DE10123719B4

DE10123719B4 - Verfahren zum Betreiben einer mit Flüssiggas betriebenen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10123719B4
Application number: DE10123719A
Authority: DE
Inventors: Denis Walter Dipl.-Ing. Gill
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: AT6427U1; DE10123719A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer mit Flüssiggas betriebenen Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Kraftstoffversorgungssystem, welches mit einer Pumpeinrichtung mit zumindest einem axialen in einem Pumpzylinder geführten Pumpkolben in Verbindung steht, wobei die Abdichtung des Pumpkolbens gegenüber dem Pumpzylinder über eine Ölsperre erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölversorgungsdruck der Ölsperre ermittelt wird und die Verbindung zwischen Kraftstoffversorgungssystem und Pumpeinrichtung unterbunden wird, solange der Ölversorgungsdruck unter einem vordefinierten Arbeitsöldruck liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mit Flüssiggas betriebenen Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Kraftstoffversorgungssystem, welches mit einer Pumpeinrichtung mit zumindest einem axialen, in einem Pumpzylinder geführten Pumpkolben in Verbindung steht, wobei die Abdichtung des Pumpkolbens gegenüber dem Pumpzylinder über eine Ölsperre erfolgt.

Weiters betrifft die Erfindung ein Einspritzsystem für eine mit Flüssiggas betriebene Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einem Kraftstoffversorgungssystem, in welchem Kraftstoff unter einem Versorgungsdruck gehalten wird, mit zumindest einer einen axialen, in einem Pumpzylinder geführten Pumpkolben aufweisenden Pumpeinrichtung, um Kraftstoff zur Verfügung zu stellen, der unter Einspritzdruck steht, wobei der Pumpzylinder mit dem Kraftstoffversorgungssystem verbunden ist und vom Zylinderraum eine zu zumindest einem Einspritzventil führende Hochdruckleitung ausgeht, und wobei der Pumpzylinder zur Abdichtung eine durch eine Ringnut um den Pumpkolben gebildete Ölsperre aufweist, welche Ringnut über eine Ölversorgungsleitung mit einem Ölversorgungssystem in Verbindung steht.

Beim Pumpen von Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität mit einem axialen Pumpkolben ergibt sich die Schwierigkeit, dass zwischen Pumpkolben und Pumpzylinder mehr oder weniger große Leckagen auftreten. Die Toleranzen des Pumpkolbens und des Pumpzylinders müssen auf die Viskosität der Flüssigkeit abgestimmt werden. Es ist bekannt, zur Verminderung dieser Leckagen einen Leckagerückfluss zum Pumpeneintritt vorzusehen, um somit die Leckflüssigkeit wieder in den Pumpkreislauf einzubeziehen. Weiters ist es bekannt, in extrem schwierigen Fällen eine Ölsperre auf der Niederdruckseite des Leckagerückflusses vorzusehen, um zu verhindern, dass das Pumpmedium zwischen Pumpkolben und Pumpzylinder in die Pumpeinrichtung oder in die Atmosphäre gelangt.

Die oben genannte Problematik tritt insbesondere bei Einspritzsystemen mit Flüssiggas, beispielsweise Dimethylether, betriebene Brennkraftmaschinen auf. Insbesondere beim Start der Brennkraftmaschine kann Flüssiggas austreten, wenn der Öldruck in der Ölsperre einen gewissen Sollwert unterschreitet. Während geringe Leckagen bei Versuchsmotoren noch tolerierbar sind, sind derartige Undichtheiten bei Serienmotoren keinesfalls akzeptabel.

Die DE 196 11 434 A1 offenbart ein Einspritzsystem für eine mit selbstzündendem Flüssiggas als Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine. Um die Sicherheit nach Abstellen des Motors zu erhöhen, ist zumindest ein druckführender Teil des Einspritzsystems über eine Abschalteeinrichtung druckentlastbar, wobei die Abschalteinrichtung zumindest eine über ein Ventil steuerbare, in einen Behälter mit niedrigerem Druckniveau mündende Entlastungsleitung aufweist.

Die DE 40 26 689 A1 beschreibt eine Einspritzpumpe für Treibstoff mit einem Zylinderelement, welches eine Pumpenkammer enthält, die mit einem Einlasskanal und einem Auslasseinspritzkanal für den Treibstoff versehen ist. Innerhalb der Pumpenkammer ist ein hin und her beweglicher Kolben angeordnet, der durch seine Bewegung bewirkt, dass Treibstoff in einem Druckraum der Pumpenkammer auf einen hohen Druck komprimiert wird und über den Einspritzkanal weitergeleitet wird. Die Pumpenkammer und der Kolben bilden eine Zusatzkammer, die die Manteloberfläche des Kolbens umgibt. Die Zusatzkammer ist vom Druckraum getrennt und mit Schmieröl gefüllt. Durch den Kolben wird gleichzeitig der Treibstoff im Druckraum und das Schmieröl in der Zusatzkammer komprimiert, so dass das Schmieröl aufgrund des gesteigerten Druckes die Manteloberfläche des Kolbens gegen die Wand der Pumpenkammer abdichtet und gleichzeitig schmiert, und dadurch verhindert, das Treibstoff entlang der Manteloberfläche des Kolbens in die besagte Zusatzkammer leckt.

Die DE 196 27 757 A1 beschreibt eine Kraftstoffpumpe, bei der zwischen der Wellenlagerung und einem Kraftstoff enthaltenden Kraftstoffraum ein Trennraum vorgesehen ist. Im Trennraum befindet sich Luft als Trennmittel, wobei der Trennraum mit dem Lufteinlass der Brennkraftmaschine verbunden ist. Dadurch wird verhindert, das Kraftstoff in den Bereich der Wellenlagerung und nach außen gelangen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einem Einspritzsystem für mit Flüssiggas betriebene Brennkraftmaschinen Undichtheiten im Bereich der Pumpeinrichtung, insbesondere beim Starten und Abstellen des Motors, zu verhindern.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass der Ölversorgungsdruck der Ölsperre ermittelt wird und die Verbindung zwischen Kraftstoffversorgungssystem und Pumpeinrichtung unterbunden wird, solange der Ölversorgungsdruck unter einem vordefinierten Arbeitsöldruck liegt. Undichtheiten können besonders gut vermieden werden, wenn druckführende Teile der Pumpeinrichtung druckentlastet, vorzugsweise mit einem Leckagetank verbunden werden, solange der Ölversorgungsdruck unter dem vordefinierten Arbeitsöldruck liegt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass beim Starten der Brennkraftmaschine zuerst der Ölversorgungsdruck der Ölsperre aufgebaut wird und erst bei Überschreiten des vordefinierten Arbeitsöldruckes das Kraftstoffversorgungssystem mit der Pumpeinrichtung verbunden und die Druckentlastung von druckführenden Teilen der Pumpeinrichtung aufgehoben wird.

Analog dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine zuerst die Verbindung zwischen Kraftstoffversorgungssystem und Pumpeinrichtung unterbrochen wird, druckführende Teile der Pumpeinrichtung druckentlastet werden und danach die Ölversorgung der Ölsperre abgeschaltet wird.

Eine einfache Realisierbarkeit des Verfahrens ist dadurch gegeben, dass das Einspritzsystem eine über eine Steuereinheit gesteuerte Schalteinheit im Kraftstoffversorgungssystem aufweist, welche die Kraftstoffzufuhr zur Pumpeinrichtung sperrt, solange der Druck im Ölversorgungssystem der Ölsperre unter einem vordefinierten Grenzwert liegt. Gleichzeitig ist vorgesehen, dass druckführende Teile der Pumpeinrichtung durch die Schalteinheit druckentlastbar, vorzugsweise mit einem Leckagetank verbindbar sind, solange der Druck im Ölversorgungssystem der Ölsperre unter einem vordefinierten Arbeitsöldruck liegt.

Die Ölsperre kann entweder mit dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine oder mit einem vom Motor getrennten eigenen Ölversorgungssystem verbunden sein. Letzteres hat den Vorteil, dass der Öldruck für die Ölsperre schon aufgebaut werden kann, bevor das Triebwerk der Brennkraftmaschine zum Starten durchgedreht wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 eine Pumpeinrichtung mit einem axialen Pumpkolben in einem Längsschnitt und
2 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
1 zeigt eine Pumpeinrichtung 1 eines Einspritzsystems für eine flüssiggasbetriebene Brennkraftmaschine, wobei ein Pumpkolben 2 in einen Pumpzylinder 3 geführt ist. Mit 4 ist ein Druckraum bezeichnet. In den Pumpzylinder 3 mündet eine mit dem Kraftstoffversorgungssystem verbundene Kraftstoffleitung 5 ein. Zur Minimierung von Leckagen weist der Pumpzylinder 3 eine Leckageringnut 6 auf, welche mit der eintrittsseitigen Kraftstoffleitung 5 über eine Rückflussleitung 7 verbunden ist.
Bei mit Flüssiggas betriebenen Brennkraftmaschinen reicht die Abdichtung durch die Leckageringnut 6 allerdings nicht aus. Deshalb ist eine zusätzliche Ölsperre 8 vorgesehen, welche aus einer auf der Niederdruckseite der Leckageringnut 6 im Pumpzylinder 3 angeordneten Ringnut 9 besteht, in welche die Ölversorgungsleitung 10a eines Ölversorgungssystems 10 einmündet.
Beim Starten und Abstellen der flüssiggasbetriebenen Brennkraftmaschine ergibt sich allerdings die Problematik, dass das Flüssiggas zwischen Pumpkolben und Pumpzylinder 3 in axialer Richtung austreten kann, solange der Arbeitsöldruck p₀ für die Ölsperre 8 unterschritten wird.
In 2 ist schematisch ein Einspritzsystem 11 für eine flüssiggasbetriebene Brennkraftmaschine dargestellt. Das Einspritzsystem 11 weist ein Kraftstoffversorgungssystem 12 mit einem das Flüssiggas in flüssigem Zustand enthaltenen Speichertank 13 auf, aus welchem eine Versorgungspumpe 14 den beispielsweise unter 5 bis 10 bar stehenden Flüssiggas-Kraftstoff entnimmt und auf einen Versorgungsdruck von beispielsweise 10 bis 15 bar bringt. Das Kraftstoffversorgungssystem 12 ist mit einer Pumpeinrichtung 15 mit axialen Pumpkolben 2 verbunden. Die Pumpeinrichtung 15 kann beispielsweise durch eine Reiheneinspritzpumpe, aber auch durch andere Pumpeinrichtungen mit axialen Pumpkolben 2 gebildet sein. Von der Pumpeinrichtung 15 führen Hochdruckleitungen 16 zu nicht weiter dargestellten Einspritzventilen.
Die Pumpeinrichtung 15 ist mit einer Ölversorgungsleitung 10a für die jeweiligen Ölsperren 8 verbunden.
Das Kraftstoffversorgungssystem 12 weist eine Schalteinheit 17 auf, über welche die Verbindung des Kraftstoffversorgungssystems 12 mit der Pumpeinrichtung 15 unterbrochen oder hergestellt werden kann. Die Schalteinheit 17 steht mit einer Steuereinheit 18 für das Kraftstoffsystem in Verbindung. Die Steuereinheit 18 empfängt einerseits ein Signal 19 über die Stellung des Startschalters bzw. Startschlüssels, andererseits ein Signal p über den Druck in der Ölversorgungs leitung 10a für die Ölsperren 8 der Pumpeinrichtung 15. In Abhängigkeit der Signale 19 und p werden Schaltsignale 20 an die Versorgungspumpe 14, die Schalteinheit 17 oder Hilfsförderpumpen 21 gesendet. Neben der Steuerung der Kraftstoffversorgung zur Pumpeinrichtung 15 kann die Schalteinrichtung 17 auch die Strömungsverbindung von Rückflussleitungen 22 der Pumpeinrichtung 15, 23 der Einspritzventile und 24 des Pumpengehäuses über eine Leckagesammelleitung 25 zum Leckagetank 26 herstellen oder unterbinden. Im Leckagetank 26 wird das Flüssiggas im gasförmigen Zustand beispielsweise unter einen Druck von 1 bis 3 bar gehalten und – in Abhängigkeit der Füllung durch den Verdichter 27 in den Speichertank 13 zurückbefördert. Mit Bezugszeichen 28 ist die Leckagesteuereinheit zur Rückförderung des Flüssiggases in den Speichertank 13 bezeichnet.
Die Verbindung zwischen Kraftstoffversorgungssystem 12 und der Pumpeinrichtung 15 wird durch die Schalteinheit 17 erst dann freigegeben, wenn der Druck p in der Ölversorgungsleitung 10a einen vordefinierten Arbeitsdruck p₀ überschreitet. Die Ölversorgungsleitung 10a kann dabei mit dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden sein. Alternativ dazu kann die Ölversorgungsleitung 10a mit einem vom Motorkreislauf getrennten Ölversorgungssystem in Verbindung stehen. Dies hat den Vorteil, dass der Sperröldruck unabhängig von den Drehbewegungen des Triebwerkes des Motors aufgebaut oder gehalten werden kann. Während der Startphase kann beispielsweise zuerst der Arbeitsöldruck p₀ der Ölsperre 8 aufgebaut werden und erst dann die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zum Anlassen gedreht werden. Dadurch kann der Startvorgang verkürzt und die Startbatterie geschont werden. Beim Abstellen wiederum kann das externe Ölversorgungssystem für die Ölsperre 8 solange in Betrieb bleiben, bis alle druckführenden Leitungen über die Schalteinheit 17 geleert worden sind.
Dadurch kann auf sehr einfache Weise vermieden werden, dass insbesondere beim Starten und Abstellen der Brennkraftmaschine Flüssiggas frei wird.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer mit Flüssiggas betriebenen Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Kraftstoffversorgungssystem, welches mit einer Pumpeinrichtung mit zumindest einem axialen in einem Pumpzylinder geführten Pumpkolben in Verbindung steht, wobei die Abdichtung des Pumpkolbens gegenüber dem Pumpzylinder über eine Ölsperre erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölversorgungsdruck der Ölsperre ermittelt wird und die Verbindung zwischen Kraftstoffversorgungssystem und Pumpeinrichtung unterbunden wird, solange der Ölversorgungsdruck unter einem vordefinierten Arbeitsöldruck liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass druckführende Teile der Pumpeinrichtung druckentlastet, vorzugsweise mit einem Leckagetank verbunden werden, solange der Ölversorgungsdruck unter dem vordefinierten Arbeitsöldruck liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Starten der Brennkraftmaschine zuerst der Ölversorgungsdruck der Ölsperre aufgebaut wird und erst bei Überschreiten des vordefinierten Arbeitsöldruckes das Kraftstoffversorgungssystem mit der Pumpeinrichtung verbunden und die Druckentlastung von druckführenden Teilen der Pumpeinrichtung aufgehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine zuerst die Verbindung zwischen Kraftstoffversorgungssystem und Pumpeinrichtung unterbrochen wird, druckführende Teile der Pumpeinrichtung druckentlastet werden und danach die Ölversorgung der Ölsperre abgeschaltet wird.
Einspritzsystem (11) für eine mit Flüssiggas betriebene Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einem Kraftstoffversorgungssystem (12), in welchem Kraftstoff unter einem Versorgungsdruck gehalten wird, mit zumindest einer einen axialen in einem Pumpzylinder geführten Pumpkolben (2) aufweisenden Pumpeinrichtung (15), um Kraftstoff zur Verfügung zu stellen, der unter Einspritzdruck steht, wobei der Pumpzylinder (3) mit dem Kraftstoffversorgungssystem (12) verbunden ist und vom Zylinderraum (4) eine zu zumindest einem Einspritzventil führende Hochdruckleitung (16) ausgeht, und wobei der Pumpenzylinder (3) zur Abdichtung eine durch eine Ringnut (9) um den Pumpkolben (2) gebildete Ölsperre (8) aufweist, welche Ringnut (9) über eine Ölversorgungsleitung (10a) mit einem Ölversorgungssystem (10) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein spritzsystem (11) ein über eine Steuereinheit (18) gesteuerte Schalteinheit (17) im Kraftstoffversorgungssystem (12) aufweist, welche die Kraftstoffzufuhr zur Pumpeinrichtung (15) sperrt, solange der Druck (p) im Ölversorgungssystem (10) der Ölsperre (8) unter einem vordefinierten Arbeitsöldruck (p₀) liegt.
Einspritzsystem (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass druckführende Teile der Pumpeinrichtung (15) durch die Schalteinheit (17) druckentlastbar, vorzugsweise mit einem Leckagetank (26) verbindbar sind, solange der Druck (p) im Ölversorgungssystem (10) der Ölsperre (8) unter einem vordefinierten Arbeitsöldruck (p₀) liegt.
Einspritzsystem (11) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölversorgungssystem (10) der Ölsperre (8) mit dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine in Verbindung steht.
Einspritzsystem (11) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölsperre (8) mit einem vom Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine getrennten Ölversorgungssystem (10) in Verbindung steht.