignal- Eingang 150 für ein Entlüftungssignal, das den vollzogenen Druckausgleich zwischen Tank und Umgebung angibt, wobei die Vorrichtung ferner eine zwischen dem Vergleicher und dem Statusausgang vorgesehene Logik 140 umfasst, die das Betankungssignal nur dann ausgibt, wenn das empfangene Erfassungssignal über dem Minimalwert liegt und das Entlüftungssignal vorliegt.
Gemäß einer Realisierung der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung eines Betankungsvorgangs eines Tanks die Schritte: Erfassen eines Drucks p, der in dem Tank herrscht, Vergleichen eines Erfassungssignals S, S' mit mindestens einem Minimalwert, wobei das Erfassungssignal dem erfassten Druck und/oder der ersten zeitlichen Ableitung des erfassten Drucks entspricht; und Ausgeben eines Betankungssig- nals, wenn das Erfassungssignal über dem Minimalwert liegt, wobei das Betankungssignal angibt, dass der Betankungsvorgang stattfindet.
In einer Ausführung des Verfahrens entspricht der Minimalwert p0, mit dem das Erfassungssignal verglichen wird, einem Minimaldruck, der um einen Schutzabstand über dem Normaldruck liegt, jedoch kleiner als ein Druck ist, der sich durch Befüllen des Tanks mit Flüssigkeit und durch Entlüftungs-Volumenausgleiche in dem Tank minimal ergibt, und/oder wobei ein weiterer der Minimalwerte, der mit der zeitlichen Ableitung des Drucksignals verglichen wird, einer Minimaldruckschwankung entspricht, die um einen Schutzabstand über Null liegt, jedoch kleiner als eine Druckschwankung ist, die sich beim Befüllen des Tanks oder beim Beginn des Befüllens des Tanks minimal ergibt.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren das Erfassen eines Entlüftungssignals umfassen, welches den vollzogenen Druckausgleich zwischen Tank und Umgebung angibt, wobei das Betankungssignal nur dann ausgegeben wird, wenn das empfangene Erfassungssignal über dem Minimalwert p0 liegt und das Entlüftungssignal vorliegt.
Das erfindungsgemäße Konzept wird vorzugsweise realisiert durch Verwenden eines Tankdrucksensors zur Erfassung eines Betankungsvorgangs durch die Ansteuerung eines Trennventils bei Erfassung des Betankungsvorgangs.
Claims
1. Steuerung für ein Trennventil (170), das zur Steuerung des Drucks in einem Tank vorgesehen ist, mit einem Steuerausgang, der mit dem Trennventil (170) verbindbar ist, und der eingerichtet ist, ein Öffnungssignal (160) auszugeben, mit dem der Öffnungszustand des Trennventils gesteuert werden kann, wobei die Steuerung eine Einrichtung zum Erkennen eines Betankungsvorgangs umfasst, und die Steuerung eingerichtet ist, das Öffnungssignal auszugeben, wenn die Erfassungseinrichtung ein Betankungssignal ausgibt, und wobei der Tank über das Trennventil (170) mit einem Druckausgleichraum verbunden ist.
2. Steuerung nach Anspruch 1, wobei das Trennventil zwischen dem Tank und einem Aktivkohlefilter oder zwischen dem Aktivkohlefilter und einem Druckausgleichraum angeordnet ist.
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erfassungseinrichtung einen Eingang für Sensorsignale umfasst, wobei die Sensorsignale mindest einen Druckwert wiedergeben, der im Tank herrscht, die Erfassungseinrichtung einen Vergleicher (110) umfasst, der eingerichtet ist, den Druckwert mit einem Schwellwert zu vergleichen und die Erfassungseinrichtung eingerichtet ist, bei der Erfassung eines Druckwerts, der über dem Schwellwert liegt, ein Betankungssignal auszugeben.
4. Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Steuerung ferner eine Logik (140) umfasst, die ein Entlüftungssignal oder ein Tankwunschsignal, das durch Betätigen eines Schalters oder Tasters erzeugt wird, mit dem Betankungssignal logisch ver- knüpft, und das Öffnungssignal als Ergebnis der logischen Verknüpfung ausgibt.
5. Steuerverfahren zum Steuern des Öffnungszustands eines Trennventils, wobei das Steuerverfahren ein Erfassen eines vorliegenden Betankungsvorgangs umfasst, wobei das Trennventil den Druck in einem Tank steuert, und das Trennventil ge- öffnet wird, wenn ein Betankungsvorgang erkannt wurde, und wobei der Tank über das Trennventil (170) mit einem Druckausgleichraum verbunden ist.
6. Steuerverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennventil zwischen dem Tank und einem Aktivkohlefilter oder zwischen dem Aktivkohlefilter und einem Druckausgleichraum angeordnet ist.
7. Steuerverfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das automatische Erfassen das Auswerten eines Drucksignals umfasst, das den Druck im Tankvolumen wiedergibt, und das Auswerten ein Vergleichen des Drucksignals und/oder der ersten zeitlichen Ableitung des Drucksignals mit einem Schwellwert umfasst.
8. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 4 - 7, wobei das Steuerverfahren ferner ein Entlüftungssignal oder ein Tankwunschsignal, das durch Betätigen eines Schalters oder Tasters erzeugt wird, mit dem Betankungssignal logisch verknüpft, und das Öffnungssignal als Ergebnis der logischen Verknüpfung ausgibt.
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