DE102008034581A1

DE102008034581A1 - Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE102008034581A1
Application number: DE102008034581A
Authority: DE
Inventors: Axel Bernt; Johannes Holzer
Original assignee: Ventrex Automotive GmbH
Current assignee: Ventrex Automotive GmbH
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2009-01-29
Also published as: IT1391286B1; ITTO20080562A1; DE202008009954U1

Abstract

Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage (100) für mit einem Kraftstoffgas, wie insbesondere Methan, betriebene Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, - dass die nach erfolgtem Befüllen der Hochdruckgasflaschen (3) eingangsseitig mittels Rückschlagssperrventil (22) geschlossene und bei deren Entleerung während des Fahrbetriebs geschlossen gehaltene Hochdruck-Gasleitung (20) weiterleitungsseitig an eine mindestens nur ein mechanisches Hochdruck/Mitteldruckreduzierventil (61, 61'), welche(s) vom Hochdruck (hp) auf Mitteldruck (mp) reduziert und nur ein demselben nachgeordnetes, an dasselbe angeschlossenes, auslassseitig Niederdruckkraftstoffgas (NG) abgebendes und den Gasniederdruck (np) mittels einer von dem aktuellen Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine (76) und von einer Versorgungsdruckmesseinrichtung (25) abhängig regelbaren elektronischen Steuerungseinheit (10) steuerbares, elektronisches Niederdruckgas (NG) mit dem Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine angepasstem Niederdruck abgebendes Mitteldruck/Niederdruckreduzier-Proportionalventil (764) beinhaltende Hochdruck/Niederdruckreduzierstation (160) angeschlossen ist, - wobei das genannte Ventil (764), das (die) zusammen mit dem Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventil(e) (61) und zusammen mit einer die Stromversorgungsanschlussbuchse (11) in einem gemeinsamen, vorzugsweise kompakten, Gehäuse (15) untergebracht ist (sind).

Description

Im Zuge des rapiden Ansteigens des Bedarfs an nicht erneuerbaren fossilen Energieträgen, wird das in noch wesentlich höheren Mengen als Erdöl und Kohle vorhandene Erdgas, wie insbesondere Methan, als Energielieferant immer interessanter, wobei hier ein wesentlicher Vorteil gegenüber Feststoff- oder Flüssig-Energieträgern gegeben ist, der darin liegt, dass hoch energiehaltige Gase, wie eben insbesondere Methan, durchaus auch aus sich laufend erneuernden, rezenten Energiequellen, wie insbesondere aus Abbau- und Fäulnisprozessen von pflanzlichen und tierischen Abfällen jeglicher Art, gewonnen und genutzt werden können, wie dies in letzter Zeit zunehmend der Fall ist.
Wurden energieliefernde Gase lange Zeit im Wesentlichen nur für Heizzwecke im Industrie- und Privatbereich genutzt, so ist in den letzten Jahren der Einsatz dieser Gase als alternative Treibstoffe für Kraftfahrzeuge in rege Diskussion gekommen.
Eine nicht zu übersehende Problematik des Einsatzes von Kraftstoffgasen, wie insbesondere Methan, und zwar insbesondere im Verkehrswesen mit Kraftfahrzeugen, stellt die Speicherung dieser Gase in Tanks bzw. Hochdruckflaschen dar, die möglichst hohe Mengen an Gas aufnehmen sollen und eine dem jeweiligen Lastzustand des Verbrennungsmotors entsprechende Lieferung der jeweils benötigten Menge Kraftstoffgas gewährleistet gewährleisten istsollen.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an: Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Kraftstoffgas-System, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zur Verfügung zu stellen, bei welchem die unter Gas-"Hochdruck" stehenden Komponenten und somit auch der dafür nötige Wartungsaufwand so weit wie möglich reduziert sind.
Die Erfindung betrifft somit eine Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage für mit einem Kraftstoffgas, wie insbesondere Methan, Erdgas, Flüssiggas, Wasserstoff od. dgl., betriebene Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und insbesondere den Druckregler in einem ErdgaskraftstoffGaskraftstoff-System für Kraftfahrzeuge.
Der Druckregler hat die Aufgabe, das Kraftstoffgas, welches in den Druckbehältern Hochdruck-Behältern bzw. Hochdruck-Gasflaschen unter Hochdruck, also etwa unter 200 bar oder darüber, steht, auf ein definiertes, im Niederdruck-Bereich liegendes Druckniveau vor den Injektorventilen des Verbrennungsmotors zu reduzieren. Dieses Druckniveau ist abhängig von dem in einem jeweiligen Kraftfahrzeug verbauten und mit dem Kraftstoffgas zu versorgenden Motor und wird ist dementsprechend festgelegt.
Druckregler, wie sie dem heutigen, realen Stand der Technik entsprechen, sind bisher rein mechanisch aufgebaut gewesen. Das heißt, sie regeln über zwei Federsysteme den letztlich niederen Druck in der Versorgungsleitung zu den Injektorventilen des Verbrennungsmotors hin auf einen definierten Wert.
Für zukünftige CNG(Compressed Natural Gas)-Kraftstoffsysteme gilt es, einen variablen Versorgungsdruck für den Verbrennungsmotor darzustellen, da die Druckversorgung der neuen CNG-Motorgeneration, deren Motoren kleinvolumig und hoch aufgeladen sind, nicht mehr mit einem fixen Druckniveau dargestellt bzw. befriedigend geregelt werden kann. Das bedeutet, dass im Leerlauf der Versorgungsdruck auf ein niedriges Druckniveau abgesenkt und im Volllastbetrieb der Versorgungsdruck auf ein höheres Niveau Druckniveau angehoben werden muss. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Motor in jedem Betriebszustand, also auch im Volllastbetrieb mit der gerade notwendigen, also ausreichenden Menge Kraftstoffgas versorgt wird und dass der Motor im Leerlauf, also ohne Last ruhig läuft.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an, welche die im Kennzeichen des Anspruches 1 geoffenbarte Kombination von Merkmalen umfasst.
Die vorliegende Erfindung liegt also insbesondere darin, und unterscheidet sich vom bisherigen Stand der Technik dadurch, dass die zweite Druckreduzierstufe, also die Mitteldruck/Niederdruckstufe, über ein Proportionalventil aus- bzw. angesteuert wird bzw. durch als wesentlichen Bestandteil ein derartiges Ventil gebildet aufweist ist.
Die erste Druckstufe wird also mechanisch geregelt und reduziert den Gasdruck vom hohen Flaschendruck, also vom Hochdruck- auf den Mitteldruck-Bereich, also etwa beispielsweise auf ein Druckniveau etwa im Bereich von 20 bar.
Die zweite, variable Druckreduzierstufe wird über ein Proportionalventil dargestellt bzw. ist durch mit einem derartiges derartigen Ventil gebildet, wobei über die Öffnungs- bzw. Hubhöhe des Ventils der Gasstrom und somit auch der Niederdruck in der Versorgungsleitung für den Verbrennungsmotor reguliert werden.
Die Ansteuerung des Proportionalventils erfolgt über die bzw. mittels der Fahrzeugelektronik, vorzugsweise über ein Motorsteuergerät, welches durch eine, bevorzugterweise laufend online erfolgende, Auswertung von aktuell angelieferten Regelgrößen den Versorgungsdruck je nach momentanem Bedarf des Verbrennungsmotors variiert oder konstant hält.
Durch die Integration verschiedener Parameter in die Steuerung, wie zum Beispiel Motordrehzahl, Gaspedalstellung, Fahrzeuggeschwindigkeit u. dgl. kann so der Rail-Druck bereits vorgeregelt werden, um den für den jeweiligen Lastpunkt optimalen Druck des Kraftstoffgases vor den Injektorventilen des Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen.
Durch die hohen Anforderungen an die innere Dichtheit des Proportionalventils kann dieses Ventil im stromlosen Zustand auch gleichzeitig als vollwertiges Gas-Absperrorgan dienen und so verwendet werden. Bei bBisher bekannten Systemen müssen, um den hohen Dichtheitsanforderungen im Nicht-Betriebszustand gerecht zu werden, ein eigenes elektronisches Absperrventile verbauenverbaut werden. Die vorliegende Erfindung macht also ein Ein derartiges eigenes, also zusätzliches Absperrventil macht die vorliegende Erfindung überflüssig.
Wie dem Anspruch 1 zu entnehmen, kann für den Teil der neuen Druckreduzierstation, in welchem der Hochdruck auf Mitteldruck-Niveau abgesenkt wird, entweder nur ein einziges, diesens DruckdifferenzMassenstrom bewältigendes mechanisches Druckreduzierventil vorgesehen sein, oder aber eine Kombination von zwei derartigen, parrallel geschaltenten den Hochdruck in zwei Stufen absenkenden Druckreduzierventilen, wenn die Druckdifferenzder benötigte Massenstrom zu hoch ist.
Die gesamte Druckdifferenz zwischen Hochdruck- und Niederdruck-Anschluss der Druckreduzierstation kann bis zu 200 bar betragen. Durch die Expansion des KraftstoffgGases innerhalb der neuen Druckreduzierstation kommt estritt zu einer enormen Abkühlung desselben Kraftstoffgases ein, was dazu führen kann, das bei unzutreffender bzw. falscher Systemauslegung die Komponenten des Vordruckreglers vereisen. Aus diesem Grund sind in heutigen, bisher bekannten und in Gebrauch stehenden Druckreduzier-Systemen, eigene Anschlüsse für den Motorkühlwasserkreislauf vorgesehen, um die infolge der Expansion des Kraftstoffgases bei der Druckreduktion auftretende, enorme Kälteentwicklung zu reduzieren und ein Vereisen der Ventile zu verhindern.
Durch die den Einbau bzw. die Integration Integration eines Wärme liefernden bzw. den Abfluss von Wärme minimierenden Bauteils, wie ihn die magnetische Spule des in die Druckreduzierstation gemäß der Erfindung integrierten Proportionalventils darstellt, kann ein solcher Anschluss an den Motorkühlwasserkreislauf entfallen, was ebenfalls ein nicht zu unterschätzender Vorteil ist.
Durch eine präzise Abstimmung der Spulenwicklung dieses Ventils und deren sachgerechte Anordnung und Auslegung ist das gemäß der Erfindung in die neue Druckreduzierstation integrierte Proportionalventil imstande, immer derart genügend Wärme abzugeben, dass ein Einfrieren oder Vereisen der ersten, der mit einem oder mit zwei mechanischen Ventilen bestückten Hochdruck/Mitteld Druckreduzierstufe mit Sicherheit verhindert wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, in die neue Druckreduzierstation ein feineinstellend steuerbares, elektronisch arbeitendes Proportionalventil als Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventil in die neue Druckreduzierstation zu integrieren, das durch den jeweils gerade aktuellen Kraftstoffbedarf des Motors über eine entsprechende Steuereinheit auf den jeweils vom Motor entsprechend benötigten Niederdruck regelbar ist, wie dem Anspruch 2 zu entnehmen.
Besonders günstig und einbaufreundlich ist eine platzsparende Kompaktbauweise der neuen Druckreduzierstation, wie sie im Anspruch 3 geoffenbart ist.
In diesem Sinne ist, insbesondere für den Fall nur eines mechanischen Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventils, eine Bauweise eine Bauweise gemäß Anspruch 4 besonders vorteilhaft.
Günstigerweise zeichnet sich das in die neue Druckreduzierstation integrierte, elektronische Mitteldruck-/Niederdruck-Reduzierventil, wie dem Anspruch 5 zu entnehmen, durch hohe innere Dichtheit aus, wodurch, wie schon oben kurz erwähnt, auf ein wie bisher notwendiges, gesondertes Absperrventil zur Sicherung der neuen Anlage im Nicht-Betriebszustand verzichtet werden kann.
Ebenfalls im Sinne besonderer Kompaktheit ist ein Mitintegrieren der für die Aufnahme eines entsprechenden Steckers vorgesehenen Strom- und Datenversorgungsbuchse in das Gehäuse der neuen Druckreduzierstation von Vorteil, wie es aus dem Anspruch 6 hervorgeht.
Der Anspruch 7 betrifft eine bevorzugte Art der Ausführung bzw. des Baus der kurzen, in eine Grundplatte eingearbeiteten, insbesondere ringförmingen, Gasführungsleitung zwischen dem bzw. den mechanischen Ventil(en) und dem Proportionalventil der neuen Druckreduzierstation.
Dem Anspruch 8 ist eine bevorzugte Ausbildungsform bzw. Anordnung der Anschlüsse für der das der Druckreduzierstation zugeführtes Hochdruckgas und für das aus derselben abgeführtes Niederdruckgas zu entnehmen.
Schließlich beschäftigt sichD der Anspruch 9 mit beschäftigt sich mit der oben ebenfalls schon erwähnten Nutzung der Abwärme der elektrischen Spule des elektronischen Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventils der Druckreduzierstation zur Verhinderung einer Vereisung der Ventile.
Schließlich ist es für Extrembedingungen von Vorteil, ein Überdruckventil vorzusehen, wie dem Anspruch 10 zu entnehmen.
Zusammengefasst weist die erfindungsgemäße Anlage mit der eine neuen Kombination von mechanischem Druckreduzierventil bzw. mechanischen Druckreduzierungsventilen und dem- bzw. denselben nachgeordnetem elektronischem Proportionalventil aufweisenden Druckreduzierstation folgende Vorteile auf:

– Hohe Regelgenauigkeit, durch das Vorsehen und den Einbau des elektronischen Mitteldruck/Niederdruck-Proportionalventils
– Durch die elektronische Ansteuerung lässt sich der Raildruck vor dem Verbrennungsmotor variabel und somit optimal auf den lastabhängigen momentanen Bedarf des Verbrennungsmotors darstellen. Es ist dadurch der Raildruck stufenlos in einem weiten Bereich zwischen 3 und 12 bar einstellbar.
– Das die Druckreduzierstation enthaltende Bauteil baut äußerst kompakt, kann also äußerst platzsparend eingebaut werden.
– Ein eigenes Absperrventil für den Nichtbetriebszustand kann aufgrund der hohen inneren Dichtheit des Proportionalventils der neuen Druckreduzierstation entfallen
– Durch die Abwärme des Proportionalventils bzw. von dessen Spule wird der mechanische Vordruckregler vor betriebsstörender Vereisung geschützt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert:
Es zeigen die 1 schematisch eine Kraftstoffgas-Zuführungsanlage gemäß der Erfindung und die 2, die Ansicht eines Schnitts durch die in der neuen Kraftstoff-Versorgungsanlage zum Einsatz kommende neuartige kompakte Druck-Reduzierstation mit jeweils zwei parallel geschalteten mechanischen Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventilen und die 3 und 4 eine Kraftstoffgas-Zuführungsanlage und eine Druck-Reduzierstation mit nur einem mechanischen Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventil.
In der 1 ist gezeigt, wie bei der neuen Tank- und Kraftstoffzufuhranlage 100 vom Hochdruckanschluss 21 über ein Rückschlagventil 22 eine gemeinsame Hochdruckgasleitung 20 zu jeder der parallel an dieselbe genannte gemeinsame Hochdruck-Gasleitung 20 angeschlossenen Hochdruck-Gasflaschen 3 führt, deren jede mit einem Einlass-/Auslasskopf 30 ausgestattet ist.
Der hohe Druck hp des Hochdruck-Gases HG in der Hochdruck-Gasleitung 20 wird mittels einems gegebenenfalls gleich in die Hochdruck/Niederdruck-Reduzier- und Gasmengenregulier-Sstation 60 integrierten, Manometers bzw. Drucksensors 24 laufend gemessen, welches seinerseits den Wert des jeweils aktuellen hohen HochdDrucks hp des Kraftstoffgases HG an eine zentrale Steuerungseinheit 10 liefert.
Die Hochdruckgasleitung 20 mündet schließlich in die in einem Gehäuse 15 untergebrachte Hochdruck/Niederdruck-Reduzierstation 60. Dieselbe umfasst in der in 1 gezeigten Version mit der zweistufigen Druckreduzierung hochdruckseitig die Kombination von zweiein über einen den Anschluss 154 an die von den Hochdruck- Gasflaschen 3 kommende Hochdruck-Gasleitung 20 angeschlossenes angeschlossenen, zueinander parallel geschalteten mechanisches mechanischen Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventil- bzw. Vordruck-Einstellventilen (61), 61, 61' von welchem welchen – hier unterseitig – eine, am günstigsten in einern Gasführungsplatte-, insbesondere Metallblock (152) (siehe 2) des Gehäuses 15 eingebrachte, insbesondere eingeschraubte bzw. eingebohrteeingefräste, ringförmigekurze Mitteldruckleitung 153 (siehe 2) für Mitteldruck (mp) aufweisendes Kraftstoffgas MG ausgeht, welche, in das, vorzugsweise achsparallel zu dem m soeben genannten mechanischen Druckreduzierventilen 61, 61' angeordnete Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventil 764 mündet, welches ein elektronisch steuerbares, online hubhohen-regulierbares Proportionalventil mit einem Niederdruckausgang 155 ist. Von dort geht eine Niederdruck-Versorgungsleitung 70 für die Weiterführung des nun auf Niederdruck np gebrachten Kraftstoffgases Ng NG in die Versorgungs-Rail 74 mit den Abzweigungen über die Injektordüsen 75 zum Verbrennungsmotor 76 hinaus.
Derie Niederdruck in der Rail 74 selbst bzw. der in derselben aktuell herrschende Niederdruck np des Niederdruckgases NG wird laufend mittels Manometer 25 gemessen, dessen aktuelle Messwerte ebenfalls an die Steuerungseinheit 10 geliefert werden.
An die Steuerungseinheit 10 ist weiters ein vom Verbrennungsmotor 76 laufend mit den nötigen Messdaten versorgte Kraftstoff-Bedarfsermittlungs-Sensor angeschlossen. Von dieser eben genanntender Steuerungseinheit 10 wird unter laufender Verarbeitung der an dieselbe von den Manometern 24, 25 und vom Motor 76 gelieferten Messwerte ein Steuerungswert ermittelt, welcher an das Proportionalventil 764 in der Hochdruck/Niederdruck-Reduzier- und Gasmengenregulierstation 60 weitergegeben wird, wo dessen Hub je nach Bedarf des Motors 76 an Kraftstoffgas NG geregelt wird und dadurch der von dem Ventil 764 abgegebenen Niederdruck np des Niederdruckgases NG und somit die jeweils lastabhängig aktuelle, vom Verbrennungsmotor 76 benötigte Kraftstoffgasmenge geregelt wird.
Ergänzend ist noch festzuhalten, dass in das Gehäuse 15 beispielsweise oberhalb des der mechanischen Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventile 61 oder – wie hier nicht gezeigt – oberhalb des elektronischen Proportionalventils 764 mechanischen Ventil 61 eine Buchse 11 für den Anschluss des benötigten Stroms und für den Anschluss der Steuerungsdatenleitung von der Steuerungseinheit 10 her integriert ist.
Ein wesentlicher Vorteil der neuen kompakten Bauweise der erfindungsgemäß vorgesehenen Hochdruck-/Niederdruck-Reduzierstation 60 besteht darin, dass durch die Elektromagnet-Spule 765 des elektronischen Proportionalventil 764 so viel Wärme freigesetzt wird, dass ein störendes Vereisen der Druck-Reduzierstation 60 bzw. der sich in ihr befindlichen Gasleitungen und Ventile 61, 764, das infolge der hohen Expansion des Kraftstoffgases vom Hochdruckbereich hp etwa im Bereich von 200 bar in den Niederdruckbereich np etwa im Bereich von unter 20 bar eintreten würde, nicht mehr störend auftreten kann.
Die 2a bis 2g zeigent bei – sonst gleichbleibenden Bezugszeichenbedeutungen – vier Schnitte, A-A bis D-D, welche die Hauptfunktionsgruppen bei einer zwei mechanische Druckreduzierventile 61, 61' für die Reduktion des Hochdrucks hp auf Mitteldruck mp aufweisenden Druckreduzier- und Gasmengenregulier-Station 60 zeigen, sowie weiters eine Seitenansicht, eine Draufsicht und eine Schrägansicht dieser Station 60 zeigen.
Im Schnitt A-A gemäß 2a ist die mechanische Vordruckregelung mit den beiden mechanischen Druckreduzierventilen 61, 61' dargestellt, welche den Hochdruck hp des aus den Hochdruckflaschen 3 kommenden Hochdruck-Kraftstoffgases HGden Hochdruck hp auf den Mitteldruck mp reduziert. Die Anzahl der hier benötigten Ventileanzahl wird auf den maximalen Gasdurchfluss abgestimmt und besteht aus umfasst höchstens zwei Ventilen 61 und 61'. Die Ventile 61 und 61' sind in den Gasführungsblock 151 integriert. Die Verbindung zwischen den Ventilen 61, 61' und dem Proportionalventil 764 wird überhier über einen, durch eine ringförmige, Nut 153, welche in die Grundplatte 152 eingearbeitete ist Nut 153 gebildeten Gasführungskanal, dargestellt.
Die Grundplatte 152 ist mittelshier mittels einer zentralen Schraube 149 gasdicht mit dem Gasführungsblock 151 verbunden, (siehe Schnitt B-B) der 2b.
Der Schnitt C-C der 2c zeigt das Mitteldruck-/Niederdruckreduzierventil 764 und die Niederdruckgasabführung 155. Weiters ist dort der Hochdrucksensor 24 der über eine Bohrung 156 mit der Hochdruckzufuhrbohrung 157, siehe 2a, verbunden ist, dargestellt.
Im Schnitt D-D der 2d ist dasein Überdruckventil 26 dargestellt, welches im Falle einer Fehlfunktion des Ventils 764 einen plötzlichen Druckanstieg in der Niederdruckleitung 70, siehe 1, durch das aAblassen des Gases über die Bohrung 27 in die Umgebung verhindert, dargestellt.
Die 2e bis 2g zeigen eine Seitenansicht, eine Draufsicht und eine Schrägansicht der neuen Druckreduzier- und Gasmengenregulier-Station 60, wobei in den 2e und 2f die Führung der Schnitte A-A bis D-D gezeigt ist einen instruktiven Schnitt durch die neue Kompakt-Hochdruck/Niederdruck-Reduzierstation 60, die den inneren Bau der miteinander kooperierenden und kompakt zusammengeschlossenen Ventile 61, 764 im Detail zeigt, wobei aus diese Figur klar die im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Ausführungsart hervorgeht, bei welcher die Achse A1 des mechanischen Druckreduzierventils 61 und die Achse A3 des elektronischen Proportionalventils 764 so wie die Achse der kurzen Verbindungsleitung 153 in Block 152 zwischen den beiden Ventilen 61, 764 in einer gemeinsamen geometrischen Ebene liegend angeordnet sind.
In der 3 ist – bei sonst gleichbleibenden Bezugszeichenbedeutungen – gezeigt, wie bei der neuen Tank- und Kraftstoffzufuhranlage 100 vom Hochdruckanschluss 21 über ein Rückschlagventil 22 eine gemeinsame Hochdruckgasleitung 20 zu jeder der parallel an die genannte gemeinsame Hochdruck-Gasleitung 20 angeschlossenen Hochdruck-Gasflaschen 3 führt, deren jede mit einem Einlass-/Auslasskopf 30 ausgestattet ist.
Der hohe Druck hp des Hochdruck-Gases HG in der Hochdruck-Gasleitung 20 wird mittels, gegebenenfalls in die Druckreduzierstation 60 integrierten, Manometers bzw. Drucksensors 24 laufend gemessen, welches bzw. welcher seinerseits den Wert des jeweils aktuellen hohen Drucks hp an eine zentrale Steuerungseinheit 10 liefert.
Die Hochdruckgasleitung 20 mündet in die in einem Gehäuse 15 untergebrachte Hochdruck/Niederdruck-Reduzier- und Gasmengenregulierstation 60. Dieselbe umfasst hochdruckseitig hier einziges, über einen Anschluss 154 an die von den Hochdruck-Gasflaschen 3 kommende Hochdruck-Gasleitung 20 angeschlossenes mechanisches Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventil bzw. Vordruck-Einstellventil 61, von welchem unterseitig eine, am günstigsten in einen Gasführungs-, insbesondere Metallblock 152 eingebrachte, insbesondere eingeschraubte, eingebohrte oder eingefräste, kurze Mitteldruckleitung 153 ausgeht, welche in das achsparallel zum soeben genannten mechanischen Druckreduzierventil 61 angeordnete Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventil 764 mündet, welches durch ein elektronisch steuerbares, online hubhöhenregulierbares Proportionalventil mit einem Niederdruckausgang 155 gebildet ist.
Von dort geht eine Niederdruck-Versorgungsleitung 70 für die Weiterführung des nun auf Niederdruck np gebrachten Kraftstoffgases NG in die Versorgungs-Rail 74 mit den Abzweigungen 75 zum Verbrennungsmotor 76 aus. Die Rail 74 selbst bzw. der in derselben aktuell herrschende Niederdruck np des Niederdruckgases NG wird laufend mittels Drucksensors 25 gemessen, dessen aktuelle Messwerte ebenfalls an die Steuerungseinheit 10 geliefert werden.
An die Steuerungseinheit 10 ist weiters ein vom Verbrennungsmotor 76 laufend mit den nötigen Messdaten versorgter Kraftstoff-Bedarfsermittlungs-Sensor angeschlossen. Von dieser eben genannten Steuerungseinheit 10 wird unter laufender Verarbeitung der an dieselbe von den Manometern bzw. Drucksensoren 24, 25 und vom Motor 76 bzw. von dessen Kraftstoff-Bedarfsermittlungs-Sensor gelieferten Messwerte ein Steuerungswert ermittelt, welcher an das Proportionalventil 764 in der Hochdruck/Niederdruck-Reduzierstation 60 weitergegeben wird, wo dessen Hub je nach Bedarf des Motors 76 an Kraftstoffgas NG mit Niederdruck np geregelt wird und dadurch der von dem Ventil 764 abgegebene Niederdruck np und somit die jeweils lastabhängig aktuelle, vom Verbrennungsmotor 76 benötigte Kraftstoffgasmenge geregelt wird. (siehe Anspruch 2, Unter "Kraftstoff-Bedarfsermittlungs-Sensor ist Folgendes zu verstehen: D die Ermittlung der benötigten Gasmenge und denr damit verbundenen Öffungshub des Ventils 764 wird über die Auswertung der Drucksensoren und Fahrzeugsignalen, wie Motorlast, mit Hilfe eines entsprechenden Kennfeldes gesteuert, hier kurz eben als Kraftstoff-Bedarfsermittlungs-Sensoren bezeichnet, siehe auch Anspruch 2., in diesem Sinne gibt es nicht.)
Ergänzend ist noch festzuhalten, dass in das Gehäuse 15 beispielsweise oberhalb des mechanischen Ventils 61 eine Buchse 11 für den Anschluss des vom elektronischen Proportionalventil 764 bzw. von dessen Spule 765 benötigten Stroms und für den Anschluss der Steuerungsdatenleitung von der Steuerungseinheit 10 her integriert ist.
Die 4 zeigt bei – sonst gleichbleibenden Bezugszeichenbedeutungen – einen instruktiven Schnitt durch die neue Kompakt-Hochdruck/Niederdruck-Reduzierstation 60, mit nur einem mechanischen Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventil 61, die den inneren Bau der miteinander kooperierenden und im Gehäuse 15 kompakt zusammengeschlossenen Ventile 61 und, 764 im Detail zeigt, wobei aus dieser Figur klar die im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Ausführungsart hervorgeht, bei welcher die Achse A1 des mechanischen Druckreduzierventils 61 und die Achse A3 des elektronischen Proportionalventils 764 so wie die Achse A2 der kurzen Verbindungsleitung 153 in dem Grundblock bzw. der Grundplatte 152 zwischen den beiden Ventilen 61, 764 in einer gemeinsamen geometrischen Ebene liegend angeordnet sind.
Ein wesentlicher Vorteil der neuen kompakten Bauweise der erfindungsgemäß vorgesehenen Hochdruck-/Niederdruck-Reduzier- und Gasmengenregulier-Station 60 besteht darin, dass durch die Elektromagnet-Spule 765 des elektronischen Proportionalventils 764 so viel Wärme freigesetzt wird, dass ein störendes Vereisen der Druck-Reduzierstation 60 bzw. der sich in ihr befindlichen Gasleitungen und Ventile 61, 764, das infolge der hohen Expansion des Kraftstoffgases HG vom Hochdruckbereich hp etwa im Bereich von 200 bar in den Niederdruckbereich np etwa im Bereich von unter 20 bar eintreten würde, nicht mehr störend auftreten kann.

Claims

Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage (100) für mit einem Kraftstoffgas, wie insbesondere Methan, Erdgas, Flüssiggas, Wasserstoff od. dgl., betriebene Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, welche eine Mehrzahl von über eine Hochdruck-Gaszu- und -ableitung (20) jeweils mit unter Hochdruck (hp), vorzugsweise im Bereich von 100 bis 300 bar, stehendem Kraftstoffgas (HG) befüllbaren Hochdruck-Gasflaschen (3) aufweist, wobei an die für das Füllen der Hochdruck-Gasflaschen (3) und für deren Entleerung und Weiterleitung des Hochdruckgases (HG) vorgesehene gemeinsame Hochdruck-Gasleitung (20) zueinander parallel geschaltet angeschlossene und über dieselbe miteinander in Verbindung stehenden Hochdruck-Gasflaschen (3) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, – dass die – nach erfolgtem Füllen der Hochdruck-Gasflaschen (3) mit dem Hochdruck-Gas – eingangs- bzw. füll-seitig mittels Sperrorgan, insbesondere Rückschlags-Sperrventil (22), geschlossene und bei deren Entleerung, insbesondere während des Fahrbetriebs, in dieser Weise geschlossen gehaltene, gemeinsame Hochdruck-Gasleitung (20), weiterleitungsseitig an eine Hochdruck/Niederdruck-Reduzier- und Gasmengenregulier-Station (60) angeschlossen ist, welche eingangsseitig entweder a) zwei in ihrem Druckreduktionsvermögen in zwei Druckreduktionsstufen aufeinander abgestimmte, parallel geschaltete, vorzugsweise in einem gemeinsamen Baublock angeordnete, hintereinander geschaltete, relativ grob druckeinstellbare mechanische Hochdruck-/Mitteldruck-Reduzierventile bzw. Vordruck-Einstellventile (61, 61'), oder aber b) nur ein einziges derartiges mechanisches Hochdruck/Mitteldruck-Reduzier- bzw. Vordruck-Einstellventil (61) aufweist, wobei die Ventile (61, 61') bzw. das einzige Ventil (61) den Hochdruck (hp) des Kraftstoffgases (HG) auf Mitteldruck (mp), vorzugsweise auf einen solchen im Bereich von 10 bis 30 bar, insbesondere von 15 bis 25 bar, reduzieren bzw. reduziert, und wobei an die unter a) genannten zwei Reduzierventile (61, 61') oder an das unter b) genannte einzige mechanische Druckreduzierventil (61) nur ein – über eine, vorzugsweise nur kurze, Mitteldruck-Gasführung (153) an dieselben bzw. an dasselbe angeschlossenes, auslass-seitig Kraftstoff-Gas (NG) mit Niederdruck (np) bzw. Versorgungsdruck abgebendes und den genannten auslass-seitigen Niederdruck (np) des Gases (NG) mittels einer zumindest von dem jeweils gerade aktuellen Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine (76) und von einer Versorgungsdruck-Messeinrichtung (25) abhängig regelbaren elektronischen Steuerungseinheit (10) feineinstellend steuerbares elektronisches, bevorzugterweise mit definiertem variablem Hub arbeitendes, das Niederdruck-Gas (NG) mit einem unmittelbar dem momentanen Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine (76) angepassten Niederdruck (np), vorzugsweise in einem Bereich zwischen 3 und 12 bar, abgebendes – Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventil (764) angeschlossen ist, – wobei das genannte Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventil (764) zusammen mit den beiden Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventilen (61, 61') bzw. mit dem einzigen Hochdruck-/Mitteldruck-Reduzierventil (61) und zusammen mit einer gemeinsamen Stromversorgungs- und Steuerdaten-Anschlussbuchse (11) in einem gemeinsamen, vorzugsweise kompakten, Gehäuse (15) od. dgl. untergebracht sind bzw. ist, und – dass von der Hochdruck/Niederdruck-Reduzier-Station (60) bzw. von deren Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventil (764) letztlich eine, vorzugsweise kurze, Niederdruck-Gasleitung (70) zu dem Kraftstoffgas-Verteiler (74) für die Versorgung der Verbrennungskraftmaschine (76) mit der jeweils aktuell benötigten Menge an Niederdruck-Kraftstoffgas (NG), gesteuert mittels der bzw. über die elektronische Steuerungseinheit (10) und Niederdruck-Messeinrichtung (25) bzw. von deren Sensorik weg führt.
Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventil (764) der Hochdruck/Niederdruck-Reduzierstation (150) ein feineinstellend steuerbares elektronisches, bevorzugterweise mit definiertem variablen Hub arbeitendes, Ventil ist, welches über eine bzw. mittels einer elektronische(n) Steuerungseinheit (10) aufgrund der Ergebnisse der Auswertung von im Fahrzeug vorhandenen bzw. von demselben gelieferten Signalen, insbesondere der Auswertung von jeweils gerade aktuellem über den bzw. mittels dem Niederdruck-Sensor (25) gemessenen Versorgungsdruck (np) in der Rail von der Motordrehzahl, der Gaspedalstellung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und/od. dgl., steuerbar ist.
Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie als – nur einen einzigen kompakten blockartigen Bauteil umfassende, das aus den Hochdruck-Gasflaschen (3) kommende Hochdruck-Gas (HG) jeweils aktuell verbrauchsabhängig in Niederdruck-Gas (NG) druckreduzierende – Hochdruck/Niederdruck-Reduzier- und Gasmengenregulier-Einheit (60) vorliegt, – wobei in einem einzigen gemeinsamen Gehäuse (15) das die beiden mechanischen Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventile (61, 61') bzw. das einzige mechanische Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventil (61) und das unmittelbar an dieselben bzw. an dasselbe über die kurze Verbindungsleitung (153) angeschlossene, elektronische Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventil (764) sowie weiters die Stromversorgungs- und Datenfluss-Anschlussbuchse (11) untergebracht sind.
Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Druckreduzier-Ventile (61, 61' 764) in dem Gehäuse (15) der Hochdruck/Niederdruck-Reduzier- und Gasmengeregulier-Einheit (60) mit zueinander parallelen Ventil-Achsen (A1, A1', A2), die zusammen mit der Mitteldruckgasführung (153) mit der Achse (A3) zwischen den beiden Ventilen (61, 764) in einer gemeinsamen geometrischen Ebene liegen, angeordnet sind.
Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventil (764) auf Grund seiner hohen inneren Dichtheit im geschlossenen, stromlosen Zustand, neben seiner eigentlichen Funktion als Druckregelventil während des Betriebes des Fahrzeuges, auch als Absperrventil im Nicht-Betriebszustand vorgesehen ist.
Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungs- und Datenfluss-Anschlussbuchse (11), bevorzugt oberhalb des Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventils (764) mechanischen Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventils (61) angeordnet, in das gemeinsame Gehäuse (15) der Hochdruck/Niederdruck-Reduzier- und Gasmengenregulier-Einheit (60) integriert ist.
Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall eines einzigen Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventils (61) dasselbe mitteldruck-ausgangsseitig über einen in einern Gasführungsblock Grundplatte (1522) aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, eingearbeiteten bzw. eingeschraubten, als Anschluss dienenden Mitteldruck-Verbindungskanal (153) mit dem Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventil (764) verbunden ist.
Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der eingangs-seitige Gaszufluss-Anschluss (154) für Hochdruck-Gas (HG) an die Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventile (61, 61') bzw. an das einzige Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventil (61), und der ausgangs-seitige Gasabführungsanschluss (155) für das Niederdruck-Gas (NG) und der Hochdrucksensor (24) auf der gleichen Seite des Gehäuses (15) der Hochdruck/Niederdruck-Reduzier- und Gasmengen-Reguliereinheit (60) bzw. von deren Gasführungsblock (1512) angeordnet sind, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die beiden genannten Anschlüsse (154, 155) und der Hochdrucksensor (24) im Wesentlichen senkrecht zum Verlauf des Mitteldruck-Verbindungskanals (153) den Ventil-Achsen (A1, A1', A2) angeordnet sind.
Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (765) des Mitteldruck/Niederdruck-Reduzierventils (764) derart angeordnet und/oder gebaut und abgestimmt ist, dass durch deren Abwärme die Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventile (61, 61') bzw. insbesondere das einzige Hochdruck/Mitteldruck-Reduzierventil (61) vor einem Einfrieren, bzw. Vereisen geschützt sind bzw. ist.
Tank- und Kraftstoffzufuhr-Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Überdruckventil (26) aufweist, welches über eine Bohrung mit dem Niederdruckanschluss (155) verbunden ist, mittels welchem im Falle eines plötzlichen Druckanstieges in der Versorgungsleitung (70), beispielsweise verursacht durch eine Fehlfunktion des Bauteils, der Überdruck, durch Öffnen dieses Ventils (26) abbaubar ist.