DE102011108469A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoffen in einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoffen in einen Verbrennungsmotor Download PDF

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Abstract

Ein Einspritzen von Kraftstoffen in einen Verbrennungsmotor (30) für ein Fahrzeug (10) wird beschrieben. Dabei ist ein erster Kraftstoff der Kraftstoffe ein unter Normaldruck und bei einer Temperatur von mehr als 10°C gasförmiger Kraftstoff und ein zweiter Kraftstoff der Kraftstoffe ist ein unter Normaldruck und bei einer Temperatur von mehr als 10°C flüssiger Kraftstoff. In einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs (10) wird der erste Kraftstoff mit einem ersten Druck einer Hochdruckpumpe (13) zugeführt, wobei die Hochdruckpumpe (13) in der ersten Betriebsart den ersten Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor (30) pumpt. In einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs (10) wird der zweite Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor (30) gepumpt. Beim Umschalten von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart wird der zweite Kraftstoff mit einem zweiten Druck zu der Hochdruckpumpe (13) gepumpt, welcher höher als der erste Druck ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um verschiedene Kraftstoffe, wobei einer dieser Kraftstoffe insbesondere Flüssiggas ist, in einen Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug einzuspritzen sowie eine entsprechend ausgestaltete Vorrichtung und ein entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug.
  • Die WO 2009/110792 A1 beschreibt eine Anordnung, um LPG und einen flüssigen Brennstoff einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung zuzuführen. Dabei existiert eine Reinigungseinheit, um eine Brennstoffleitung, welche mit einer Hochdruckpumpe verbunden ist, zu reinigen, indem der Druck in der Brennstoffleitung zwischen LPG und dem flüssigen Brennstoff angeglichen wird.
  • Die WO 2009/155684 A1 offenbart ein Ventil zum Einspritzen von Brennstoff, um sowohl flüssigen als auch gasförmigen Brennstoff in einen Verbrennungsmotor zu spritzen.
  • Die nach dem Stand der Technik verfügbaren Systeme, welche entweder LPG oder Benzin in einen Verbrennungsmotor einspritzen, gewährleisten nicht unter allen kundenrelevanten Bedingungen einen reibungslosen Betriebsartenwechsel von einem Kraftstoff zum jeweils anderen Kraftstoff.
  • Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, insbesondere bei einem Betriebsartenwechsel von LPG zu einem flüssigen Brennstoff bzw. Kraftstoff ein Erzeugen von Dampfblasen zu vermeiden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoffen in einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoffen in einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 4 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoffen in einen Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei handelt es sich bei einem ersten dieser Kraftstoffe um einen gasförmigen Kraftstoff, wie beispielsweise Flüssiggas, welcher unter Normaldruck (1013,25 hPa) und einer normalen Umgebungstemperatur (einer Temperatur von mehr als 10°C oder mehr als 0°C) gasförmig ist. Bei einem zweiten dieser Kraftstoffe handelt es sich um einen flüssigen Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin oder Diesel, welcher unter Normaldruck und der normalen Umgebungstemperatur flüssig ist. In einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs wird das Fahrzeug mit dem ersten Kraftstoff betrieben, indem der erste Kraftstoff, welcher mit einem ersten Druck am Eingang einer Hochdruckpumpe anliegt, mit Hilfe dieser Hochdruckpumpe zu dem Verbrennungsmotor gepumpt wird. In einer zweiten Betriebsart wird das Fahrzeug mit dem zweiten Kraftstoff betrieben. Beim Umschalten von der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart wird der zweite Kraftstoff mit einem zweiten Druck zu der Hochdruckpumpe gepumpt, wobei dieser zweite Druck größer als der erste Druck ist.
  • Während die Hochdruckpumpe bei der ersten Betriebsart im Betrieb ist, um den ersten Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor zu pumpen, wo der erste Kraftstoff beispielsweise mittels einer weiteren Hochdruckpumpe oder mittels eines Injektors in die Zylinder eingespritzt wird, muss sich die Hochdruckpumpe bei der zweiten Betriebsart nicht im Betrieb befinden. In der zweiten Betriebsart kann der zweite Kraftstoff beispielsweise mit Hilfe eines Rückschlagventils, welches in der ersten Betriebsart geschlossen ist, an der Hochdruckpumpe vorbeigeführt werden. Mit anderen Worten kann der zweite Kraftstoff in der zweiten Betriebsart die Hochdruckpumpe erreichen oder nicht (da er zumindest nach erfolgreicher Umstellung auf den zweiten Kraftstoff daran vorbeigeführt wird).
  • Indem zumindest beim Umschalten von der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart der zweite Kraftstoff mit einem Druck zu der Hochdruckpumpe gepumpt wird, welcher größer als der erste Druck ist, können Reste des dampfdruckkritischen ersten Kraftstoffs, welche sich noch in Leitungen vor der Hochdruckpumpe befinden, auch während einem Betriebsartenwechsel vom ersten Kraftstoff zum zweiten Kraftstoff in der flüssigen Phase verbleiben, so dass vorteilhafterweise eine Erzeugung von Dampfblasen vermieden wird.
  • Dazu wird insbesondere der erste Druck derart eingestellt, dass er größer als ein Mindestdruck ist, welcher ausreicht um den ersten Kraftstoff flüssig zu halten.
  • Wie groß dieser Mindestdruck, der erste Druck und damit auch der zweite Druck sind, hängt davon ab, wo sich die Hochdruckpumpe und damit das Zuleitungssystem zu dieser Hochdruckpumpe befinden. Im Hinterwagen herrscht im Normalfall eine maximale Umgebungstemperatur von 40°C, so dass mit einer maximalen Tanktemperatur von 50°C gerechnet wird, woraus sich ein Mindestdruck für Propan von 17 bar ergibt. Dagegen herrscht im Motorraum eine maximale Umgebungstemperatur von 90 bis 100°C, woraus sich ein Mindestdruck für Propan von bis zu 43 bar ergibt.
  • Insbesondere wird der zweite Kraftstoff solange mit dem zweiten Druck zu der Hochdruckpumpe gepumpt, bis sich innerhalb von eingangsseitig an der Hochdruckpumpe angeschlossenen Zuleitungen der erste Kraftstoff nicht mehr befindet. Anschließend kann der zweite Kraftstoff mit einem Druck zu der Hochdruckpumpe gepumpt werden, welcher unterhalb des zweiten Drucks liegt.
  • Der zweite Kraftstoff wird erfindungsgemäß nur solange mit dem hohen zweiten Druck gepumpt, bis sich zwischen einem Leitungspunkt, welcher sowohl mit einem Tank für den ersten Kraftstoff als auch mit einem Tank für den zweiten Kraftstoff in Verbindung steht, und der Hochdruckpumpe kein erster Kraftstoff mehr befindet. Da anschließend nicht mehr die Gefahr besteht, dass es aufgrund eines zu geringeren Drucks zur Erzeugung von Dampfblasen des ersten Kraftstoffs kommt, kann dann der Druck, mit welchem der zweite Kraftstoff gepumpt wird, auch unter den Mindestdruck (um den ersten Kraftstoff flüssig zu halten) abgesenkt werden.
  • Der erste Kraftstoff kann dabei insbesondere aus Flüssiggas, einem Gemisch aus Propan und Butan, bestehen. Dabei ist das Mischungsverhältnis von Propan und Butan beliebig. D. h., auch reines Propan oder reines Butan werden als Flüssiggas bzw. LPG (”Liquefied Petroleum Gas”) verstanden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung bereitgestellt, um Kraftstoffe in einen Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug einzuspritzen. Dabei handelt es sich bei einem ersten dieser Kraftstoffe um einen bei Normaldruck und bei einer normalen Umgebungstemperatur gasförmigen Kraftstoff und bei einem zweiten dieser Kraftstoffe um einen bei Normaldruck und bei einer normalen Umgebungstemperatur flüssigen Kraftstoff. Die Vorrichtung umfasst eine Hochdruckpumpe, eine Umschalteinheit und eine Steuerung. In einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass der erste Kraftstoff mit einem ersten Druck der Hochdruckpumpe zugeführt wird und dass die Hochdruckpumpe den ersten Kraftstoff zum Verbrennungsmotor pumpt. In einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass der zweite Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor gepumpt wird. Beim Umschalten von der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart wird der zweite Kraftstoff mit einem zweiten Druck zu der Hochdruckpumpe gepumpt, welcher höher als der erste Druck ist.
  • Wie noch genauer erläutert werden wird, erreicht der zweite Kraftstoff beim Betriebsartenwechsel von der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart zumindest anfänglich die Hochdruckpumpe, um dadurch den ersten Kraftstoff vor der Hochdruckpumpe wegzudrücken. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung dagegen bereits länger in der zweiten Betriebsart betrieben wird, kann der zweite Kraftstoff die Hochdruckpumpe erreichen, muss es aber nicht, da er beispielsweise mit Hilfe eines Rückschlagventils an der Hochdruckpumpe vorbeigeführt wird. Anders ausgedrückt wird die Hochdruckpumpe zum Pumpen des ersten Kraftstoffs eingesetzt. Zum Pumpen des zweiten Kraftstoffs kann die Hochdruckpumpe eingesetzt werden, aber in der Regel ist es nicht notwendig die Hochdruckpumpe dafür einzusetzen.
  • Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich eine Pumpe, um den ersten Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe zu pumpen.
  • Mit anderen Worten gibt es eine erste und eine zweite Ausführungsform. Gemäß der ersten kompakteren Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Hochdruckpumpe, welche in der ersten Betriebsart den ersten Kraftstoff aus einem Tank des ersten Kraftstoffs heraus und zu dem Verbrennungsmotor pumpt. Dagegen umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform eine Pumpe und eine Hochdruckpumpe. Die Pumpe pumpt in der ersten Betriebsart den ersten Kraftstoff aus dem Tank des ersten Kraftstoffs zu der Hochdruckpumpe und die Hochdruckpumpe pumpt ihrerseits den ersten Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor.
  • Die Umschalteinheit kann mittels eines Druckübersetzers realisiert werden. Diesem Druckübersetzer kann der zweite Kraftstoff mit einem dritten Druck zugeführt werden, wobei der Druckübersetzer den dritten Druck mit einem einzigen Hub in den zweiten Druck übersetzt.
  • Dabei wird unter einem Druckübersetzer eine Einrichtung verstanden, welche einen ihr zugeführten Druck (im vorliegenden Fall der mit dem dritten Druck zugeführte zweite Kraftstoff) in einen Arbeitsdruck ändert, insbesondere erhöht. Bei dem Druckübersetzer kann es sich beispielsweise um eine Freikolbenmaschine handeln, bei welcher sich der zugeführte Druck und der Arbeitsdruck wie die Flächen der eingesetzten Kolben der Freikolbenmaschine verhalten. Bei der vorliegenden Erfindung arbeitet der Druckübersetzer insbesondere diskontinuierlich mit einem einzigen Hub, wie es später noch genauer erläutert wird.
  • Dem Druckübersetzer kann zum einen der zweite Kraftstoff zugeführt werden, wie es oben beschrieben ist. Es ist allerdings auch möglich, dass dem Druckübersetzer der erste Kraftstoff mit dem ersten Druck zugeführt wird, wobei der Druckübersetzer derart ausgestaltet ist (d. h. die Kolben weisen entsprechende Flächen auf), dass er diesen ersten Druck mit einem einzigen Hub in den zweiten Druck übersetzt.
  • Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Umschalteinheit statt dem Druckübersetzer eine Pumpeneinrichtung, welche beim Umschalten von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart den zweiten Kraftstoff mit Motorleistung (d. h. mit Hilfe eines Motors) unter den zweiten Druck setzt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches den Verbrennungsmotor und eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Fahrzeuge geeignet, welche mit zwei verschiedenen Kraftstoffen, wobei zumindest einer von diesen unter Normaldruck gasförmig ist, betrieben werden. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung beispielsweise auch für Fahrzeuge geeignet ist, welche mit mehr als zwei verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden können. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung auch für Schiffe, Flugzeuge sowie gleisgebundene oder spurgeführte Fahrzeuge geeignet. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch bei stationären Verbrennungsrotoren eingesetzt werden.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
  • In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung dargestellt, welche neben einer Hochdruckpumpe eine Pumpe zum Pumpen des ersten Kraftstoffs umfasst.
  • In 2 ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung dargestellt, wobei die Hochdruckpumpe und die Pumpe der ersten Ausführungsform durch nur eine Hochdruckpumpe realisiert sind.
  • In 3 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 zum Einspritzen von einem ersten und einem zweiten Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug dargestellt. Der erste Kraftstoff, beispielsweise LPG, befindet sich in einem ersten Tank 25 während sich der zweite Kraftstoff, beispielsweise Benzin, in einem zweiten Tank 24 befindet. An dem ersten Tank 25 befindet sich ein Temperatursensor TT und ein Drucksensor pT. Der erste Kraftstoff wird in einer ersten Betriebsart der Vorrichtung 20 oder des Fahrzeugs mittels einer Pumpe 12 über ein Rückschlagventil 3 zu einem Sammelpunkt 8 oder Verteilpunkt 8 und von dort zu einer Hochdruckpumpe 13 gepumpt. Der zweite Kraftstoff wird in einer zweiten Betriebsart der Vorrichtung oder des Fahrzeugs mittels einer Pumpe 11 über eine Umschalteinheit 6 ebenfalls zu dem Sammelpunkt 8 gepumpt.
  • In der ersten Betriebsart des Fahrzeugs wird ein Verbrennungsmotor des Fahrzeugs, welcher in 1 in Form einer Sammelschiene bzw. Rail 15 dargestellt ist, mit dem ersten Kraftstoff gespeist. Wie bereits oben angedeutet ist, wird dabei der erste Kraftstoff mittels der Pumpe 12 über das geöffnete Rückschlagventil 3 zu der Hochdruckpumpe 13 gefördert, welche den ersten Kraftstoff mit einem Druck von ca. 43 bar zu einer weiteren Hochdruckpumpe 14 pumpt, welche den ersten Kraftstoff dann mit bis zu 200 bar in die Zylinder des Verbrennungsmotors einspritzt. Vor der weiteren Hochdruckpumpe 14 befindet sich ein Drucksensor pHD und ein Temperatursensor THD. Um einen überflüssigen Anteil des ersten Kraftstoffs zurückzuführen existiert vor der weiteren Hochdruckpumpe 14 ein Rücklauf, welcher mit einem Absperrventil 22 schaltbar ist. Dieser Rücklauf dient vorrangig dem Abführen von ausgegastem Kraftstoff, da an der weiteren Hochdruckpumpe 14 in der Nähe des Verbrennungsmotors hohe Temperaturen herrschen, so dass sich bei einem Wiederstart nach einem Abstellen des Fahrzeugs Dampfblasen bilden könnten. In diesem Rücklauf befindet sich auch ein Rückschlagventil 5 und eine Kühlvorrichtung 16, um den aus der Nähe des Verbrennungsmotors zurückgeführten ersten Kraftstoff zu kühlen. Darüber hinaus existieren in dem Rücklauf ein weiteres Rückschlagventil 4 und eine Drossel 26, um den Druck des zurückgeführten ersten Kraftstoffs zu verringern, bevor dieser in den Tank 25 zurückgeführt wird. In der ersten Betriebsart herrscht nach der Pumpe 12, also zwischen der Pumpe 12 und der Hochdruckpumpe 13, ein Druckniveau von bis zu ca. 17 bar, wobei zwischen der Hochdruckpumpe 13 und der weiteren Hochdruckpumpe 14 ein Druckniveau von bis zu ca. 43 bar herrscht.
  • In einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs wird der Verbrennungsmotor mit dem zweiten Kraftstoff gespeist. Dabei wird der zweite Kraftstoff mit der Pumpe 11 über die Umschalteinheit 6 zu dem Sammelpunkt 8 geführt, von welchem der zweite Kraftstoff über ein Rückschlagventil 9, welches parallel zu der Hochdruckpumpe 13 angeordnet ist, an der Hochdruckpumpe 13, welche sich nicht in Betrieb befindet, vorbei, zu der weiteren Hochdruckpumpe 14 geleitet. Die weitere Hochdruckpumpe 14 spritzt den zweiten Kraftstoff in ähnlicher Weise wie den ersten Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors. Dabei kann die Kraftstoffeinspritzung sowohl des ersten als auch des zweiten Kraftstoffs ins Saugrohr oder direkt in den Brennraum erfolgen. In der zweiten Betriebsart herrscht nach der Pumpe 11 ein Druckniveau von bis zu ca. 7 bar und maximal 10 bar.
  • Im Folgenden wird ein Betriebsartenwechsel von der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart beschrieben. Dabei befinden sich zu Beginn des Betriebsartenwechsels also in der ersten Betriebsart sowohl die Pumpe 12 als auch die Hochdruckpumpe 13 im Betrieb.
  • Um nun zu der zweiten Betriebsart zu wechseln (und dem Verbrennungsmotor den zweiten Kraftstoff zuzuführen), wird die Pumpe 11 in dem Tank 24 des zweiten Kraftstoffs eingeschaltet und ein Absperrventil 21 innerhalb der Umschalteinheit 6 geöffnet. Da eingangsseitig eines Druckübersetzers 7 der Umschalteinheit 6 der erste Kraftstoff mit dem von der Pumpe 11 erzeugten Druck zugeführt wird, erhöht sich entsprechend ein Druck am Ausgang des Druckübersetzers 7, so dass sich ein erstes Rückschlagventil 1 der Umschalteinheit 6 schließt und ein zweites Rückschlagventil 2 der Umschalteinheit 6 öffnet. Dadurch wird der zweite Kraftstoff mit einem Druck dem Sammelpunkt 8 zugeführt, welcher oberhalb desjenigen Drucks liegt, unter welchen der erste Kraftstoff mit Hilfe der Pumpe 12 zum Sammelpunkt 8 oder zur Hochdruckpumpe 13 gepumpt wird. Dadurch schließt sich das Rückschlagventil 3 und der erste Kraftstoff wird aus den Leitungen vor der Hochdruckpumpe 13 in die Hochdruckpumpe 13 gedrückt und von dort zu der weiteren Hochdruckpumpe 14 gepumpt. Dabei fällt der Druck des ersten Kraftstoffs vor der Hochdruckpumpe 13 niemals unter den von der Pumpe 12 erzeugten Druck, so dass der erste Kraftstoff niemals unter einen Mindestdruck fällt, welcher erforderlich ist, dass der erste Kraftstoff bei den vor der Hochdruckpumpe 13 herrschenden Temperaturen immer flüssig bleibt.
  • Zu Beginn des Betriebsartwechsels weist der Druckübersetzer 7 einen minimalen Hub seines Arbeitskolbens auf (d. h. der Kolben befindet sich links in 1). Sobald der erste Kraftstoff durch das Öffnen des Absperrventils 21 dem Druckübersetzer 7 eingangsseitig zugeführt wird, bewegt sich der Arbeitskolben nach rechts, bis er seinen maximalen Hub erreicht hat. Das Volumen, welches durch die einmalige Bewegung des Arbeitskolbens von links nach rechts (maximaler Hub) durch den Druckübersetzer 7 gepumpt wird, entspricht zumindest dem Leitungsvolumen vom Ausgang des Druckübersetzers 7 bis zu den Rückschlagventilen 3 und 9 und der Hochdruckpumpe 13, sodass gewährleistet ist, dass nach der einmaligen Bewegung des Kolbens des Druckübersetzers 7 jeglicher erster Kraftstoff durch den hinein gedrückten zweiten Kraftstoff aus diesem Leitungsvolumen heraus gedrückt worden ist.
  • Nach Erreichendes maximalen Hubs des Kolbens sinkt mit dem weiteren Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors der Druck des ersten Kraftstoffs auf das übliche Betriebsdruckniveau, welches von der Pumpe 11 erzeugt wird. Nach dem Erreichen des maximalen Hubs arbeitet die Hochdruckpumpe 13 noch so lange, bis sichergestellt ist, dass sich kein erster Kraftstoff mehr in der Leitung zwischen der Hochdruckpumpe 13 und der weiteren Hochdruckpumpe 14 befindet. Erst dann wird die Hochdruckpumpe 13 deaktiviert, wodurch der Druck nach der Hochdruckpumpe 13 absinkt und sich das Rückschlagventil 9 öffnet, über welches dann der zweite Kraftstoff der weiteren Hochdruckpumpe 14 zugeführt wird, welche diesen zweiten Kraftstoff in den Verbrennungsmotor einspritzt. Damit sich das Rückschlagventil 3 aufgrund des absinkenden Drucks des zweiten Kraftstoffs nicht öffnet, kann zwischen der Pumpe 12 und dem Rückschlagventil 3 ein Absperrventil vorhanden sein, welches nach Erreichen des maximalen Hubs geschlossen wird. In ähnlicher Weise kann auch das Absperrventil 22 geschlossen werden, um zu vermeiden, dass der zweite Kraftstoff in den Tank 25 für den ersten Kraftstoff gelangt.
  • Nach Erreichendes maximalen Hubs des Kolbens des Druckübersetzers 7 wird auch das Absperrventil 21 geschlossen, so dass kein zweiter Kraftstoff mehr dem Druckübersetzer 7 eingangsseitig zugeführt wird. Dadurch wird dem Druckübersetzer 7 der zweite Kraftstoff ausgangsseitig zugeführt, wodurch der Kolben von rechts nach links gedrückt bzw. bewegt wird, was dazu führt, dass der sich im Eingangsvolumen (links) des Druckübersetzers befindliche zweite Kraftstoff über die Leitung 32 und eine Drossel 27 in den Tank 24 zurückgeführt wird. Nach kurzer Zeit befindet sich der Druckübersetzer 7 wieder in seinem Ausgangszustand, um beim nächsten Betriebsartenwechsel von der der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart wieder den Druck des zweiten Kraftstoffs entsprechend erhöhen zu können.
  • Bei einem Betriebsartenwechsel ohne die erfindungsgemäße Umschalteinheit 6 würde der Kraftstoffdruck des ersten Kraftstoffs absinken, so dass im Leitungssystem befindliche Reste dieses dampfdruckkritischen ersten Kraftstoffs nachteiligerweise in die gasförmige Phase übergehen könnten. Durch den einmaligen Hub des Kolbens des Druckübersetzers 7 wird der Druck des zweiten Kraftstoffs von dem üblichen Betriebsdruck des zweiten Kraftstoffs über das höhere Betriebsdruckniveau des zweiten Kraftstoffs hinaus angehoben, so dass die Reste des dampfdruckkritischen ersten Kraftstoffs zum einen während der Umschaltung in der flüssigen Phase verbleiben und zum anderen aus dem Leitungssystem gedrückt werden.
  • Rechts oben in 1 sind drei verschiedene Varianten der Umschalteinheit 6 dargestellt, wobei die linke Variante der bereits beschriebenen Variante entspricht.
  • Die mittlere Variante der Umschalteinheit 6 entspricht im Wesentlichen der bereits beschriebenen Variante, da auch bei dieser Variante ein Druckübersetzer 7 eingesetzt wird. Im Gegensatz zur bereits beschriebenen (linken) Variante wird bei dieser (mittleren) Variante dem Druckübersetzer 7 allerdings eingangsseitig der erste Kraftstoff über die Leitung 33 zugeführt, wenn das Absperrventil 23 geöffnet wird. Nach dem Erreichen des maximalen Hubs des Arbeitskolbens des Druckübersetzers 7 wird das Absperrventil 23 geschlossen, wodurch der erste Kraftstoff über die Leitung 34 und die Drossel 28 in den Tank 25 zurückgeleitet wird.
  • Bei der rechten Variante der Umschalteinheit 6' wird der zweite Kraftstoff mittels eines Motors M und einer Pumpeneinrichtung 18, welche von diesem Motor M betrieben wird, unter Druck gesetzt. Da bei dieser Variante weder die Zufuhr des ersten Kraftstoffs noch die Zufuhr des zweiten Kraftstoffs zur Druckerhöhung des ersten Kraftstoffs auf seinem Weg zum Sammelpunkt 8 benötigt wird, existiert bei dieser Variante weder eine Zuleitung des ersten oder zweiten Kraftstoffs noch eine Rückleitung des ersten oder zweiten Kraftstoffs.
  • Während also bei der linken und bei der mittleren Variante die Druckübersetzung hydraulisch realisiert wird, wird bei der rechten Variante die Druckerhöhung elektromotorisch erzielt.
  • In 2 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung 20 dargestellt. Während bei der in 1 dargestellten Ausführungsform die Pumpe 12 im Tank 25 des ersten Kraftstoffs und die Hochdruckpumpe 13 existieren, weist die in 2 dargestellte Ausführungsform nur die Hochdruckpumpe 13 auf, welche sich dafür in dem Tank 25 des ersten Kraftstoffs befindet. Wie bei der in 1 dargestellten Ausführungsform herrscht bei der in 2 dargestellten Ausführungsform in der zweiten Betriebsart nach der Pumpe 11 ein Druckniveau von bis zu ca. 7 bar maximal 10 bar. Das Druckniveau zwischen der Hochdruckpumpe 13 und der weiteren Hochdruckpumpe 14 beträgt in der ersten Betriebsart bis zu ca. 43 bar.
  • Bei dem Betriebsartenwechsel von dem ersten Kraftstoff zu dem zweiten Kraftstoff wird wie bei der Ausführungsform der 1 mit Hilfe der Umschalteinheit 6 der zweite Kraftstoff unter Druck gesetzt und damit der erste Kraftstoff aus dem Leitungsvolumen gedrückt, welches sich vom Ausgang der Umschalteinheit 6 (genauer vom Rückschlagventil 2) bis zu dem Rückschlagventil 9 und der Hochdruckpumpe 13 erstreckt. Nach dem Betriebsartenwechsel, d. h. nach dem Erreichen des maximalen Hubs und nachdem die Hochdruckpumpe 13 jeglichen ersten Kraftstoff zu der weiteren Hochdruckpumpe 14 gepumpt hat, wird die Hochdruckpumpe 13 deaktiviert, so dass sich das Rückschlagventil 9 öffnet und der zweite Kraftstoff an der Hochdruckpumpe 13 vorbei zu der weiteren Hochdruckpumpe 14 gefördert wird. Damit sich das Rückschlagventil 3 aufgrund des absinkenden Drucks des zweiten Kraftstoffs nicht öffnet, ist bei dieser Ausführungsform ein Absperrventil 29 vorhanden sein, welches nach Erreichen des maximalen Hubs geschlossen wird.
  • Die Umschalteinheit 6 bzw. 6' besitzt bei der reinen ersten Betriebsart oder bei der reinen zweiten Betriebsart (d. h. ohne die Umschaltphase von der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart) und auch bei der Umschaltung von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart keine Funktion.
  • In 3 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 und einen Verbrennungsmotor 30 umfasst. Dabei umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 ihrerseits eine Umschalteinheit 6, eine Steuerung 17 und eine Hochdruckpumpe 13. In der ersten Betriebsart des Fahrzeugs 10 wird der erste Kraftstoff mit einem ersten Druck der Hochdruckpumpe 13 zugeführt, wobei diese Hochdruckpumpe 13 den ersten Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor 30 pumpt. In der zweiten Betriebsart wird der zweite Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor 30 gepumpt. Beim Umschalten von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart wird mittels der Umschalteinheit der zweite Kraftstoff mit einem zweiten Druck zu der Hochdruckpumpe 13 gepumpt, welcher höher als der erste Druck ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2009/110792 A1 [0002]
    • WO 2009/155684 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoffen in einen Verbrennungsmotor (30) für ein Fahrzeug (10), wobei ein erster Kraftstoff der Kraftstoffe ein unter Normaldruck und bei einer Temperatur von mehr als 10°C gasförmiger Kraftstoff und ein zweiter Kraftstoff der Kraftstoffe ein unter Normaldruck und bei einer Temperatur von mehr als 10°C flüssiger Kraftstoff ist, wobei in einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs (10) der erste Kraftstoff mit einem ersten Druck einer Hochdruckpumpe (13) zugeführt wird, wobei die Hochdruckpumpe (13) in der ersten Betriebsart den ersten Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor (30) pumpt, wobei in einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs (10) der zweite Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor (30) gepumpt wird, und wobei beim Umschalten von der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart der zweite Kraftstoff mit einem zweiten Druck zu der Hochdruckpumpe (13) gepumpt wird, welcher höher als der erste Druck ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druck größer als ein Mindestdruck ist, welcher ausreicht, um den ersten Kraftstoff flüssig zu halten.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kraftstoff solange mit dem zweiten Druck zu der Hochdruckpumpe (13) gepumpt wird, bis sich kein erster Kraftstoff mehr in einer eingangsseitig an der Hochdruckpumpe (13) angeschlossenen Zuleitung befindet, und dass der zweite Kraftstoff anschließend mit einem Druck zu der Hochdruckpumpe (13) gepumpt wird, welcher unterhalb des zweiten Drucks liegt.
  4. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoffen in einen Verbrennungsmotor (30) für ein Fahrzeug (10), wobei ein erster der Kraftstoffe ein unter Normaldruck und bei einer Temperatur von mehr als 10°C gasförmiger Kraftstoff und ein zweiter der Kraftstoffe ein unter Normaldruck und bei einer Temperatur von mehr als 10°C flüssiger Kraftstoff ist, wobei die Vorrichtung (20) eine Hochdruckpumpe (13), eine Umschalteinheit (6; 6') zum Pumpen des zweiten Kraftstoffs zu der Hochdruckpumpe (13) und eine Steuerung (17) umfasst, wobei die Vorrichtung (20) ausgestaltet ist, um in einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs (10) den ersten Kraftstoff mit einem ersten Druck der Hochdruckpumpe (13) zuzuführen, welche den ersten Kraftstoff in der ersten Betriebsart zu dem Verbrennungsmotor pumpt, und um in einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs (10) den zweiten Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor (30) zu pumpen, wobei die Umschalteinheit (6; 6') ausgestaltet ist, um beim Umschalten von der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart den zweiten Kraftstoff mit einem zweiten Druck zu der Hochdruckpumpe (13) zu pumpen, welcher höher als der erste Druck ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) darüber hinaus eine Pumpe (12) zum Pumpen des ersten Kraftstoffs zu der Hochdruckpumpe (13) umfasst.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (6) einen Druckübersetzer (7) umfasst, dass dem Druckübersetzer (7) der zweite Kraftstoff mit einem dritten Druck zuführbar ist, und dass der Druckübersetzer (7) ausgestaltet ist, um den dritten Druck mit einem einzigen Hub in den zweiten Druck zu übersetzen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (6) einen Druckübersetzer (7) umfasst, dass dem Druckübersetzer (7) der erste Kraftstoff mit dem ersten Druck zuführbar ist, und dass der Druckübersetzer (7) ausgestaltet ist, um den ersten Druck mit einem einzigen Hub in den zweiten Druck zu übersetzen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (6') eine Pumpeneinrichtung (18) umfasst, welche den zweiten Druck mittels Motorleistung (M) erzeugt.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–3 ausgestaltet ist.
  10. Fahrzeug mit einem der Verbrennungsmotor (30) und einer Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 4–9.
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