CZ20003508A3 - Řídicí a kontrolní systém nádrľe na kapalné palivo v podobě zkapalněného plynu - Google Patents

Description

Oblastí techniky tohoto vynálezu jsou palivové nádrže automobilů poháněných motorem na kapalný plyn (LPG) nebo na každé jiné současné či budoucí tekuté palivo.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že nádrže určené pro tento druh paliva obsahují kapalnou a plynnou fázi, což vyžaduje přítomnost prostředků kontrolujících plnění, případně přeplnění, tlak plynu a vzdálenost, kterou může vozidlo ujet bez nového přísunu paliva (vytrvalost vozidla). Nejdříve se vyráběly dostatečně odolné nádrže na LPG se silnými stěnami, při jejichž plnění se prováděla krátká kontrola natankovaného objemu. Tyto nádrže však nebyly vůbec spolehlivé jednak z hlediska určení množství natankovaného paliva, a jednak z hlediska bezpečnosti v případě přetlaku.

Jako názorný příklad můžeme uvést patenty DE- OS-2165880 a GBA-2089014 popisující nádrže v podobě domácích tlakových lahví s plynem.

Tyto nádrže byly vylepšeny tím, že se do nich zabudovaly bezpečnostní ventily uvolňujcící určité množství plynu při dosažení kritické hladiny tlaku. Tyto ventily však stále nezaručovaly svou bezpečnostní funkci v případě prudkého přetlaku způsobeného místním

-2ohřevem nádrže nebo požárem vozidla. Uspokojující řešení týkající se problému měření stavu zásoby paliva ( a tudíž i vzdálenosti, kterou může vozidlo ujet bez nového natankování) nebylo uživatelům nikdy předloženo, byť jsou známy nesporné výhody tohoto druhu paliva.

V patentu WO-97/27105 byly rovněž navrženy nádrže na LPG podobající se klasickým benzinovým nádržím. Taková nádrž se skládá z několika různých součástí a vyžaduje zabudování vnitřní zápustky Zápustka se připevní ke stěnám nádrže a tvoří ji vzájemně propletené destičky, čímž mechanická odolnost nádrže odpovídá předepsaným normám.

Předmět vynálezu

Vynález se snaží zlepšit mechanickou trvanlivost kovových nádrží, ale také nádrží z jiných materiálů. Neexistuje žádná praktická studie s celkovým popisem funkce těchto nádrží, podle které bychom je mohli lépe prozkoumat před jejich montáží do vozidel. Přihlašovatel se však zasloužil oto, že vynález bere do úvahy celkový princip činnosti nádrže, která dodává kapalné palivo (LPG) motoru vozidla provádějícímu energetickou přeměnu.

Cílem tohoto vynálezu je znovu uvážit celkový způsob skladování paliva u vozidel vybavených nádrží s kapalným palivem, které je vystaveno slabému tlaku (LPG). Snahou vynálezu je zajištění nejen bezpečnější funkce nádrže, ale také usnadnění odhalení každé poruchy provozu, usnadnění pravidelných kontrol a nezbytných oprav.

-3« · <· « I

Proto se vynález zabývá systémem, řídícím a kontrolujícím stav nádrže pro automobil na kapalný plyn pod tlakem (LPG). Nádrž je vymezena prostorem vybaveným plnicím prostředkem, prostředkem na čerpání paliva, bezpečnostním systémem a vyznačuje se tím, že obsahuje:

- vnitřní plnicí modul zahrnující navíc plnicí prostředek vybavený hlavním zařízením pro přerušení plnění a vedlejším zařízením pro přerušení plnění,

- vnitřní nebo vnější měřicí modul, kteiý měří stav zásoby kapalného paliva nebo pohonné hmoty v nádrži, a kteiý přenáší řidiči vozu s tím související informace o vzdálenosti, kterou může ještě ujet bez nového doplnění paliva,

- vnitřní čerpací modul zahrnující čerpadlo, první filtrační prostředek a prostředek zamezující překročení dané míry, který je schopen udržovat požadovanou hodnotu tlaku v palivovém okruhu motoru vozidla,

- alespoň jeden bezpečnostní modul schopný zamezit přetlaku v nádrži,

- alespoň jeden styčný a spojovací modul, schopný propojit předem zmíněné moduly mezi sebou, a také zajišťující fázové propojení mezi vnějškem a vnitřkem nádrže pod tlakem a začleňující filtrační systém,

-vnější elektronický modul kontrolující a řídící různé moduly.

V jedné obměně provedení vynálezu jsou použity mechanické prostředky přerušující plnění, a to buď s ventily nebo plovákem.

V jiné obměně provedení je vedlejší přerušovací prostředek plnícího modulu uveden do chodu selháním hlavního plnícího prostředku.

Hlavní plnicí prostředek je výhodně vybaven bezpečnostním zařízením vysílajícím zvláštní vibrace, které se mění v průběhu jeho činnosti.

Φ

-4Systém podle vynálezu může obsahovat prostředek přerušující plnicí zařízení a působící v tom případě, když po uplynutí určité časové lhůty od plnění není zachycen práh zvláštní vibrace.

• φ φφφφ

• φ φ « φ φ φ φ φ · · φ φ φ φ φ φ φ φφ

Propojovací modul má tvar destičky, která se připevní k nádrži tak, aby vytvořila fázové rozhraní mezi vnitřkem a vnějškem nádrže.

Destička přijímá všechny spojení modulů mezi nádrží a vozidlem.

Ve zvláštním případě provedení je měřicí modul spojen s přerušovacím prostředkem a je schopen přenášet naměřené údaje na zobrazující zařízení.

Spojovací prostředky jsou výhodně uloženy v nádrži mezi propojujícím modulem a vnitřními moduly.

Bezpečnostní modul obsahuje bezpečnostní ventil se zařízením umožňujícím odstranění plynu v případě prudkého přetlaku nebo požáru.

V ještě jiné pozměněné podobě vynálezu kontrolní elektronický modul obsahuje:

- integrační prostředek A poskytující údaje o okolí vozidla- sklon, teplota,

- prostředek B, kteiý zpracovává signál vysílaný z měřicího modulu a je spojen s prostředkem provádějícím korekci,

- prostředek C řídící elektromagnetická šoupátka,

- prostředek D řídící čerpací prostředek,

- prostředek E měřící tlak v palivovém okruhu vozidla,

- prostředek F upravující hodnotu tlaku v palivovém okruhu vozidla,

-59 4 9 4

4·

- prostředek G řídící uvolnění ventilu bezpečnostního modulu.

Integrační prostředek A výhodně obsahuje prostředky provádějící korekci. Jsou napojeny na měřicí modul a upravují získanou hodnotu v závislosti na tvaru nádrže.

Elektronický kontrolní modul je připevněn buď k nádrži, nebo je umístěn na zvláštním místě vozidla, čímž nejlépe umožňuje zapojit různé nezbytné snímače.

První výhoda systému podle vynálezu spočívá v tom, že je odhalena každá špatná funkce a uživatel je o tom informován.

Další výhodou vynálezu je modularita úkolů, které je nutno splnit, aby nádrž byla správně využita, což usnadňuje zabudování modulů do nádrže jakéhokoliv tvaru.

Snadná výměna poškozených prvků je další výhodou vynálezu.

Další vlastnosti, detaily a výhody vynálezu zřetelněji vyplynou z následujícího popisu a přiložených výkresů, ve kterých:

- obrázek l představuje celkový pohled na nádrž s jejími hlavními prvky,

- obrázky 2A a 2B znázorňují příklady provedení plnicího modulu,

- obrázky 3 A a 3B představují příklad provedení měřícího modulu,

- obrázek 4 představuje příklad provedení čerpacího modulu,

- obrázek 5 představuje příklad provedení bezpečnostního ventilu a obrázek 6 představuje organizační schéma elektronického modulu.

φφ φφ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ · φ φ φ» φφ φ φ φ

-6• φ φφφφ

Jak vyplývá z předchozích údajů, jsou různé funkce řídicího a kontrolního systému skladování paliva organizovány v individuálních modulech, které můžeme jeden od druhého oddělit. Obrázek 1 tak schematicky představuje nádrž 1 vymezenou obvodem 2 a obsahující propojovací destičku 3; elektronický modul 4; soustavu 5 zahrnující plnicí, měřicí a čerpací modul (6, 7, 8); dále pouzdro 9 propojující tři zmíněné moduly s destičku 3 a bezpečnostní modul 10. Elektronický modul 4 přijímá informace z modulů 6, 7 a 8 a po zpracování je přenáší k zobrazujícímu zařízení. Jestliže elektronický modul požaduje zvláštní funkci, může poslat informace i jinému modulu. Destička 3 je samozřejmě upravena tak, aby mohla pojmout sběrné potrubí 12, které je napojeno na vnější plnicí konektor 13 nádrže 1. Pouzdro 9 obsahuje určitý počet kabelů 14,15 a 16, které spojují moduly 6, 7 a 8 s destičkou 3.

Při výhodném sestavení plnicího modulu 6, znázorněného na obrázcích 2A a 2B, je plnicí vedení C umístěno mezi sběrným potrubím 12 a hlavním přerušovacím systémem 18. Tento modul je dodatečně vybaven běžnými zpětnými ventily 17 a / nebo ručně ovládaným izolačním zařízením. To se skládá jednak z bezpečnostního zařízení 18 vysílajícího během uvedení do chodu zvláštní vibrace ( např. zvuky), které jsou zachyceny snímačem 19 kontrolujícím tak jeho činnost, a jednak také z vedlejšího systému přerušujícího plnění 20, spojeného s hlavním přerušovacím systémem 21. Vedlejší systém je mechanického typu ( plovák, popřípadě klapka...). Vedlejší systém 20 je seřízen tak, aby byl spuštěn pouze v případě selhání hlavního přerušovacího systému 21, který je spojen s elektromagnetickým šoupátkem (ventilem) 22. Zachycuje tak poruchu hlavního kontrolního plnicího systému, které řídí toto šoupátko, a informuje o ní uživatele.

·< *··· ·* ·· «·· ··· ·· ··

S pomocí takto sestaveného modulu zjistí uživatel případnou nepravidelnost v činnosti:

- snímač 19 nezachytí zvláštní vibraci vysílanou zároveň ( nebo opožděně o několik sekund) se signálem, který vychází ze snímače 23, a který svědčí o přítomnosti plnicího konektoru 13. Omezí se tak riziko vnějších úniků.

- stále je přítomna zvláštní vibrace nebo hluk nebo signalizace, zatímco elektromagnetické šoupátko 22 vyslalo signál o přerušení. Spustí se výstražný systém a uvede se do chodu vedlejší systém 20 přerušující plnění (popřípadě je vratný) nebo každé jiné přerušovací zařízení, čímž se omezí riziko nebezpečného přeplnění.

Na obrázku 3A je znázorněn měřicí modul 7 skládající se z určitého počtu snímačů (24, 25), které jsou umístěny mezi nádrží 2 a podvozkem vozidla. Těmito snímači mohou být např. extenzometiy vydávající svou deformací elektrický signál, který je potom poslán elektronickému modulu 4. Na obrázku 3B jsou znázorněna zařízení umožňující předávat řidiči údaje o stavu zásoby paliva. Tvoří je první soubor optických vláken 26, tzv. referenčních, jejichž citlivá část je stále ponořena v palivu, a druhý soubor vláken 27, tzv. měřicích, jejichž citlivá část je ponořena v kapalném palivu úměrně k výšce jeho hladiny. Při porovnání hodnot poskytnutých těmito dvěma soubory můžeme zjistit stav naplnění nádrže.

Hlavní funkcí měřicího modulu 7 je :

- stále měřit stav kapaliny nebo množství paliva (je- li to nutné při plnění, při jízdě),

- řídit ( vyžaduje - li to situace a po úpravě elektronickým modulem 4) zařízení 20 přerušující plnění ( vyžaduje- li to situace a po předchozí úpravě elektronickým modulem 4), které je zabudováno do plnicího ·· ·**· modulu 6, a je přítomno v propojovací destičce 3 v základní verzi navrženého systému.

- předávat řidiči vozidla nutné údaje o stavu naplnění nádrže ( mohou být nejdříve zpracovány elektronickým modulem 4, je - li to nutné) a tím i o vzdálenosti, kterou může ještě vozidlo ujet bez nového doplnění paliva.

Tento modul může podle složitosti zmíněné nádrže být:

- bud’ přítomen dvakrát na různých místech nádrže 1 tak, že lze odvodit průměrnou zásobu nebo množství obsaženého paliva,

- nebo spojen s počítačem (nezobrazen), kteiý je schopen podle tvaru nádrže a jejího náklonu podle alespoň 2 os, měřeného zvláštním snímačem, stanovit obsah nebo množství paliva v nádrži.

v

Čerpací modul 8, znázorněný na obrázku 4, může být v hlavní verzi provedení umístěn u plnicího a měřicího modulu 6,7. Tento čerpací modul se skládá z trubice 28 a popřípadě čerpadla 29, které umožňuje udržovat v rozvodném systému (nebo v palivovém okruhu) v případě potřeby minimální tlak nebo přetlak o hodnotě od několika barů do několika desítek barů. Obsahuje také předfiltraění zařízení 30, které může být díky svému tvaru umístěno na nejníže položeném bodě nádrže 1, aniž by se přitom snadno zanesl filtr, a také zařízení 31, pomocí kterého lze využít obsah nádrže na minimální vzdálenost (bez nového naplnění).

Na propojovací destičce 3 jsou v hlavní verzi provedení vynálezu soustředěna veškerá připojení umožňující nepřetržitý provoz plnicích, čerpacích a měřicích zařízení, a popřípadě i bezpečnostních zařízení (tlak / teplota) mezi pláštěm udržovaným pod tlakem a okolním prostředím.

• ·

-9• · ·

9 9

9 9

9 9 9

99

9 9

9 9

9 9

9 9 9

99

Destička 3 obsahuje (pokud se zdá, že je to nutné) kontrolní zařízení těchto zařízení (manuálně ovládané nebo řízené uzávěiy, zpětné klapky, obtokové ventily...) a může také obsahovat kontrolní elektronickou skříňku. Obsahuje také, pokud to je nutné, filtrační zařízení, u kterého lze pravidelně měnit filtr.

Pouzdro 9 použijeme vtom případě, když plnicí, měřicí a čerpací moduly nemohou být přímo sestaveny a / nebo propojeny s destičkou 3.

Destička obsahuje spojovací zařízení 32 provádějící kontrolu měření a ponorného čerpadla 29, jakož i plnicí potrubí C a čerpací potrubí, jejichž kontrolu správné činnosti popřípadě zajišťuje výše zmíněné zařízení ( konečný nástavec plnicího potrubí vysílá vibraci nebo zvuk ) a kontrolní elektronická skříňka ( měří přívodní tlak).

Na obrázku 5 je znázorněn řez modulem 10. Upravené zařízení tohoto modulu zaručuje, že v případě vnitřního přetlaku, kdy tlak překročí danou prahovou hodnotu ( 27.10⁵ Pa dnes pro LPG), dojde k odstranění části plynu. Průtok unikajícího plynu bude dostatečný ktomu, aby se v případě vysoké vnější teploty ( požár vozidla) zamezilo nadměrnému stoupání tlaku.

Vyvinutější verze těchto modulů bude obsahuje jeden nebo více doplňkových zařízení, která umožňují uvést do chodu zmíněné zařízení v případě prudkého požáru.

Tímto dodatečným zařízením může být např. podpěrný držák 40 hlavní pružiny 41 tlačící na ventil vyrobený z materiálu, kteiý je tavitelný při požadované teplotě. V jiné verzi provedení může být tímto zařízením • * • 4 · • ·

-10·· *44· » · ♦

4 4

4 ·

4 « 4

44 dodatečná pružina (neznázoměna) působící v opačném směru než hlavní pružina; tato dodatečná pružina je vyrobena z tzv. materiálu „pamatujícího si tvar“ a působí tak jen při dosažení požadované teploty. Výše zmíněný ventil je začleněn do tělesa 42 připojeného k nádrži a pružina 41 tlačí klapku 44 na nástavec 45 prostřednictvím spoje 46. Uvolnění pružiny 41 je způsobeno roztavením membrány 42 vlivem zvýšené teploty v případě požáru.

Tento modul je umístěn hlavně v té části nádrže, která umožňuje její výjimečné odvětrávání, aniž by však přitom došlo k úniku kapalného paliva. Modul je případně vybaven zařízením splňujícím tuto podmínku dokonce i při převrácení (otočení) vozidla.

V jedné konstrukční variantě vynálezu se umístí první zařízení do výše zmíněné části nádrže, zatímco druhé zařízení, díky kterému může dojít ke stejnému odplynění v případě převrácení (otočení) vozidla nebo jeho kolébání po stranách, se umístí do protilehlé části nádrže.

Ve všech uvedených případech je každé zařízení doplněno součástkou utěsňující odplyňovací otvor pro případ, že bude přítomna kapalina.

Tato zařízení jsou všeobecně vybavena membránou, jejíž otvor je kalibrován na nejnižší vybranou prahovou hodnotu pro ventil, a jejíž přítomnost kontroluje zařízení zabudované do elektronického modulu. Toto zařízení lze snadno identifikovat při pravidelných prohlídkách vozidla.

• ·

-11Na obrázku 6 si můžeme všimnout, že elektronický modul je vybaven :

- podmodulem A obsahujícím zařízení měřící náklon vozidla podle dvou os vůči jeho vodorovné ploše, kteiý stále provádí korekci hodnoty zaznamenané měřicím modulem v závislosti na tvaru nádrže, a tím umožní:

- zobrazit skutečnou vzdálenost na dojetí vozidla při jakékoliv jeho poloze

- přerušit plnění nádrže při dosažení požadované hodnoty při jakékoliv poloze vozidla,

- spustit poplachový systém, jestliže dojde k překročení maximální hladiny nebo pokud při plnění nádrže nedojde k zachycení zvuku, kteiý vydává plnicí zařízení,

- podmodulem B umožňujícím zjistit způsob využití nádrže a spustit plnicí postup (snímač 23 vyšle prezenční signál konektoru), čerpání paliva pomocí čerpadla a regulaci tlaku buď bez čerpadla anebo při zastavení,

-elektronickým zařízenímC umožňujícím zpracovat signál vysílaný z měřicího systému a předávat ho výše zmíněným podmodulům,

- řídicím elektronickým systémem D, kteiý ve všech případech uvádí do chodu napájecí elektromagnetické šoupátko a, pokud to vyžadují okolnosti, také elektromagnetické šoupátko plnicího okruhu v závislosti na údajích přicházejících z podmodulů A nebo B,

- zařízením E měřicím přívodní tlak,

• ·

-12·· • · · · * · » ♦ • · · · • · · · ·· ··

- elektronickým systémem F řídícím obtok (obtokový ventil) v palivovém okruhu, jehož pomocí lze mírně regulovat provozní tlak v palivovém okruhu v případě použití ponorného čerpadla.

- zařízením G měřicím vnitřní teplotu kapalného paliva v nádrži a vnější teplotu a umožňujícím předávat údaje podmodulům A nebo B za účelem zpřesnění měření zbývající vzdálenosti pro dojezd vozidla (vytrvalosti); zařízení G popřípadě uvede do chodu bezpečnostní ventil, jestliže je překročena hodnota teploty ( např. při požáru).

- zařízením H schopným zachytit zvláštní vibrace vysílané plnicím modulem.

Claims (13)

1. Řídicí a kontrolní systém nádrže (1) na kapalné palivo v podobě zkapalněného plynu udržovaného pod tlakem (LPG) pro vozidlo obsahující prostor (2) vybavený plnicím prostředkem (6), prostředkem čerpající palivo (8) a bezpečnostním systémem (10), vyznačující se tím, že obsahuje:

- vnitřní plnicí modul (6) obsahující navíc plnicí prostředek vybavený hlavním prostředkem přerušujícím plnění (20) a vedlejším prostředkem přerušujícím plnění (21),

- vnitřní nebo vnější modul (7), kteiý měří stav zásoby kapalného paliva nebo množství pohonné hmoty v nádrži (1), a který přenáší řidiči vozidla relativní údaje o vzdálenosti, kterou může ujet bez nového načerpání paliva,

- vnitřní čerpací modul (8) zahrnující čerpadlo (29), první filtrační prostředek (30) a zařízení (31), které je schopno udržovat požadovanou hodnotu tlaku v palivovém okruhu motoru vozidla,

- alespoň jeden bezpečnostní modul ( 10), kteiý je schopen zamezit přetlaku v nádrži (1),

- alespoň jeden styčný a spojovací modul (3), schopný propojit předem zmíněné moduly mezi sebou, a kteiý je dále schopný zajistit fázové propojení mezi vnějškem a vnitřkem nádrže pod tlakem a také začlenit filtrační systém,

-vnější elektronický modul (4) kontrolující a řídící různé moduly.

v

2. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředky přerušující plnění ( 20,21) jsou mechanického typu ( s ventily nebo plovákem).

• ·

-14• · *··· ··

3. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vedlejší přerušovací prostředek (20) plnícího moduluje uveden do chodu selháním hlavního plnícího prostředku.

4. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že hlavní plnicí prostředek (6) je výhodně vybaven bezpečnostním zařízením (18) vysílajícím zvláštní vibrace, které se mění v průběhu jeho činnosti.

5. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle nároku 4, vyznačující se tím, že může obsahovat prostředek (22) přerušující plnicí zařízení a působící tehdy, když po uplynutí určité časové lhůty po plnění není zachycen práh zvláštní vibrace.

6. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle jednoho jakéhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že propojovací modul (3) má tvar destičky; tato destička se připevní k nádrži tak, aby vytvořila fázové rozhraní mezi vnějškem a vnitřkem nádrže.

7. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle nároku 6, vyznačující se tím, že destička zajišťuje veškerá propojení modulů mezi nádrží a vozidlem.

8. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle jednoho jakéhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že měřicí modul (7) je spojen s přerušovacím prostředkem, a je schopen přenášet naměřené údaje na zobrazující zařízení.

Φ φ • φ

-15ν

9. Řídicí a kontrolní systém podle jednoho jakéhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že spojovací prostředky (9) jsou uloženy v nádrži mezi propojujícím modulem (3) a vnitřními moduly.

10. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle jednoho jakéhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že bezpečnostní modul (10) obsahuje bezpečnostní ventil se zařízením uvolňujícím tento ventil (42) a umožňujícím tak odstranění plynu při prudkém přetlaku nebo požáru.

11. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle jednoho jakéhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že kontrolní elektronický modul obsahuje:

- integrační prostředek A poskytující údaje o okolí vozidla - sklon, teplota,

- prostředek B, kteiý zpracovává výstupní signál z měřicího modulu a je spojen s prostředkem provádějícím jeho korekci.

- prostředek C řídící elektromagnetická šoupátka,

- prostředek D řídící čerpací zařízení

- prostředek E měřící tlak v palivovém okruhu vozidla,

- prostředek F upravující hodnotu tlaku v palivovém okruhu vozidla,

- prostředek G řídící uvolnění ventilu bezpečnostního modulu.

12. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle nároku 9. vyznačující se tím, že integrační prostředek A obsahuje prostředky provádějící korekci, které jsou napojeny na měřicí modul (7) a upravují tak získanou hodnotu v závislosti na tvaru nádrže.

toto to»·· »· ·· ·· ·· · ·· · · · to · ··· · · ··· «

to

-16*··· to to ·· ·· «· ··· ··· «« toto

13. Řídicí a kontrolní systém nádrže podle nároku 9, vyznačující se tím, že elektronický kontrolní modul (4) je připevněn buď k nádrži, nebo je umístěn na zvláštním místě vozidla, ve kterém je nejlépe zajištěna součinnost různých nezbytných snímačů.