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Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Systeme, Vorrichtungen und Verfahren
für eine
integrierte Gaskraftstoffzufuhranlage.
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Hintergrund und Kurzdarlegung
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In
einem Versuch, Emissionen zu senken, wurden Anstrengungen unternommen,
im Wesentlichen kohlenstofffreien Wasserstoff als Verbrennungskraftstoff
an Stelle von Kohlenwasserstoffen zu nutzen. Wenn Wasserstoff (H2)
als Kraftstoff verwendet wird, liegt keine wesentliche Menge an
HC-, CO- oder CO2-Emissionen vor, da der Kraftstoff keinen Kohlenstoff
enthält,
der in HC, CO oder CO2 umgewandelt werden kann. Daher wird Wasserstoffkraftstoff
derzeit als potentiell gute Kraftstoffwahl für umweltfreundliche Verbrennungsmotoren
betrachtet.
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Wasserstoff
kann auch von verschiedenen anderen Vorrichtungen als Energiequelle
genutzt werden. Zum Beispiel kann eine Brennstoffzelle Wasserstoff
mit Hilfe einer umweltfreundlichen Reaktion in elektrische Energie
umwandeln.
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Auch
wenn Wasserstoffkraftstoffanlagen eine vom Umweltstandpunkt her
erwünschte
Option gegenüber
Kohlenwasserstoffanlagen sein mögen, können Wasserstoffanlagen
unter Austreten von Wasserstoff leiden. Wasserstoff ist nämlich ein
kleines Molekül,
das durch Materialporen, sehr kleine Öffnungen der Anlage und/oder
Dichtungsrauheiten treten kann. Bei Konstruieren einer Wasserstoffkraftstoff-Zufuhranlage
(z.B. für
einen Verbrennungsmotor, eine Brennstoffzelle oder eine andere Vorrichtung)
kann jede Verbindung oder jedes Eindringen in die Grenze der Kraftstoffzufuhranlage
ein möglicher Wasserstofffreisetzungsweg
sein. Insbesondere wenn Wasserstoff als Hochdruckgas gespeichert wird,
können
Hochdruckverbindungen (z.B. die ersten oder zweiten Hochdruck reduzierenden
Regler, Kraftstoffdruck erfassende oder Kraftstoffmengen messende
und/oder alle elektrischen oder manuell abschaltenden Vorrichtungen)
zu Austreten von Wasserstoff neigen.
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In
der Vergangenheit wurden Versuche unternommen, ein Austreten von
Kohlenwasserstoffkraftstoff durch vollständiges Umhüllen von Teilen einer Kraftstoffzufuhranlage
in einer Kapsel oder durch Erzeugen sekundärer Dichtungen und/oder von
Sicherheitskammern um Verbindungen und Grenzen der Kraftstoffzufuhranlage
zu mindern. Das
US-Patent Nr.
6,571,978 offenbart zum Beispiel einen solchen Ansatz zum
Reduzieren der Menge an Kohlenwasserstoffen, die an die umgebende
Atmosphäre abgegeben
werden.
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Ferner
offenbart als weiteres Beispiel
US-Patentschrift
Nr. 2004/0154314 eine Kapsel, die dafür ausgelegt ist, Wasserstoffgas
zurückzuhalten, das
aus einer Kryotank-Kraftstoffzufuhranlage für flüssigen Wasserstoff entweicht.
Wie bei der vorstehend beschriebenen Kohlenwasserstoff-Kraftstoffzufuhranlage
versucht dieser Ansatz lediglich die schädlichen Wirkungen des Austretens
durch Einschließen
der Austrittmenge zu mindern, so dass diese vor Freisetzen an die
Atmosphäre
behandelt werden kann.
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Die
vorliegenden Erfinder haben die Notwendigkeit erkannt, Kraftstoffaustreten
und mögliche Nachteile
bei den derzeitigen Verfahrensweisen bei einer auf Wasserstoff oder
Gas beruhenden Anlage zu mindern bzw. zu beschränken. Wie vorstehend beschrieben
kann jede Verbindung in einer Wasserstoffanlage ein potentieller
Wasserstoffaustrittspunkt sein. Weiterhin nutzen einige bestehende
Anlagen dazwischen liegende Sicherheitsbereiche in dem Versuch,
ein Austreten von Gaskraftstoff zu steuern. In den dazwischen liegenden
Sicherheitsbereichen können
sich aber gefährliche
Gase sammeln, und es kann eine Entlüftungsanlage erforderlich sein,
um die ausgetretenen Gase zu handhaben. Die dazwischen liegende
Sicherheitskapsel, die Entlüftungsanlage und/oder
andere Aspekte einer solchen Anlage können Kosten steigern und/oder
die räumliche
Konstruktionsfreiheit beschränken.
Weiterhin kann ein Austreten von Kraftstoff die Kraftstoffwirtschaftlichkeit
insgesamt verschlechtern.
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Zum
Beispiel können
mindestens einige der mit Austreten von Gaskraftstoff in Verbindung
stehenden Probleme durch eine Kraftstoffzufuhranlage gelöst werden,
die beschränkte
Verbindungen aufweist, an denen Kraftstoff aus der Anlage austreten kann.
Zum Beispiel kann ein Speichertank zum Aufnehmen eines Gaskraftstoffs
verwendet werden, und der Kraftstoff kann durch eine Antriebsmaschine
in Energie umgewandelt werden, die zum Antreiben eines Fahrzeugs
brauchbar ist. Der in dem Tank gespeicherte Kraftstoff kann der
Antriebsmaschine durch einen ununterbrochenen Durchlass zugeführt werden,
der den Speichertank fluidisch mit der Antriebsmaschine koppelt.
In manchen Ausführungen kann
eine Druckregelanlage innerhalb des Speichertanks angeordnet sein.
Die Druckregelanlage kann den Druck des Gaskraftstoffs senken oder
anheben, so dass der Gaskraftstoff zur Zufuhr zur Antriebsmaschine
geeignet ist.
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Auf
diese Weise kann die Anzahl an Verbindungen zwischen dem Kraftstofftank
und der Antriebsmaschine beschränkt
sein, wodurch die Möglichkeiten
für ein
Austreten von Gaskraftstoff aus der Anlage minimiert werden. Da
sich die Druckregelanlage physikalisch in dem Speichertank befindet,
kann jedes Austreten, das in der Druckregelanlage eintritt, zum
Speichertank zurückgeleitet
werden. Durch Verwenden einer integrierten Kraftstoffzufuhranlage kann
Gasaustritt reduziert und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert
werden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung eines
Fahrzeugs mit einer Gaskraftstoff-Antriebsanlage.
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2 ist
ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Gaskraftstoffzufuhranlage.
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3 ist
ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Ausführung einer
integrierten Gaskraftstoffzufuhranlage.
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4 ist
ein anderes schematisches Diagramm einer beispielhaften Ausführung einer
integrierten Gaskraftstoffzufuhranlage.
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5 ist
ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Ausführung einer
integrierten Gaskraftstoffzufuhranlage.
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6 ist
ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführung eines Verfahrens zum
Reduzieren von Austreten in einer Gaskraftstoffzufuhranlage.
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Eingehende Beschreibung
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1 ist
ein schematisches Schaubild, das einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 zeigt, der
in einer Antriebsanlage eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann.
Die Auslegung von Motor 10 ist lediglich beispielhaft,
und die hierin beschriebenen Anlagen und Verfahren können in
jedem andren geeigneten Motor umgesetzt werden Zudem kann der Motor 10 wie
beschrieben eine Gaskraftstoffanlage umfassen. Wasserstoffgas ist
ein nicht einschränkendes Beispiel
eines Gaskraftstoffs, der mit der Kraftstoffzufuhranlage der vorliegenden
Offenbarung verwendet werden kann. Es ist zu beachten, dass Wasserstoff reiner
Wasserstoff sein kann oder eine Mischung aus Wasserstoff und einem
anderen Gas, beispielsweise einem anderen gasförmigen Kraftstoff, sein kann. Ferner
kann in manchen Beispielen der Gaskraftstoff, z.B. Wasserstoff,
kombiniert oder gemischt mit flüssigem
Kraftstoff wie Benzin oder Dieselkraftstoff verwendet werden. Während die
Beispiele hierin somit eine Wasserstoffkraftstoffzufuhranlage beschreiben, können bei
Bedarf an deren Stelle andere Gaskraftstoffanlagen treten oder kombiniert
mit Wasserstoff verwendet werden.
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Der
Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem,
das das Steuergerät 12 umfasst, sowie
durch Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 mittels einer
Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel
umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen
Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen
Pedalstellungssignals PP. Der Brennraum (d.h. Zylinder) 30 des
Motors 10 kann Brennraumwände 32 mit einem darin
positionierten Kolben 36 umfassen. Der Kolben 36 kann
mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass die Hubbewegung
des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird.
Die Kurbelwelle 40 kann mittels einer Getriebeanlage mit mindestens
einem Antriebsrad des Personenfahrzeugs verbunden sein. Weiterhin
kann ein Startermotor mittels einer Schwungscheibe mit der Kurbelwelle 40 verbunden
sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
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Der
Brennraum 30 kann Ansaugluft von einem Einlasskanal 44 mittels
eines Ansaugkrümmers 42 aufnehmen
und kann Verbrennungsgase mittels eines Auslasskanals 48 ablassen.
Der Einlasskanal 44 und der Auslasskanal 48 können mit
dem Brennraum 30 mittels eines Einlassventils 52 bzw.
Auslassventils 54 gezielt kommunizieren. In manchen Ausführungen
kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder
zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
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Das
Einlassventil 52 kann durch das Steuergerät 12 mittels
eines elektrischen Ventilaktors (EVA) 51 gesteuert werden.
Analog kann das Auslassventil 54 durch das Steuergerät 12 mittels
EVA 53 gesteuert werden. Während manchen Bedingungen kann das
Steuergerät 12 die
den Aktoren 51 und 53 gelieferten Signale zum
Steuern des Öffnens
und Schließens
der jeweiligen Ein- und Auslassventile verändern. Die Stellung des Einlassventils 52 und
des Auslassventils 54 kann durch Ventilstellungssensoren 55 bzw. 57 ermittelt
werden. In alternativen Ausführungen
können
ein oder mehrere der Ein- und Auslassventile durch einen oder mehrere
Nocken betätigt werden
und können
ein oder mehrere von: Nockenprofilschalt-(CPS), veränderlichen
Nockenzeitsteuer-(VCT), veränderlichen
Ventilzeitsteuer-(VVT) und/oder veränderlichen Ventilhub-(VVL)Systemen nutzen,
um den Ventilbetrieb zu verstellen. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ
ein mittels elektrischer Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und
ein mittels Nockenbetätigung,
einschließlich CPS
und/oder VCT, gesteuertes Auslassventil umfassen.
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In
diesem Beispiel können
das Einlassventil 52 und die Auslassventile 54 mittels
Nockentätigungssysteme 51 und 53 durch
Nockenbetätigung gesteuert
werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils
einen oder mehrere Nocken umfassen und können ein oder mehrere von: Nockenprofilschalt-(CPS), veränderlichen
Nockenzeitsteuer-(VCT), veränderlichen
Ventilzeitsteuer-(VVT) und/oder veränderlichen Ventilhub-(VVL)Systemen
nutzen, die durch das Steuergerät 12 betrieben
werden können,
um den Ventilbetrieb zu verstellen. Die Stellung des Einlassventils 52 und
des Auslassventils 54 kann durch Stellungssensoren 55 bzw. 57 ermittelt
werden. In alternativen Ausführungen
kann das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch
elektrische Ventilbetätigung
gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ
ein mittels elektrischer Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil
und ein mittels Nockenbetätigung,
darunter CPS- und/oder VCT-Systeme, gesteuertes Auslassventil umfassen.
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Ein
Einspritzventil 66 wird in dem Einlasskanal 44 in
einer Auslegung angeordnet gezeigt, die eine als Kanaleinspritzung
von Kraftstoff in den Einlasskanal stromaufwärts des Brennraums 30 bekannte
Einspritzung vorsieht. Das Einspritzventil 66 kann Kraftstoff
proportional zur Pulsbreite des von dem Steuergerät 12 mittels
eines elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals FPW
einspritzen. Kraftstoff kann dem Einspritzventil 66 durch
eine (nicht dargestellte) Gaskraftstoffanlage zugeführt werden,
beispielsweise eine Gaswasserstoffkraftstoffanlage, die einen Kraftstofftank,
eine Kraftstoffpumpe und ein Verteilerrohr umfasst.
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In
manchen Ausführungen
kann der Brennraum 30 alternativ oder zusätzlich ein
direkt mit dem Brennraum 30 verbundenes Einspritzventil
zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in diesen in einer als Direkteinspritzung
bekannten Weise umfassen. Zum Beispiel kann das Einspritzventil
in der Seite des Brennraums oder zum Beispiel in dem oberen Teil des
Brennraums angebracht sein.
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Der
Ansaugkrümmer 42 kann
eine Drossel 62 mit einer Drosselklappe 64 umfassen.
In diesem bestimmten Beispiel kann die Stellung der Drosselklappe 64 durch
das Steuergerät 12 mittels
eines einem Elektromotor oder Aktor, der mit der Drossel 62 enthalten
ist, gelieferten Signals verändert
werden, eine Auslegung, die häufig
als elektronische Drosselsteuerung (ETC, vom engl. Electronic Throttle
Control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 betrieben
werden, um die dem Brennraum 30 unter anderen Motorzylindern
gelieferte Ansaugluft zu verändern.
Die Stellung der Drosselklappe 64 kann dem Steuergerät 12 durch
ein Drosselstellungssignal TP geliefert werden. Der Ansaugkrümmer 42 kann
einen Luftmengensensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum
Liefern jeweiliger Signale MAF und MAP zum Steuergerät 12 umfassen.
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Eine
Zündanlage 88 kann
dem Brennraum 30 mittels einer Zündkerze 92 als Reaktion
auf ein Frühzündungssignal
SA vom Steuergerät 12 unter ausgewählten Betriebsarten
einen Zündfunken
liefern. Auch wenn Fremdzündungskomponenten
gezeigt werden, können
in manchen Ausführungen
der Brennraum 30 oder ein oder mehrere andere Brennräume des
Motors 10 in einer Selbstzündungsbetriebsart mit oder
ohne Zündfunke
betrieben werden.
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Der
Abgassensor 126 wird mit dem Auslasskanal 48 stromaufwärts der
Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 verbunden gezeigt.
Der Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Vorsehen
eines Hinweises auf das Kraftstoff-/Luftverhältnis des Abgases sein, beispielsweise
ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (unbeheizte Lambdasonde),
ein Zweizustand-Sauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO (beheizter EGO),
ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 wird
entlang des Auslasskanals 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet
gezeigt. Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator
(TWC), ein NOx-Filter, verschiedene andere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen
oder Kombinationen derselben sein. In manchen Ausführungen
kann die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 während des
Betriebs des Motors 10 durch Betreiben mindestens eines
Zylinders des Motors innerhalb eines bestimmten Kraftstoff-/Luftverhältnisses
regelmäßig zurückgesetzt werden.
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In 1 wird
das Steuergerät 12 als
herkömmlicher
Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102,
Input/Output-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium
für ausführbare Programme
und Kalibrierungswerte, das in diesem besonderen Beispiel als Festwertspeicherchip 106 gezeigt
wird, einen Arbeitsspeicher 108, einen batteriestromgestützten Speicher 110 und
einen Datenbus. Das Steuergerät 12 kann
neben den zuvor beschriebenen Signalen von mit dem Motor 10 gekoppelten
Sensoren verschiedene Signale empfangen, darunter Messung der eingeleiteten Luftmasse (MAF)
von einem Luftmengenmesser 120; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von
einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen
Temperaturfühler 112; ein
Zündungsprofil-Aufnehmersignal
(PIP) von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118; eine
Drosselklappenstellung TP von einem Drosselklappenstellungssensor
und ein Krümmerdrucksignal (MAP)
von einem Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal RPM kann
durch das Steuergerät 12 aus
dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem
Krümmerdrucksensor
kann verwendet werden, um einen Hinweis auf Unterdruck bzw. Druck
in dem Ansaugkrümmer
zu liefern. Zu beachten ist, dass verschiedene Kombinationen der
obigen Sensoren verwendet werden können, beispielsweise ein MAF-Sensor
ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Während stöchiometrischen Betriebs kann der
MAP-Sensor einen
Hinweis auf Motordrehmoment geben. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit
detektierten Motordrehzahl eine Füllungsschätzung (einschließlich Luft)
liefern, die in den Zylinder eingelassen wird. In einem Beispiel
erzeugt der Sensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor
verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl an gleichmäßig beabstandeten
Impulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle.
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Wie
vorstehend beschrieben zeigt 1 einen
Zylinder eines Mehrzylindermotors, und jeder Zylinder kann analog
seinen eigenen Satz an Einlass-/Auslassventilen, Einspritzventil,
Zündkerze
etc. umfassen.
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Unter
erneutem Hinwenden zu 2 wird eine herkömmliche
Gaskraftstoffzufuhranlage 200 gezeigt. Bei der herkömmlichen
Anlage ist ein Tank 202 vorgesehen, der Kraftstoff bei
maximalen Drücken
von 350 bis 700 Bar speichert. Solche Tanks sind im Allgemeinen
Tanks hoher Festigkeit, die dafür ausgelegt
sind, dem erforderlichen Druck für
die Speicherung des Gaskraftstoffs standzuhalten. Der Tank kann
verschiedene Kopplungen umfassen, die einen Kraftstoffweg zu einem
Einspritzventil, beispielsweise einem H2-Einspritzventil, bilden.
Zum Beispiel kann ein Wasserstoffkraftstoffweg vom Tank 202 einen
Durchlass durch die folgenden Komponenten der Kraftstoffzufuhranlage
umfassen: Solenoid 204, einen Druckregler 206 und
ein oder mehr zusätzliche
Solenoide 208 zum H2-Einspritzventil 210. Jede
dieser Komponenten ist außerhalb
des Tanks 202. Wie gezeigt werden zwischen jeder Komponente
der Kraftstoffzufuhranlage ein oder mehrere Kopplungen oder Verbindungen 212 verwendet,
um die Komponenten der Kraftstoffzufuhranlage zu verbinden. Jede
dieser Kopplungen führt
zu einer potentiellen Gaskraftstoffaustrittzone.
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Zum
Beispiel ist bei einer auf Wasserstoff basierenden Anlage Wasserstoff
ein sehr kleines Molekül,
das durch Materialporen, kleine Anlagenöffnungen und Dichtungsrauheiten
treten kann. Somit ist jede Verbindung in der herkömmlichen
Gaskraftstoffzufuhranlage 200 ein potentieller Wasserstofffreisetzungsweg.
Insbesondere bei der herkömmlichen Wasserstoffkraftstoffzufuhranlage
können,
da Wasserstoff als Hochdruckgas gespeichert wird, Hochdruckverbindungen
(z.B. die ersten oder zweiten Hochdruck reduzierenden Regler, die
Kraftstoffdruck erfassenden oder Kraftstoffmengen messenden und/oder
alle elektrischen oder manuell abschaltbaren Vorrichtungen) zu Wasserstoffaustritt
neigen. Zudem können
Zeit, Korrosion oder physikalische Bewegung zusätzliches Austreten an jeder
Komponentengrenzfläche
der Kraftstoffzufuhranlage verursachen. Weiterhin können Fertigungsabweichungen, Wartungsverfahren
und/oder Kombinationen von Fertigungsabweichungen und Wartungsverfahren die
Risiken von Gasaustritt an Grenzflächen weiter verstärken. Somit
zeigt in 2 lediglich für veranschaulichende
Zwecke das Bezugszeichen 214 das Freisetzen von Wasserstoff
entlang der Grenzfläche zwischen
dem Tank 202 und dem Solenoid 204. Es versteht
sich, dass ähnliche
Wasserstofffreisetzungswege an den Grenzflächen zwischen jeder Komponente
der Kraftstoffzufuhranlage ausgebildet werden können.
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Unter
Hinwendung auf 3 wird nun ein schematisches
Schaubild einer beispielhaften Ausführung einer integrierten Gaskraftstoffzufuhranlage 300 nach
der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Die Gaskraftstoffzufuhranlage
kann in ein Fahrzeug, beispielsweise ein Fahrzeug mit einem Motor ähnlich dem
vorstehend unter Bezug auf 1 beschriebenen,
integriert werden. In manchen Ausführungen kann zum Beispiel die
Gaskraftstoffzufuhranlage mit dem Motor integriert werden, so dass
die Anlage einem Einspritzventil, beispielsweise einem Wasserstoffeinspritzventil,
Kraftstoff liefert. Auch wenn bezüglich einer Wasserstoffanlage
beschrieben wird, versteht sich, dass die Anlage für jede geeignete Gaskraftstoffanlage
verwendet werden kann, darunter kombinierte Wasserstoffanlagen und
Anlagen, die andere Gase als Wasserstoff nutzen.
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Weiterhin
ist zu beachten, dass Wasserstoff reiner Wasserstoff sein kann oder
eine Mischung aus Wasserstoff und einem anderen Gas, beispielsweise einem
anderen Gaskraftstoff, sein kann. Der Wasserstoff kann auch kombiniert
mit einem flüssigen
Kraftstoff wie Benzin oder Dieselkraftstoff vorliegen.
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Die
integrierte Gaskraftstoffzufuhranlage 300 umfasst einen
Tank 302 und ein Einspritzventil 304, beispielsweise
einen H2-Tank und ein H2-Einspritzventil. Der Tank 302 kann
zum Speichern von Kraftstoff bei einem Speicherdruck von 350 bis
700 Bar ausgelegt sein. Der Tank kann ein Tank hoher Festigkeit
sein, beispielsweise ein Kohlenstofffasertank. Der Tank kann verschiedene
Kupplungen umfassen, die einen Kraftstoffweg zu einem Einspritzventil
bilden, beispielsweise einem H2-Einspritzventil. Eine Grenzfläche 310 kann
zwischen dem Tank 302 und dem Einspritzventil 304 vorliegen.
Gas kann bei einem geregelten Druck, der zur Verwendung durch des
Einspritzventil oder eine andere Vorrichtung geeignet ist, aus dem
Tank austreten.
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In
der vorliegenden Ausführung
kann der Tank 302 im Wesentlichen alle Kraftstoffzufuhrkomponenten
umfassen, einschließlich
aber nicht ausschließlich
Druckregler 306, ein oder mehrere Solenoide 308,
elektrisch oder manuell abschaltende Vorrichtungen, Kraftstoffdruck
erfassende oder Kraftstoffmengen messende Vorrichtungen etc. können in dem
Tank 302 aufgenommen oder im Wesentlichen aufgenommen sein.
Rohrleitungen und Verbindungen zwischen den Kraftstoffzufuhrkomponenten
sind ebenfalls im Tank aufgenommen, beispielsweise eine beispielhafte
Verbindung 312. Die Zufuhr von Kraftstoff von dem Kraftstofftank
wird bei einem geregelten Solldruck zur Verwendung im Motor oder
einer anderen Anlage vorgesehen. Die zum Regeln des Drucks zur Verwendung
durch den Motor ausgelegten Kraftstoffzufuhrkomponenten können als
Druckregelanlage betrachtet werden. Somit ist die Druckregelanlage
im Tank 302 enthalten, so dass das Gas bei einem ausgewählten Druck
zum Motor oder einer anderen Anlage ausgelassen wird. Jedes Austreten zwischen
den Kraftstoffzufuhrkomponenten 314 sollte in dem Tank 392 selbst
auftreten, wodurch der ausgetretene Kraftstoff recycelt und der
Kraftstoffgesamtverlust aus der Anlage reduziert wird, da der ausgetretene
Kraftstoff in der Anlage zurückgehalten wird.
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Wie
vorstehend erläutert
kann die integrierte Gaskraftstoffzufuhranlage eine einzige Ausgabe
zum Einspritzventil umfassen. Diese integrierte Anlage reduziert
damit die Anzahl möglicher
Gasfreisetzungswege gegenüber
einer herkömmlichen
Kraftstoffzufuhranlage, beispielsweise der in 2 gezeigten Anlage.
Weiterhin wird Gas, das aus der Kraftstoffzufuhranlage vor Liefern
zum Einspritzventil austritt, in den Tank geleitet, was zu wenig
oder keinem Verlust von Kraftstoff während der Zufuhr führt.
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Zudem
wird in der vorliegenden integrierten Anlage entlang dem Kraftstoffzufuhrweg
innerhalb des Tanks ausgetretenes Gas im Tank zurückgehalten.
Somit vermeidet die integrierte Anlage die Verwendung eines sekundären und
dazwischen liegenden Sicherheitsbereichs. Wie vorstehend erläutert können sich
gefährliche
Gase in solchen dazwischen befindlichen Sicherheitsbereichen sammeln,
und es kann eine Entlüftungsanlage
erforderlich sein, um die ausgetretenen Gase zu bewältigen.
Ferner können solche
dazwischen befindlichen Sicherheitsbereiche und zugehörigen Entlüftungsanlagen
die Kosten steigern und insgesamt zu einer Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit
führen.
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Daher
wird angemerkt, dass einige integrierte Anlagen verbesserte Sicherheitswerte
bezüglich der
Verwendung einer Gaskraftstoffanlage bieten. Das Aufnehmen der Gaskraftstoffzufuhranlagenkomponenten
in dem Tank kann zum Beispiel die Sicherheitswerte verbessern, da
ein einzelner gasförmiger nicht
oxidierender Kraftstoff in einem Speicherbehälter keine Verbrennung unterstützen kann,
selbst im Fall eines internen elektrischen Ausfalls.
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Wie
nachstehend näher
erläutert
wird, können
Steuervorrichtungen, darunter Steuerungen und Sensoren, in der integrierten
Kraftstoffzufuhranlage enthalten sein. Diese Steuervorrichtungen
können durch
ferne Anlagen betrieben werden. Ferne Anlagen umfassen Anlagen,
die keine abdichtende Grenzfläche
oder ein physikalisches externen Eindringen in den Tank oder den
Gasweg erfordern. In manchen Ausführungen können solche Steuervorrichtungen
elektromagnetisch in dem Tank angeschlossen sein, wodurch weitere
potentielle Austrittgrenzflächen
eliminiert werden. Zum Beispiel können ferne Anlagen und Verfahren,
wie zum Beispiel magnetisches fernes Drehen und lineare Bewegung über eine Edelstahlmembran,
verwendet werden, um das Solenoidventil zu drehen oder andere Anlagenvorrichtungen
zu steuern.
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Zum
Beispiel können
Sensoren und Aktoren elektromagnetisch angeschlossen werden, um
Austrittswege zu verhindern. Eine beispielhafte elektromagnetische
Verbindung wird bei 318 gezeigt. Das Magnetfeld kann dafür ausgelegt
werden, die beiden Spulen miteinander zu verbinden, ohne dass eine
externe Verbindung zum Tank erforderlich ist. Daher können interne
Vorrichtung elektromagnetisch betrieben werden, einschließlich mit
einer Batterie, die elektromagnetisch geladen sein kann.
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Bei
manchen Anlagen kann ein Druckregler, beispielsweise Druckregler 306,
eine abgedichtete Bezugskammer 316 zum Überwachen von Gasaustritt,
beispielsweise Wasserstoffaustritt, umfassen. Solche Überwachungsanlagen
können
eine Betriebssteuerung der Anlagen ermöglichen. Weiterhin kann in
manchen Ausführungen
eine zusätzliche Überwachung
zum Erkennen von Austreten verwendet werden. Zum Beispiel kann in
manchen Anlagen die Kraftstoffleitung eine doppelwandige Kraftstoffleitung
(mit einer Innenwand und einer Außenwand) sein. Wenn Wasserstoff
oder ein anderes Gas zwischen der Innen- und Außenwand detektiert wird, kann
ein Steuersignal gesendet werden und das Solenoid kann abgeschaltet
und ein Alarm aktiviert werden.
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Unter
Hinwendung nun auf 4 wird ein anderes schematisches
Schaubild einer beispielhaften Ausführung einer integrierten Gaskraftstoffzufuhranlage
vorgesehen. Wie gezeigt kann die integrierte Gaskraftstoffzufuhranlage 400 einen
Tank 402 umfassen, der mit einem Einspritzventil 404 fluidisch verbunden
ist. Der Tank 402 kann ein integrierter Anlagentank sein,
so dass die Komponenten der Kraftstoffzufuhranlage im Wesentlichen
im Tank enthalten sind. Zum Beispiel können Komponenten der Kraftstoffzufuhranlage
wie Hauptregler 406, ein oder mehrere Solenoide 408 und
der Bemessungsregler 410 in dem Tank 402 enthalten
sein. Von dem Tank 402 kann Gaskraftstoff bei einem geregelten
ausgewählten
Druck durch eine Gasleitung oder eine andere geeignete Anlage zum
Einspritzventil 404 geliefert werden. Die Grenzfläche 412 zeigt
schematisch die Fluidverbindung des Tanks mit dem Einspritzventil.
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Wie
vorstehend erläutert
werden Gasaustrittswege reduziert, wenn die Komponenten der Kraftstoffzufuhranlage
innen im Tank sind. Eine zusätzliche
Reduzierung von Gasaustreten zwischen dem Tank und dem Einspritzventil
kann durch Verwendung einer doppelwandigen Kraftstoffleitung oder
durch eine andere ähnliche
Anlage für
frühzeitiges
Detektieren von Gasaustritt vorliegen. Ferner kann die Auslegung
der Anlage weiterhin potentielles Gasaustreten weiter mindern. Zum
Beispiel umfasst eine beispielhafte Auslegung zum wesentlichen Reduzieren
von Gasaustritt die Verwendung eines Zylinderkopfs mit einem eingegossenen
Verteilerrohr unter Verwendung von unten einspeisenden Einspritzventilen,
wenngleich sich versteht, dass andere Anlagen verwendet oder integriert
werden können, um
Kraftstoffaustritt zu reduzieren.
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Neben
dem Vorstehenden können
Steuerungen 414, die manuell betätigte Steuerungen, elektrisch
betätigte
Steuerungen, Messlehren und Sensoren umfassen, in den enthaltenen
Kraftstoffweg und somit in den Tank integriert werden. Regeldruck, Steuersignale,
manuelle Ventilsteuerungen und Triebkraft können zum Beispiel in der Speichervorrichtung
wie bei 416 gezeigt elektromagnetisch gekoppelt werden.
Alle geeigneten fernen Verfahren zum Überwachen und Steuern des Systems
können verwendet
werden, zum Beispiel können
magnetische ferne Drehverfahren verwendet werden, um das Solenoidventil
als Reaktion auf Anlagenbedingungen zu drehen. Somit können verschiedene
interne Vorrichtungen, darunter Steuerungen, Aktoren, Sensoren etc.
und Batterien zum Betreiben dieser Vorrichtungen, elektromagnetisch
betrieben werden. Daher sieht die offenbarte integrierte Kraftstoffzufuhranlage einen
Tank oder einen Speicherbehälter
vor, der mittels elektromagnetischer Kopplung betrieben oder angetrieben
werden kann, um ein ausgewähltes druckbeaufschlagtes
Gas an ein Einspritzventil oder eine Antriebsmaschine bei minimalen
Kraftstoffaustreten in die externe Anlage abzugeben.
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5 sieht
eine andere Darstellung der integrierten Anlage vor. Wie gezeigt
umfasst eine integrierte Anlage 500 einen Speicherbehälter 502,
beispielsweise einen Gastank, mit einer Verbindung 506 zu
einer Antriebsmaschine 508. In dem Speicherbehälter 502 ist
eine Zufuhranlage 504 enthalten oder im Wesentlichen enthalten.
Es können
Fernsteuerung verwendet werden, um Betriebsinformationen zu der
Zufuhranlage 504 zu liefern. Zum Beispiel können Steuerungen
und Sensoren elektromagnetisch gekoppelt sein, wie bei 510 gezeigt,
um die Zufuhranlage zu betreiben und eine Sollgasabgabe bei einem gewählten Druck
zu erzeugen.
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Es
versteht sich, dass der Speicherbehälter jeder geeignete Gastank
sein kann, beispielsweise ein Wasserstoffspeichertank. Die Antriebsmaschine kann
ein Motor sein, beispielsweise ein Wasserstoffmotor, oder in manchen
Ausführungen
eine Brennstoffzelle. Unabhängig
von der Umgebung kann das Gas, beispielsweise Wasserstoff, so gespeichert werden,
dass es der Antriebsmaschine bei einem ausgewählten Druck geliefert wird.
Die Zufuhranlagenkomponenten können
im Wesentlichen aufgenommen sein, so dass Austreten von Kraftstoff/Gas minimiert
wird. Es können
ferne Verfahren zum Betreiben und Steuern der Zufuhranlage verwendet werden,
ohne den Tank oder die Komponenten der integrierten Zufuhranlage
zu durchsetzen.
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6 sieht
ein Flussdiagramm einer Ausführung
eines Verfahrens zum Mindern von Austreten in einer Gaskraftstoffzufuhranlage
vor, die bei 600 gezeigt wird. Wenngleich die Beschreibung
bezüglich des
Ansteuerns einer Fahrzeugkomponente erfolgt, versteht sich, dass
das Verfahren zum Ansteuern oder Erzeugen von Kraftstoff für andere
Komponenten oder Systeme verwendet werden kann. Wenngleich bezüglich einer
Wasserstoffanlage beschrieben wird, versteht sich ferner, dass die
Anlage mit einer anderen Gaskraftstoffanlage verwendet werden kann.
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Wie
gezeigt wird Gas, beispielsweise Wasserstoff, in einem Speicherbehälter bei
einem Anfangsdruck bei 602 gespeichert. Das Gas kann durch eine
Kraftstoffzufuhranlage in dem Speicherbehälter zur Ausgabe bei einem
zweiten Druck bei 604 geleitet werden. Der zweite Druck
oder geregelte Druck kann auf der Auslegung der Anlage beruhen,
für die der
Kraftstoff verwendet werden soll. Zum Beispiel kann der Druck so
gesenkt werden, dass ein Gas niedrigeren Drucks aus der Anlage ausgegeben
wird. Verschiedene Druckregler und Solenoide können Teil der Kraftstoffzufuhranlage
sein. Diese Druckregler und Solenoide können in dem Speicherbehälter aufgenommen
sein. Das Gas kann dann einer Antriebsmaschine, beispielsweise einem
Fahrzeugmotor, bei 604 zugeführt werden. Das Gas kann durch
einen ununterbrochenen Durchlass zugeführt werden, so dass Austreten
aus der Anlage minimiert wird.
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Die
folgenden Ansprüche
zeigen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig
und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich
auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder dessen
Entsprechung beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein
oder mehrere solche Elemente einbezogen werden, wobei zwei oder
mehrere solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden.
Andere Kombinationen und Unterkombinationen der integrierten Kraftstoffzufuhranlage
und der Anlage, der Verfahren, Prozesse, Einrichtungen und/oder
anderer Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung
der vorliegenden Ansprüche
oder durch Vorlage neuer Ansprüche
in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche
Ansprüche,
seien sie nun vom Schutzbereich her breiter, enger, gleich oder
anders gefasst als die ursprünglichen
Ansprüche,
werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung
enthalten betrachtet.