DE102006036116A1

DE102006036116A1 - Druckminderer mit Ölabscheidefunktion für gasbetriebene Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102006036116A1
Application number: DE102006036116A
Authority: DE
Inventors: Andreas Jauss
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Druckminderer zur Minderung des Gasdrucks von Gaskraftstoff einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine, welcher eine Mehrzahl von Druckkammern umfasst, die unter jeweiliger Zwischenschaltung eines eine Minderung des Gasdrucks bewirkenden Druckregelventils strömungstechnisch in Reihe miteinander verbunden sind, wodurch in Druckminderungsrichtung eine Mehrzahl von Druckstufen definiert ist, wobei wenigstens eine Druckkammer niederer Druckstufe so ausgebildet ist, dass eine Verbindungsleitung zur strömungstechnischen Verbindung dieser Druckkammer mit einer Druckkammer höherer Druckstufe oberhalb einer in Schwerkraftrichtung tiefsten Stelle in die Druckkammer mündet, und wobei unterhalb der Mündung der Verbindungsleitung ein erstes Ölreservoir angeordnet ist, derart, dass aus dem Gaskraftstoff mittels Schwerkraftabscheidung abgeschiedenes Öl aufgenommen werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik und betrifft einen Druckminderer mit Ölabscheidefunktion für gasbetriebene Brennkraftmaschinen.
Heutzutage werden zum Betreiben von gasbetriebenen Fahrzeugen hauptsächlich so genannte Flüssiggase und Erdgas eingesetzt. Flüssiggase, wie Autogas (LPG = Liquified Petroleum Gas), welche als Nebenprodukt aus Hydrierprozessen bei der Erdölraffinierungentstehen, basieren gewöhnlich auf Petroleum und bestehen im Wesentlichen aus Propan und Butan. Erdgas (CNG = Compressed Natural Gas) besteht hauptsächlich aus Methan und wird durch Förderung aus Erdgasquellen gewonnen.
Bei mit Erdgas betriebenen Kraftfahrzeugen ist es zur Speicherung einer größeren Kraftstoffmenge erforderlich, den Gaskraftstoff im Gastank unter einem hohen Druck von beispielsweise 200–300 bar zu verdichten. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine muss der verdichtete Gaskraftstoff dann wieder auf einen geeigneten niedrigeren Gasdruck entspannt werden, welcher meist unterhalb von 10 bar liegt und beispielsweise ca. 8 bar beträgt. Die Entspannung des Gaskraftstoffs erfolgt in einem an die Gaskraftstoffleitung angeschlossenen Druckminderer, von dem aus der entspannte Gasstrom jeweiligen Gaseinblasventilen ("Ga sinjektoren") zum Einblasen in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Wie sich in der Praxis gezeigt hat, wird bei der Betankung des Kraftfahrzeugs an der Tankstelle der auf einen hohen Gasdruck verdichtete Gaskraftstoff häufig mit Schmieröl des zur Betankung eingesetzten Verdichters verunreinigt. Die Ursache hierfür liegt in den immer kürzeren zeitlichen Abständen aufeinander folgender Betankungen aufgrund der stetig wachsenden Zahl gasbetriebener Kraftfahrzeuge, welche dazu führen kann, dass in den Hochdruckstufen der Verdichter die Betriebstemperatur so stark ansteigt, dass Schmieröl verdampft und in gasförmiger Form oder als Aerosol mit dem Gaskraftstoff in den Gastank des Kraftfahrzeugs gelangt.
Wird der Gaskraftstoff im Druckminderer auf einen Gasdruck von beispielsweise 8 bar entspannt, so kühlt sich der Gaskraftstoff während der Entspannung ab, wodurch die eingeschleppten Ölbestandteile kondensieren und in flüssiger Form und als Aerosol im Gaskraftstoff enthalten sind. Strömungstechnisch bedingt, verteilt sich jedoch das im Gaskraftstoff enthaltene flüssige Öl ungleichmäßig auf die Gasinjektoren, was zu unterschiedlichen Durchflusscharakteristiken in den Gaseinblasventilen und zu Problemen in der Abgasnachbehandlung führen kann. Hierdurch können Abgasvorgaben über die Laufstrecke gegebenenfalls nicht eingehalten werden und Fahrbarkeitsprobleme auftreten. Zudem besteht die Gefahr, dass Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise Katalysatoren, geschädigt werden. Darüber hinaus wurde auch das Verkleben bzw. Verharzen der Gasinjektoren mit den im Gaskraftstoff enthaltenen Ölbestandteilen beobachtet.
Um diese Probleme zu vermeiden, ist es bekannt, im Fahrzeug einen Ölabscheider in der Gaskraftstoffleitung zwischen dem Gastank und den Gasinjektoren vorzusehen. Gewöhnlich wird ein solcher Ölabscheider auf der Niederdruckseite des Druckminderers installiert, was die Vorteile hat, dass der Ölabscheider le diglich Druckfestigkeit gegen Niederdruck haben muss, und dass das auf der Niederdruckseite des Druckminderers kondensierte Öl in flüssiger Form beziehungsweise als Aerosol leichter abzuscheiden ist. Jedoch kostet der Einbau eines Ölabscheiders Montagezeit und verursacht zusätzliche Produkt- und Montagekosten, wodurch in unerwünschter Weise die Fertigungskosten für ein Kraftfahrzeug erhöht werden. Zudem benötigt der Ölabscheider Bauraum und erhöht das "Schluckvolumen" der Gas kraftstoffleitung auf der Niederdruckseite des Druckminderers.
Bislang eingesetzte Ölabscheider sind so konstruiert, dass der Gaskraftstoff ein Vlies-Filter durchströmt, um hierdurch die im Kraftstoff enthaltenen Ölbestandteile abzutrennen. Mittels eines Vlies-Filters lassen sich im Wesentlichen jedoch nur die in Form eines Aerosols im Gaskraftstoff enthaltenen Ölbestandteile auffangen. Ist eine größere Menge flüssigen Öls im Gaskraftstoff enthalten, so führt dies gewöhnlich zu einer schnellen Sättigung des Vlies-Filters und einem Nachlassen der Filterwirkung. Aufgrund des anstehenden Gasstroms kann das im Vlies-Filter gefangene Öl auf die Reingasseite "durchschlagen", was in nachteiliger Weise zur Folge haben kann, dass der Gaskraftstoff wieder verschmutzt wird.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Ölabscheidefunktion für eine gasbetriebene Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, durch welche die genannten Nachteile vermieden werden können.
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Druckminderer mit Ölabscheidefunktion mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein mehrstufiger Druckminderer mit Ölabscheidefunktion gezeigt, welcher zum Anschluss an eine Kraftstoffzuleitung einer mit Gaskraftstoff betreibbaren Brennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, bestimmt und geeignet ist.
Der mehrstufige Druckminderer umfasst eine Mehrzahl von Druckkammern, die unter jeweiliger Zwischenschaltung eines eine Minderung des Gasdrucks bewirkenden Druckregelventils strömungstechnisch in Reihe miteinander verbunden sind. Hierdurch ist in Druckminderungsrichtung (d. h. in Strömungsrichtung des Gaskraftstoffs) eine der Anzahl der Druckkammern entsprechende Zahl von Druckstufen des Druckminderers definiert. Hierbei entspricht eine höhere Druckstufe einer Druckkammer mit einem höheren einstellbaren bzw. herrschenden Gasdruck, während eine niedere Druckstufe einer Druckkammer mit einem niederen (niedrigeren) einstellbaren bzw. herrschenden Gasdruck entspricht. Ein erfindungsgemäßer Druckminderer weist zwei oder mehr Druckkammern bzw. Druckstufen auf.
In dem erfindungsgemäßen Druckminderer ist wenigstens eine Druckkammer niederer Druckstufe (d. h. eine Druckkammer mit einem geringeren eintellbaren bzw. herrschenden Gasdruck) so ausgebildet, dass eine Verbindungsleitung zur strömungstechnischen Verbindung dieser Druckkammer mit einer Druckkammer höherer Druckstufe (d. h. eine Druckkammer mit einem höheren einstellbaren bzw. herrschenden Gasdruck) oberhalb einer in Schwerkraftrichtung tiefsten Stelle, beispielsweise deren Boden, in die Druckkammer mündet.
Auf diese Weise können in einfacher Weise aus dem in die Druckkammer strömenden, (teil-)entspannten Gaskraftstoffstrom in flüssiger Form enthaltene Ölbestandteile mittels Schwerkraftabscheidung separiert werden. Zudem ist unterhalb der Mündung der Verbindungsleitung ein erster Ölsammelbehälter ("erstes Ölreservoir") so angeordnet, dass aus dem Gaskraftstoff mittels Schwerkraftabscheidung ab geschiedenes Öl aufgenommen werden kann. Die Druckkammer wirkt insofern als eine "Ölfalle" zum Abtrennen von flüssigen Ölbestandteilen aus dem Gaskraftstoffstrom mittels Schwerkraftabscheidung.
Hierbei kann das erste Ölreservoir beispielsweise als separater Ölsammelbehälter mit der Druckkammer fluidleitend verbunden oder als separater Ölsammelbehälter im Innenraum der Druckkammer aufgenommen sein. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das erste Ölreservoir von einem in Schwerkraftrichtung am tiefsten gelegenen Abschnitt der Druckkammer selbst geformt. Vorteilhaft ist das erste Ölreservoir mit einer verschließbaren Ablassöffnung zum Ablassen von aufgenommenem Öl versehen, wodurch eine einfache Wartung in regelmäßigen Service-Intervallen ohne Ausbau des Druckminderers ermöglicht ist.
Für eine Schwerkraftabscheidung der flüssigen Ölbestandteile kann die in die Druckkammer mündende Verbindungsleitung entgegen der Schwerkraftrichtung frei in den Innenraum ragen. Jedoch ist es im Hinblick auf die Abscheidewirkung besonders bevorzugt, wenn die in die Druckkammer mündende Verbindungsleitung in Schwerkraftricht frei in die Druckkammer ragt, beispielsweise indem sie hakenförmig gekrümmt ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckminderers ist in wenigstens einer Druckkammer niederer Druckstufe ein von dem Gaskraftstoff durchströmbares Filterelement zum Filtern desselben angeordnet, wodurch im Wesentlichen in Form eines Aerosols im Gaskraftstoff enthaltene Ölbestandteile vom Gaskraftstoff separiert werden können. Das Filterelement ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendiger Weise, in jener Druckkammer enthalten, welche, wie oben beschrieben, eine Ölfalle bildet.
Falls ein Filterelement in einer Druckkammer enthalten ist, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn abströmseitig des Filterelements ein zweiter Ölsammelbehälter (zweites Ölreservoir) vorhanden ist, welcher derart angeordnet ist, dass von dem Filterelement ablaufendes Öl aufgenommen werden kann. Hierbei kann das zweite Ölreservoir beispielsweise als separater Ölsammelbehälter mit der Druckkammer fluidleitend verbunden oder als separater Ölsammelbehälter im Innenraum der Druckkammer aufgenommen sein. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das zweite Ölreservoir von einer Trägerstruktur des Filterelements geformt. Ein solches zweites Ölreservoir kann insbesondere innerhalb des ersten Ölreservoirs geformt sein. Vorteilhaft ist das zweite Ölreservoir mit einer verschließbaren Ablassöffnung zum Ablassen von aufgenommenem Öl versehen. Durch das zweite Ölreservoir kann vorteilhaft von einem gesättigten Filterelement ablaufendes Öl, welches von dem Filterelement nicht mehr gehalten werden kann und von dem anstehenden Gasdruck auf die Reingasseite transportiert wird, aufgenommen werden.
Die Ölfalle und das Filterelement sind vorzugsweise in einer gleichen Druckkammer ausgebildet. Bei dieser Druckkammer handelt es sich vorteilhaft um die Druckkammer niedrigster Druckstufe (d. h., jene Druckkammer, in welcher der niedrigste Gasdruck einstellbar ist bzw. herrscht), da in dieser Druckkammer der Gaskraftstoff aufgrund der Entspannung am stärksten abgekühlt ist und demnach die flüssigen Ölbestandteile in größter Menge enthält. Gleichwohl ist es jedoch auch möglich, mehrere Ölfallen und/oder mehrere Filterelemente in mehreren Druckkammern vorzusehen.
Durch den erfindungsgemäßen Druckminderer mit Ölabscheidefunktion kann auf den Einbau eines herkömmlichen separaten Ölabscheiders verzichtet werden, wodurch in vorteilhafter Weise Montage- und Fertigungskosten eingespart werden können. Zudem kann der benötigte Bauraum verringert werden.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf eine Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, welche eine mit Gastkraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine und einen wie oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Druckminderer umfasst. In der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanordnung ist der Druckminderer zur Minderung des Gasdrucks des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs hochdruckseitig über eine Gas kraftstoffleitung mit wenigstens einem Gastank zum Speichern von Gaskraftstoff und niederdruckseitig über eine Gaskraftstoffleitung mit wenigstens einem steuerbaren Gaseinblasventil zur Regelung des Gasstroms des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs fluidleitend verbunden.
Des Weiteren erstreckt sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug, das mit einer wie oben beschriebenen Brennkraftmaschinenanordnung ausgerüstet ist.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen wird. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckminderers mit Ölabscheidefunktion in einer Brennkraftmaschinenanordnung, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs.
Demnach umfasst eine Brennkraftmaschinenanordnung, welche vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, einen insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichneten, in 1 in schematischer Weise dargestellten, erfindungs gemäßen Druckminderer mit Ölabscheidefunktion (im Weiteren zum Zweck der einfacheren Bezugnahme lediglich als "Druckminderer" bezeichnet).
Hochdruckseitig ist der Druckminderer 1 über eine Gaskraftstoffleitung 5 mit einem insgesamt mit der Bezugszahl 2 bezeichneten Hochdruckabsperrventil verbunden, welches seinerseits über eine Gaskraftstoffleitung 8 an einen Gastank 3 angeschlossen ist. Der Gastank 3 ist gewöhnlich mit einem (in 1 nicht dargestellten) Absperrventil versehen, von welchem die mit dem Hochdruckabsperrventil 2 eingangsseitig verbundene Gaskraftstoffleitung 8 abzweigt.
Niederdruckseitig ist der Druckminderer 1 an eine Gaskraftstoffleitung 6 angeschlossen, welche in eine allgemein als "Rail" bezeichnete Gaskraftstoffschiene 7 mündet. Am Ende der Gaskraftstoffschiene 7 sind vier steuerbare Gasinjektoren 4 (Gaseinblasventile) angeordnet, durch welche Gaskraftstoff in einen in 1 nicht dargestellten Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingeblasen werden kann. Die Anzahl der Gasinjektoren 4 hängt von der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine ab, und es sei lediglich der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Gasinjektoren nicht auf die Zahl 4 eingeschränkt ist, sondern von der speziellen Auslegung der Brennkraftmaschine abhängt.
Das Hochdruckabsperrventil 2, welches einen Ventilkörper 9 und einen diesem aufgesetzten Ventilgehäuseabschnitt 10 umfasst, ist in Formeines Hauptventils mit einem integrierten Pilotventil ausgebildet. Zu diesem Zweck formt der Ventilkörper 9 in einer Ausnehmung 11 einen Hauptventildichtsitz 12. In die Ausnehmung 11 mündet ein Strömungskanal 13, wobei der Hauptventildichtsitz 12 die Mündung des Strömungskanals 13 umgrenzt. Ein bewegbares Hauptventilelement 14 sitzt in der Ausnehmung 11, federdruckbeaufschlagt durch die Feder 15, dem Hauptventil dichtsitz 12 fluiddicht auf, wodurch die Schließstellung des Hochdruckabsperrventils 2 definiert ist. Das Hauptventilelement 14 kann entgegen der Federkraft der Feder 15 mittels elektromagnetischer Betätigung von dem Hauptventildichtsitz 12 abgehoben werden, wodurch die Mündung des Strömungskanals 13 frei gegeben wird. Dem Fachmann ist Aufbau und Funktion eines solchen elektromagenetischen Betätigungsmechanismus zum Abheben des Hauptventilelements 14 von seinem Hauptventildichtsitz 12 bekannt, so dass sich eine zeichnerische Darstellung und nähere Erläuterung erübrigt.
Wird das Hauptventilelement 14 von seinem Hauptventildichtsitz 12 abgehoben, so wird ein Strömungskanal 20 frei gegeben, welcher mit einem Eingang des Hochdruckabsperrventils 2 verbunden ist. An seinem dem Hauptventildichtsitz 12 abgewandten Ende mündet der Strömungskanal 13 in einen Ausgang des Hochdruckabsperrventils 2, so dass bei von seinem Hauptventildichtsitz 12 abgehobenen Hauptventilelement 14 Eingang und Ausgang des Hochdruckabsperrventils 2 fluidleitend miteinander verbunden sind und das Hochdruckabsperrventil 2 in seiner Öffnungsstellung ist. Die vom Hauptventildichtsitz 12 umgebene Querschnittsfläche des Strömungskanals 13 bestimmt die Öffnungsfläche, das heißt, die dem Gasstrom am Hauptventildichtsitz effektiv zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des Hauptventils.
Zur Formung des Pilotventils ist im Hauptventilelement 14 eine in eine Ausnehmung 16 des Hauptventilelements 14 mündende Durchgangsbohrung 17 geformt, welche in den Strömungskanal 13 mündet. Die Durchgangsbohrung 17 kann durch ein elektromagnetisch betätigbares Pilotventilelement 18 verschlossen oder frei gegeben werden. Dem Fachmann ist Aufbau und Funktion eines solchen elektromagenetischen Betätigungsmechanismus zum Bewegen des Pilotventilelements 18 bekannt, so dass sich eine zeichnerische Darstellung und nähere Erläuterung erübrigt.
Die Durchgangsbohrung 17 im Hauptventilelement 14 ist über eine im Hauptventilelement 14 geformte seitliche Bohrung 19 an den Strömungskanal 20 angeschlossen. Wird das Pilotventilelement 18 elektromagnetisch so weit aus der Durchgangsbohrung 17 herausgezogen, dass die seitliche Bohrung 19 frei gegeben wird, so wird eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Strömungskanal 20 und dem Strömungskanal 13 geschaffen. Die Querschnittsfläche der Durchgangsbohrung 17 in ihrer Mündung in die Ausnehmung 16 bestimmt hierbei die Öffnungsfläche, das heißt, die dem Gasstrom am Pilotventildichtsitz effektiv zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des Pilotventils. Da die Öffnungsfläche des Hauptventils wesentlich größer ist als die Öffnungsfläche des Pilotventils kann über das offene Hauptventil ein entsprechend größerer Gasmassenstrom transport werden als über das offene Pilotventil. Gleichermaßen ist zur Öffnung des Pilotventils entsprechend weniger Kraft erforderlich als zur Öffnung des Hauptventils.
Zur Steuerung des Hochdruckabsperrventils ist ein in 1 nicht dargestelltes Steuergerät angeordnet, welches über jeweilige Daten- und Steuerleitungen mit dem Hochdruckabsperrventil 2 verbunden ist. Die Daten- und Steuerleitungen können Teil des so genannten CAN-Bus, einem zentralen Datenbus in einem Kraftfahrzeug sein. Das Steuergerät dient der Steuerung des Hochdruckabsperrventils 2 und bestimmt dessen Öffnungszeitpunkt und Öffnungsdauer.
Der in 1 dargestellte mehrstufige Druckminderer 1 weist gemäß einer lediglich beispielhaften Ausführungsform der Erfindung drei über jeweilige Membran-Druckregelventile miteinander verbundene Druckkammern auf, nämlich eine eingangsseitige Hochdruckkammer 22, eine ausgangsseitige Niederdruckkammer 24 und eine zwischen diesen beiden angeordnete Zwischendruckdruckkammer 23, in welchen, geregelt durch die Membran-Druckregelventile ein hoher, ein niedriger, sowie ein zwischenliegender Gasdruck eingestellt werden kann. Demnach umfasst der Druckminderer von 1 drei Druckstufen, eine der Hochdruckkammer 22 zugeordnete erste (hohe) Druckstufe, eine der Zwischendruckkammer 23 zugeordnet zweite (mittlere) Druckstufe, und eine der Niederdruckkammer 24 zugeordnete dritte (niedrige) Druckstufe.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel könnten anstelle der Membran-Druckregelventile auch andere Druckregeleinrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise Kolbeldruckregler.
Eingangsseitig ist der Druckminderer 1 mit seinem in die Hochdruckkammer 22 mündenden Eingangsanschluss 34 an die mit dem Ausgang des Hochdruckabsperrventils 2 fluidleitend verbundene Gaskraftstoffleitung 5 angeschlossen, wodurch Gaskraftstoff der Hochdruckkammer 22 zugeführt werden kann. Die Hochdruckkammer 22 und die Zwischendruckkammer 23 sind beispielsweise überein an sich bekanntes Membran-Druckregelventil, welches insgesamt mit der Bezugszahl 21 bezeichnet ist, miteinander verbunden. Das Membran-Druckregelventil 21 umfasst eine durch den Gasdruck beaufschlagbare Membran 25, welche eine gemeinsame Wandung der Hochdruck- und Zwischendruckkammern darstellt, sowie einen mit der Membran 25 verbundenen Ventilkegel 26. Der Ventilkegel 26 wird durch die Federkraft einer Feder 27 auf die hochdruckkammerseitige Mündung eines die Hochdruckkammer 22 mit der Zwischendruckkammer 23 verbindenden Strömungskanals 28 gedrückt, taucht in die Mündung ein und verschließt den Strömungskanal 28 hierdurch fluiddicht. Herrscht ein durch die Federkraft der Feder 27 einstellbarer Gasdruck in der Hochdruckkammer 22, wird die Membran 25 zur Zwischendruckkammer 23 hin gewölbt, wodurch der Ventilkegel 26 aus dem Strömungskanal 28 gezogen wird, die hochdruckkammerseitige Mündung des Strömungskanals 28 frei gibt und somit eine fluidleitende Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 22 und der Zwischendruckkammer 23 ermöglicht. Ist die hochdruckkammerseitige Mündung des Strömungskanals 28 frei gegeben, kann der Gaskraftstoff über den mit seiner zwischendruckkammerseitigen Mündung frei in die Zwischendruckkammer ragenden Strömungskanal 28 von der Hochdruckkammer 22 in die Zwischendruckkammer 23 strömen. Aufgrund der Drosselungswirkung des Strömungskanals 28 wird der in der Hochdruckkammer 22 herrschende hohe Gasdruck zu einem niedrigeren Gasdruck in der Zwischenkammer 23 vermindert.
In entsprechender Weise ist die Zwischendruckkammer 23 beispielsweise über ein zum Membran-Druckregelventil 21 gleich aufgebautes Membran-Druckregelventil 33 mit einer Membran 29, einem Ventilkegel 30, einer Feder 31, sowie einem Strömungskanal 32 mit der Niederdruckkammer 24 verbunden, wobei durch die Drosselwirkung des Strömungskanals 32 eine weitere Druckminderung des Gasdrucks relativ zum Gasdruck in der Zwischendruckkammer erfolgt.
Die Hochdruck-, Zwischendruck- und Niederdruckkammern sind jeweils durch die Membranen voneinander getrennt. So wird die Hochdruckkammer 22 von einem Gehäuseabschnitt 36 des Gehäuses 35 des Druckminderers 1 und die an die Zwischendruckkammer 23 angrenzende Membran 25 geformt. Die Zwischendruckkammer 23 wird durch einen Gehäuseabschnitt 37 des Gehäuses 35 und die beiden Membranen 25, 29 geformt, während die Niederdruckkammer 24 durch einen Gehäuseabschnitt 38 des Gehäuses 35 und die an die Zwischendruckkammer 23 angrenzende Membran 29 geformt wird.
Der die Zwischendruckkammer 23 und die Niederdruckkammer 24 verbindende Strömungskanal 32, dessen zwischenddruckkammerseitige Mündung durch den Ventilkegel 30 des Membran-Druckregelventils 33 verschließbar ist, ragt mit seiner niederdruckkammerseitigen Mündung frei in die Niederdruckkammer 24 hinein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel tritt der Gaskraftstoff entgegen der Schwerkraftrichtung aus dem Strömungskanal 32 aus. Gleichwohl ist es jedoch auch möglich und vorteilhaft, wenn die niederdruckkammerseitige Mündung des Strömungskanals 32 einen Austritt des Gaskraftstoffs in die Niederdruckkkammer 24 in Schwerkraftrichtung ermöglicht. Zu diesem Zweck kann der Strömungskanal 32 in einem die niederdruckkammerseitige Mündung umfassenden Strömungskanalabschnitt beispielsweise hakenförmig ausgebildet sein.
Infolge der Entspannung und der damit einher gehenden Abkühlung des Gaskraftstoffs kondensieren im Gaskraftstoff enthaltene Ölbestandteile, so dass beim Ausströmen des Gaskraftstoffs aus der niederdruckkammerseitigen Mündung des Strömungskanals 32 im Gaskraftstoff enthaltenes flüssiges Öl mittels Schwerkraftabscheidung abgeschieden werden kann.
In dem Druckminderer 1 von 1 formt die Niederdruckkammer 24 mit ihrem Gehäuseabschnitt 38 gemeinsam mit der Membran 29 einen Ölsammelbehälter ("erstes Reservoir") für das flüssige Öl, das von dem aus der niederdruckkammerseitigen Mündung des Strömungskanals 32 ausströmenden Gaskraftstoff mittels Schwerkraftabscheidung abgeschieden werden kann. Das abgeschiedene Öl sammelt sich an einer tiefsten Stelle, beispielsweise am Boden, der Niederdruckkammer 24 in einer Öllache 39. Die Öllache 39 kann durch eine die Wandung des Gehäuseabschnitts 38 des Druckminderergehäuses 35 durchbrechende Gewindeöffnung 40 abgelassen werden. Die Gewindeöffnung 40 ist durch einen einschraubbaren Gewindebolzen 41 verschließbar und formt so einen Verschluss für das erste Reservoir. Lediglich der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass der dargestellte Gewindeverschluss für das erste Reservoir lediglich beispielhaft ist, und dass das erste Reservoir auch durch einen anders aufgebauten Verschluss, beispielsweise einen in eine Öffnung eingepressten Verschlussstopfen, verschlossen werden kann. Durch den Verschluss 40, 41 des ersten Reservoirs kann in einfacher Weise aufgefangenes Öl aus dem Druckminderer entfernt werden, so dass eine regelmäßige Wartung des Druckminderers 1, ohne die Notwendigkeit diesen auszubauen, in einfacher Weise ermöglicht ist. Die niederdruckkammerseitige Mündung des Strömungskanals 32 ist entgegen der Schwerkraftrichtung in einer solchen Höhe angeordnet, dass sie sich, jedenfalls für den Zeitraum von zwei wählbaren Service-Intervallen, außerhalb der sich bildenden Öllache 39 befindet.
In die Niederdruckkammer 24 ist weiterhin ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Filterelement 42, beispielsweise ein Vlies-Filter, zur Filterung des aus der niederdruckkammerseitigen Mündung des Strömungskanals 32 austretenden Gaskraftstoffstroms eingebaut. Eine Trägerstruktur 43 dient zum Abstützen des Filterelements 42 und zur Befestigung desselben an der Innenseite des Gehäuses 35 des Druckminderers 1. Das Filterelement 42 umgrenzt gemeinsam mit der Trägerstruktur 43 und dem Gehäuseabschnitt 38 des Druckminderergehäuses 35 einen im Wesentlichen zylindrischen abströmseitigen Hohlraum 44, welcher lediglich über das Filterelement 42 Gasdurchlässigkeit zur Niederdruckkammer 24 hat. Insofern schafft das Filterelement 42 eine gasdurchlässige Verbindung zwischen dem abströmseitigen Hohlraum 44 und einer von der übrigen Niederdruckkammer auf der Außenseite (Anströmseite) des Filterelements 42 geformten anströmseitigen Hohlraum 47. Die Niederdruckkammer 24 umfasst demnach den abströmseitigen Hohlraum 44 und den anströmseitigen Hohlraum 47. Der aus dem Strömungskanal 32 in die Niederdruckkammer 24 bzw. deren anströmseitigen Hohlraum (47) transportierte Gaskraftstoff durchströmt von der Außenseite her das Filterelement 42 und gelangt in gereinigter Form in den abströmseitigen Hohlraum 44 auf der Innenseite (Abströmseite) des Filterelements 42. Im Innern des abströmseitigen Hohlraums 44 wird der durch das Filterelement 42 gereinigte Gaskraftstoff von einer frei in den abströmseitigen Hohlraum 44 ragenden Mündung eines Anschlussrohrs 45 aufgenommen, welches den abströmseitigen Hohlraum 44 mit dem Ausgangsanschluss 46 des Druckminderers 1 verbindet. Der Ausgangsanschluss 46 ist mit der Gas kraftstoffleitung 6 verbunden, über welche der Gaskraftstoff zu den Gasinjektoren 4 geleitet wird.
Wenn das Filterelement 42 gesättigt ist, fließt das in ihm gefangene Öl nach unten und wird durch den anstehenden Gaskraftstoffstrom zur Reingasseite, das heißt, in den abströmseitigen Hohlraum 44 auf der Innenseite des Filterelements 42 transportiert. Die Trägerstruktur 43 formt ein Reservoir (zweites Reservoir) zum Auffangen des von dem Filterelement 42 abfließenden Öls. Im zweiten Reservoir sammelt sich das Öl in einer Öllache 48 an einer tiefsten Stelle, beispielsweise am Boden des abströmseitigen Hohlraums 44. An der tiefsten Stelle des zweiten Reservoirs mündet ein Verbindungsrohr 49, welches das zweite Reservoir mit einer die Wandung des Gehäuseabschnitts 38 des Druckminderergehäuses 35 durchbrechenden Gewindebohrung 50 verbindet. Somit kann die Öllache 48 des zweiten Reservoirs durch die Gewindebohrung 50 abgelassen werden. Die Gewindebohrung 50 ist durch einen einschraubbaren Gewindebolzen 51 verschließbar und formt so einen Verschluss für das zweite Reservoir. Lediglich der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass der dargestellte Gewindeverschluss für das zweite Reservoir lediglich beispielhaft ist, und dass das zweite Reservoir auch durch einen anders aufgebauten Verschluss, beispielsweise einen in eine Öffnung eingepressten Verschlussstopfen, verschlossen werden kann. Durch den Verschluss 50, 51 des zweiten Reservoirs kann in einfacher Weise aufgefangenes Öl aus dem Druckminderer entfernt werden, so dass eine regelmäßige Wartung des Druckminderers 1, ohne die Notwendigkeit diesen auszubauen, in einfacher Weise ermöglicht ist.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass ein erfindungsgemäßer Druckminderer eine geringere oder größere Anzahl von Druckstufen als der in 1 dargestellte Druckminderer aufweisen kann. Zudem können wenigstens ein weiteres erstes Reservoir und/oder wenigstens ein weiteres Filterelement in Verbindung mit einem zweiten Reservoir in einer anderen Druckkammer geformt sein.

1: Druckminderer mit integrierter Ölabscheidevorrichtung
2: Hochdruckabsperrventil
3: Gastank
4: Gasinjektor
5: Gaskraftstoffleitung
6: Gaskraftstoffleitung
7: Rail
8: Gaskraftstoffleitung
9: Ventilkörper
10: Ventilgehäuseabschnitt
11: Ausnehmung
12: Hauptventildichtsitz
13: Strömungskanal
14: Hauptventilelement
15: Feder
16: Ausnehmung
17: Durchgangsbohrung
18: Pilotventilelement
19: Bohrung
20: Strömungskanal
21: Membrandruckregelventil
22: Hochdruckkammer
23: Zwischendruckkammer
24: Niederdruckkammer
25: Membran
26: Ventilkegel
27: Feder
28: Strömungskanal
29: Membran
30: Ventilkegel
31: Feder
32: Strömungskanal
33: Membrandruckregelventil
34: Eingangsanschluss
35: Gehäuse
36: Gehäuseabschnitt
37: Gehäuseabschnitt
38: Gehäuseabschnitt
39: Öllache
40: Gewindeöffnunf
41: Gewindebolzen
42: Filterelement
43: Trägerstruktur
44: Hohlraum
45: Anschlussrohr
46: Ausgangsanschluss
47: Hohlraum
48: Öllache
49: Verbindungsrohr
50: Gewindebohrung
51: Gewindebolzen

Claims

Mehrstufiger Druckminderer (1) zur Minderung des Gasdrucks von Gaskraftstoff einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine, welcher eine Mehrzahl von Druckkammern (22, 23, 24) umfasst, die unter jeweiliger Zwischenschaltung eines eine Minderung des Gasdrucks bewirkenden Druckregelventils (21, 33) strömungstechnisch in Reihe miteinander verbunden sind, wodurch in Druckminderungsrichtung eine Mehrzahl von Druckstufen definiert ist, wobei wenigstens eine Druckkammer (24) niederer Druckstufe so ausgebildet ist, dass eine Verbindungsleitung (32) zur strömungstechnischen Verbindung dieser Druckkammer (24) mit einer Druckkammer (23) höherer Druckstufe oberhalb einer in Schwerkraftrichtung tiefsten Stelle in die Druckkammer (24) mündet, und wobei unterhalb der Mündung der Verbindungsleitung (32) ein erstes Ölreservoir angeordnet ist, derart, dass aus dem Gaskraftstoff mittels Schwerkraftabscheidung abgeschiedenes Öl aufgenommen werden kann.
Druckminderer nach Anspruch 1, bei welchem das erste Ölreservoir von einem in Schwerkraftrichtung am tiefsten gelegenen Abschnitt (38) der Druckkammer geformt ist.
Druckminderer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das erste Ölreservoir mit einer verschließbaren Ablassöffnung (40, 41) zum Ablassen von aufgenommenem Öl versehen ist.
Druckminderer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die in die Druckkammer (24) mündende Verbindungsleitung (32) zur strömungstechnischen Verbindung dieser Druckkammer mit einer Druckkammer höherer Druckstufe frei in den Innenraum der Druckkammer ragt.
Druckminderer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in wenigstens einer Druckkammer (24) niederer Druckstufe ein von dem Gaskraftstoff durchströmbares Filterelement (42) zum Filtern desselben angeordnet ist.
Druckminderer nach Anspruch 5, bei welchem abströmseitig des Filterelements ein zweites Ölreservoir angeordnet ist, derart, dass von dem Filterelement ablaufendes Öl aufgenommen werden kann.
Druckminderer nach Anspruch 6, bei welchem das zweite Ölreservoir von einer Trägerstruktur (43) des Filterelements geformt ist.
Druckminderer nach einem der Ansprüche 6 bis 7, bei welchem das zweite Ölreservoir innerhalb des ersten Ölreservoirs geformt ist.
Druckminderer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welchem das zweite Ölreservoir mit einer verschließbaren Ablassöffnung (50, 51) zum Ablassen von aufgenommenem Öl versehen ist.
Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, welche umfasst: – eine mit Gastkraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine, und – einen Druckminderer (1) zur Minderung des Gasdrucks des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs, welcher hochdruckseitig über eine Gaskraftstoffleitung (5, 8) mit wenigstens einem Gastank (3) zum Speichern von Gaskraftstoff und niederdruckseitig über eine Gaskraftstoffleitung (6, 7) mit wenigstens einem steuerbaren Gaseinblasventil (4) zur Regelung des Gasstroms des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs fluidleitend verbunden ist, wobei der Druckminderer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 10.