AT408130B - Einspritzsystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für eine mit selbstzündendem Flüssiggas als Kraft- stoff betriebene Brennkraftmaschine mit einer Einspritzeinrichtung pro Zylinder zur direkten Ein- spritzung des Kraftstoffes in den Brennraum, mit einem Kraftstoffbehälter, mit einer Kraftstoffförder- einnchtung zur Entnahme des Kraftstoffes aus dem Kraftstoffbehälter und zur Förderung zur Ein- spritzeinrichtung. 



   Konventionelle Einspritzsysteme sind entweder für die Einspritzung von selbstzündenden oder fremdgezündeten Flüssigkraftstoffen konzipiert. Derartige Kraftstoffe liegen bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur in flüssiger Form vor, weshalb die Speicherung im Tank drucklos erfolgt. Üblicherweise wird dabei der flüssige Kraftstoff gleichzeitig als Schmiermedium für beweg- liche Teile im Einspritzsystem verwendet, weshalb Leckagen und zum Tank zurückführende Leck- ölleitungen vorgesehen sind. 



   Die DE 35 23 855 A1 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem aus Methanol erzeugten Spaltgas und Luft. Die Lagerung von Methanol erfolgt üblicherweise drucklos in herkömmlichen Vorratsbehältern. Das auch als Synthesegas bekannte Spaltgas, welches aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd besteht, wird bei dem zur Einblasung erforderlichen Druck in einen Vergasungsreaktor erzeugt, wobei der Emblasedruck im Bereich von 80 bis 100 bar liegt (siehe Anspruch 4). Das Spaltgas wird dabei entweder durch Funken (Fig. 1 und 2) oder durch einen weiteren zündwilligen Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff (Fig. 3), entzündet. Bei Spalt- gas handelt es sich nicht um ein selbstzündendes Flüssiggas Das Spaltgas wird nicht in den Brennraum direkt eingespritzt sondern unter Hochdruck indirekt in den Brennraum der Brenn- kraftmaschine eingeblasen.

   Ein derartiges Einblasesystem kann nicht zur direkten Einspritzung eines selbstzündenden Flüssiggases für eine mit Flüssiggas betriebene Brennkraftmaschine verwendet werden. 



   Es ist bekannt, als Kraftstoff ein unter Druck gelagertes Flüssiggas zu verwenden. Im russi- schen Abstract SU 1040 206 beschreibt eine gasbetriebene Brennkraftmaschine mit einem Kraft- stofftank für verflüssigtes Gas, nämlich Butan, welches durch ein weiteres, komprimiertes Gas, nämlich Methan, druckbeaufschlagt wird Herkömmliche Flüssiggase wie Propan oder Butan sind fremdgezündete Kraftstoffe, welche gasförmig und mit Luft vorgemischt in den Brennraum einge- bracht werden (Ottomotoren-Kraftstoff) 
Neuentwickelte Flüssiggaskraftstoffe mit hoher Cetanzahl, beispielsweise Dimethylether, wei- sen bei Umgebungstemperatur einen Dampfdruck unter 30 bar auf und konnen als selbstzündende Kraftstoffe eingesetzt werden.

   Aufgrund des im Vergleich zu Dieselkraftstoff hohen Dampfdruckes derartiger Flüssiggase besteht bei deren Verwendung in herkömmlichen Diesel-Einspritzsystemen, insbesondere in Bereichen lokaler Druckabsenkung, erhöhte Kavitationsgefahr, was zu Förder- problemen und zu verstärktem Verschleiss führt. 



   Ausserdem müssen Kraftstoff-Leckagen aus dem System in die Umgebung in jedem Fall unter- bunden werden, weil der Kraftstoff bei Umgebungsbedingungen verdampft und mit Luft entzünd- bare oder explosive Gemische bilden könnte. Das Unterbinden von Leckagen wird dadurch erschwert, dass im System ein hoher Standdruck herrschen muss um den Kraftstoff in flüssigem Zustand zu halten. 



   Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und ein Einspritzsystem für selbst- zündende Flüssiggaskraftstoffe bereitzustellen und dabei die Kavitationsgefahr und den Verschleiss klein zu halten und Leckagen in die Umgebung zu unterbinden. 



   Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass der Kraftstoffbehälter als 
Niederdruckspeicher ausgeführt ist, welcher in an sich bekannter Weise mit einer Druckregeleinheit zur Einstellung eines über dem Dampfdruck des Flüssiggases liegenden konstanten Innendruckes, vorzugsweise von etwa 6 bis 30 bar, verbunden ist, und das Einspritzsystem leckagefrei ausgeführt ist. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Druckregeleinheit eine Gasfördereinnchtung, vorzugsweise für Luft oder Stickstoff aufweist, die über zumindest ein Rückschlagventil mit dem 
Innenraum des Niederdruckspeichers verbunden ist. 



   Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die leckagefreie Fördereinrichtung eine leckagefreie 
Entnahmepumpe und eine leckagefreie Einspritzpumpe aufweist, wobei vorzugsweise die Ein- spritzpumpe fremdölgeschmiert ist Das Fremdöl kann dabei gleichzeitig als Sperrflüssigkeit für das 
Flüssiggas verwendet werden. 



   In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die leckagefreie 

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 Fördereinrichtung eine leckagefreie Hochdruckpumpe aufweist, welche den Flüssiggaskraftstoff aus dem Niederdruckspeicher in einen Hochdruckspeicher fördert, von welchem Hochdrucklei- tungen zu den einzelnen Einspritzeinrichtungen führen, wobei im Strömungsweg zwischen Hoch- druckspeicher und der Düse der Einspritzeinrichtung ein vorzugsweise elektromagnetisch betätig- bares Schaltventil vorgesehen ist. Ein derartiges Einspritzsystem weist Elemente von bekannten Speichereinspritzsystemen auf, unterscheidet sich von diesen allerdings dadurch, dass anstelle eines Tankes ein Niederdruckspeicher vorliegt, in dem der Druck durch eine Druckregeleinheit über dem Dampfdruck gehalten wird.

   Da für Flüssiggas im Hochdruckspeicher nur ein Druck von etwa 200 bar erforderlich ist, also wesentlich geringerer Druck als bei Diesel-Speichereinspritz- systemen, kann auch eine Membranpumpe als Hochdruckpumpe verwendet werden. 



   Ausserdem können die Schaltventile in den Strömungswegen zwischen dem Hochdruckspei- cher und den Düsen aufgrund des niedrigeren Absolutdruckniveaus eine einfachere Bauart aufwei- sen als Schaltventile in Diesel Einspritzsystemen oder überhaupt nach einem anderen Prinzip funktionieren, z. B. Betätigung über einen Schrittmotor. 



   In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Schaltventil in die Ein- spritzeinrichtung integriert ist. 



   Besonders vorteilhaft ist es, wenn das elektromagnetisch ausgeführte Schaltventil direkt die Düsennadel betätigt. Durch den relativ geringen notwendigen Einspritzdruck von etwa 200 bar ist es möglich, die Düsennadel direkt durch einen Elektromagneten zu öffnen. 



   Vorzugsweise wird die Einspritzeinrichtung ohne Leckageölleitungen ausgeführt, d h., dass die Einspritzeinrichtung lediglich eine einzige Anschlussleitung aufweist, deren Durchfluss durch das Steuerventil geregelt ist. Die federbelastete Düsennadel wird direkt durch den Kraftstoffdruck im Ventilraum entgegen der Federkraft gehoben, ähnlich wie bei konventionellen Einspritzeinrich- tungen. 



   Für die Nachrüstung bestehender Motoren mit dem beschriebenen Kraftstoffsystem für Flüssig- gas ist es von Vorteil, die Komponenten-Niederdruckspeicher, Hochdruckpumpe (Membranpumpe) und Hochdruckspeicher als kompakte Einheit auszuführen, welche an den bestehenden Motor angebaut werden kann. 



   Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert 
Es zeigen die Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausführungsvarianten von erfindungsgemässen Einspritzsystemen für selbstzündende Flüssiggaskraftstoffe, Fig. 4 ein Detail einer weiteren Aus- führungsvariante mit einer Einspritzeinrichtung mit einer elektromagnetisch betätigten Düsennadel. 



   Funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. 



   Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Einspritzsystem 1 für Flüssiggasdirekteinspritzung, wobei die Kraftstofffördereinrichtung 2 eine Entnahmepumpe 2a und eine Einspritzpumpe 2b aufweist, welche eine Reiheneinspritzpumpe, eine Verteilereinspritzpumpe, od dgl. sein kann. Der Flüssig- gaskraftstoff wird in einem Niederdruckspeicher 3 gelagert Über eine Druckregeleinheit 4 wird der Druck im Innenraum des Niederdruckspeichers 3 über dem Dampfdruck des Flüssiggases gehal- ten. Der Druck im Niederdruckspeicher beträgt etwa 6 bis 30 bar. Die Druckregeleinheit 4 weist eine Gasfördereinrichtung 5 auf, welche beispielsweise Luft oder Stickstoff über ein Rückschlag- ventil 6 in den Innenraum des Niederdruckspeichers fördert. Ggf. kann auch ein Druckbehälter 7 zwischen Gasfördereinrichtung 5 und Niederdruckspeicher 3 angeordnet sein.

   Wie bei konven- tionellen Einspritzpumpensystemen wird die Einspritzpumpe 2b von der Entnahmepumpe 2a gespeist. Die Einspritzpumpe 2b fördert über Hochdruckleitungen 8 das Flüssiggas zu den ein- zelnen Einspritzeinrichtungen 9. Es ist auch denkbar, die Einspritzpumpe 2b und die Einspritz- einrichtungen 9 zu Pumpe-Düse-Elementen zusammenzufassen. Jede Einspritzeinrichtung 9 besteht aus einer Düse 21 und einem Düsenhalter 22 Ggf. können Leckageleitungen 10 und 11 zum Niederdruckspeicher vorgesehen sein, wobei geachtet werden muss, dass an keiner Stelle des Einspritzsystems 1 insbesondere in den Saugleitungen 12 und den Leckageleitungen 10,11, der Systemdruck unter dem Dampfdruck liegt.

   Es ist unbedingt anzustreben, dass die Aggregate des Einspritzsystems, also die Entnahmepumpe 2a, die Einspritzpumpe 2b und die Einspritzein- richtung 9, frei von Leckagen in die Umgebung ausgeführt sind. Können diese Elemente so konstruiert werden, dass für ihre Funktion kein Niederdruckniveau benötigt wird, entfallen die strichliert angedeuteten Leckageleitungen 10 und 11. Die Einspritzpumpe 2b kann beispielsweise über ein mit Bezugszeichen 13 angedeutetes Fremdölschmiersystem geschmiert werden. Das 

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 Schmieröl dient dabei gleichzeitig als Sperrflüssigkeit für das Flüssiggas. 



   Zum Unterschied zur Fig. 1 sind in den Fig. 2 und 3 Speichereinspritzsysteme dargestellt Dabei wird das Flüssiggas aus dem Niederdruckspeicher 3 durch eine leckagefreie Hochdruck- pumpe 2c einem Hochdruckspeicher 14 zugeführt, der etwa einen Druck von 200 bar aufweisen kann. Aufgrund der Eigenschaften des verwendeten Flüssiggases sind höhere Drücke im allge- meinen nicht erforderlich. Die leckagefrei ausgeführte Membranpumpe 2c kann entweder über Druckbegrenzung oder über den Förderhub geregelt werden. in den vom Hochdruckspeicher 14 zu den Einspritzemrichtungen 9 führenden Hochdruckleitungen 8 sind über eine nicht weiter darge- stellte Steuereinheit betatigte Magnetventile 15 vorgesehen. Wie in Fig. 3 dargestellt, können die Magnetventile 15 auch in die Einspritzeinrichtungen 9 integriert werden. 



   Aufgrund des im Vergleich zu konventionellen Speichereinspritzsystemen für Dieselkraftstoff geringen Einspritzdruckes von etwa 200 bar bei Flüssiggaskraftstoff ist es möglich, die Düsennadel 16 des Einspritzventils 9 direkt durch die Magnetkraft eines Elektromagneten 17 gegen die Kraft einer Feder 18 zu betätigen, da die Feder relativ klein dimensioniert sein kann. Mit 19 ist die Spule des Elektromagneten 17, mit 20 der Kraftstoffanschluss der Einspritzeinrichtung 9 bezeichnet.

   Wird die Düsennadel 16 als Drosselzapfendüse ausgeführt, so ist eine Einspritzverlaufsformung mittels einer variablen Drosselung über dem Nadelhub h möglich 
PATENTANSPRÜCHE : 
1 Einspritzsystem für eine mit selbstzündendem Flüssiggas als Kraftstoff betriebene Brenn- kraftmaschine mit einer Einspritzeinrichtung pro Zylinder zur direkten Einspritzung des 
Kraftstoffes in den Brennraum, mit einem Kraftstoffbehälter, mit einer Kraftstofförderein- richtung zur Entnahme des Kraftstoffes aus dem Kraftstoffbehälter und zur Förderung zur 
Einspntzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffbehälter als Nieder- druckspeicher (3) ausgeführt ist, welcher in an sich bekannter Weise mit einer Druckre- geleinheit (4) zur Einstellung eines über dem Dampfdruck des Flüssiggases liegenden konstanten Innendruckes, vorzugsweise etwa 6 bis 30 bar, verbunden ist,

   und das Ein- spritzsystem (1) leckagefrei gegenüber der Umgebung ausgeführt ist.

Claims (1)

1. 2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregeleinheit (4) eine Gasfördereinrichtung (5), vorzugsweise für Luft oder Stickstoff aufweist, die über zumindest ein Rückschlagventil (6) mit dem Innenraum des Niederdruckspeichers (3) verbunden ist.

   3. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leckagefreie Fördereinrichtung (2) eine leckagefreie Entnahmepumpe (2a) und eine leckagefreie Ein- spritzpumpe (2b) aufweist, wobei vorzugsweise die Einspritzpumpe (2b) fremdolge- schmiert ist 4 Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leckagefreie Fordereinrichtung (2) eine leckagefreie Hochdruckpumpe (2c) aufweist, welche den Flüs- siggaskraftstoff aus dem Niederdruckspeicher (3) in einen Hochdruckspeicher (14) fördert, wobei im Strömungsweg zwischen Hochdruckspeicher (14) und der Düse (21) der Ein- spritzeinrichtung (9) ein vorzugsweise elektromagnetisch betatigbares Schaltventil (15) vorgesehen ist.

   5 Einspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (2c) eine Membranpumpe ist.

   6. Einspritzsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (15) in die Einspritzeinrichtung (9) integriert ist.

   7 Einspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetisch ausgeführte Schaltventil (15) direkt die Düsennadel (16) der Einspritzeinrichtung (9) betä- tigt.

   8 Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (9) leckagefrei ausgeführt ist.

   9. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente Niederdruckspeicher (3), Hochdruckpumpe (2c) und Hochdruckspeicher (14) als <Desc/Clms Page number 4> eine kompakte Einheit ausgeführt sind HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN