DE102011111774A1 - Kraftstofftank-Temperatur- und Druckmanagement über selektive Entnahme von flüssigem Kraftstoff und Kraftstoffdampf - Google Patents

Kraftstofftank-Temperatur- und Druckmanagement über selektive Entnahme von flüssigem Kraftstoff und Kraftstoffdampf Download PDF

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Managen von Temperatur und Druck von Kraftstoff in einem Kraftstofftank, der bei oder nahe seinem Dampfdruck gespeichert ist. In Ansprechen auf einen Kraftstoffzufuhrdruck wird ein variables Verhältnis von flüssigem Kraftstoff zu Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank entnommen, um Temperatur und Druck des Kraftstoffs zu regulieren, um damit der Druck in Erwartung eines Nachfüllens oder zur Unterstützung eines Verdampfers des Kraftstoffsystems, der den Kraftstoff unvollständig verdampft, geringer zu halten.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Temperatur- und Druckmanagement von Kraftstoffliefersystemen, in denen Kraftstoff in einem Kraftstofftank (oder Gefäß) bei oder nahe dem Dampfdruck des Kraftstoffs gespeichert ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Konstrukteure von Motorfahrzeugen streben kontinuierlich die Herstellung von Fahrzeugen an, die geringere Emissionen schädlicher und Treibhausgase besitzen, als derzeit in Gebrauch befindliche Fahrzeuge. Ein Mittel zur Reduzierung von Fahrzeugemissionen besteht darin, alternative Kraftstoffe zu verwenden. Üblicherweise verwendete Kraftstoffe, wie Benzin- und Dieselkraftstoff, sind Gemische komplexer Kohlenwasserstoffe, die auch unbeabsichtigte Chemikalien, wie Schwefel, enthalten können. Eine Form eines alternativen Kraftstoffs als ein nicht beschränkendes Beispiel ist Autogas bzw. Autogas (LPG von engl.: ”liquefied petroleum gas”). LPG besteht hauptsächlich aus Propan, einem Drei-Kohlenstoff-Kohlenwasserstoff, und Butan, einem Vier-Kohlenstoff-Kohlenwasserstoff. Diese Kohlenwasserstoffe besitzen ein geringeres Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff, als Benzin- oder Dieselkraftstoff. Da das Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff geringer ist, wird weniger Kohlendioxid bei der Verbrennung von LPG erzeugt, als bei der Verbrennung von Benzin- oder Dieselkraftstoff. Es ist auch wahrscheinlicher, dass die längerkettigen Kohlenwasserstoffe von Benzin- und Dieselkraftstoffen ungewollte Partikelemissionen in dem Abgas erzeugen. Relativ zur LPG besitzen Benzin- und Dieselkraftstoff zwei Vorteile, nämlich: (i) sowohl Benzin- als auch Dieselkraftstoff sind Flüssigkeiten bei Standard-Temperatur und -Druck (STP von engl.: ”standard temperature and pressure”), während LPG unter typischen Umgebungsbetriebsbedingungen in einem Druckgefäß gespeichert werden muss, um es in einem verflüssigten Zustand zu halten; und (ii) Benzin- und Dieselkraftstoff erzeugen mehr Energie pro Volumeneinheit an Kraftstoff im Vergleich zu LPG, selbst obwohl LPG in einem flüssigen Zustand ist.
  • Eine Systemfunktionalität von Kraftstoffsystemen nach dem Stand der Technik, die alternative Kraftstoffe verwenden, ist allgemein wie folgt. Kraftstoff wird an einen Kraftstoffverbraucher über einen Verdampfer und Druckregler (Verdampfer-Regler) geliefert. Der Kraftstoff kommt von einem Kraftstofftank, der den Kraftstoff bei oder nahe seinem Dampfdruck speichert. Der an den Verdampfer-Regler gelieferte Kraftstoff besteht aus flüssigem Kraftstoff, Kraftstoffdampf oder einem Gemisch aus flüssigem Kraftstoff und Kraftstoffdampf. Unter normalen Betriebsbedingungen besteht der an den Verdampfer-Regler gelieferte Kraftstoff vorwiegend aus flüssigem Kraftstoff, kann jedoch auch einigen Kraftstoffdampf aufweisen. Unter unüblichen Betriebsbedingungen (beispielsweise wenn der Kraftstofftank nahezu leer ist), kann der an den Verdampfer-Regler gelieferte Kraftstoff größtenteils oder insgesamt aus Kraftstoffdampf bestehen. Unter normalen Betriebsbedingungen erfüllt der an den Verdampfer-Regler gelieferte Kraftstoff eine minimale Kraftstoffzufuhrdruckanforderung an dem Verdampfer-Druckregler. Dieser minimale Kraftstoffzufuhrdruck ist derjenige Druck, der erforderlich ist, um sicherzustellen, dass der Verdampfer-Regler korrekt funktioniert, und dass der Zielkraftstoffzufuhrdruck stromabwärts des Druckreglers aufrechterhalten werden kann, um den Kraftstoffbedarf des Kraftstoffverbrauchers zu versorgen. Bei einigen Kraftstoffsystemausführungsformen nach dem Stand der Technik kann die minimale Kraftstoffzufuhrdruckanforderung abhängig von Faktoren variieren, wie dem Gegendruck an dem Kraftstoffverbraucher, dem Durchfluss von Kraftstoff zu dem Kraftstoffverbraucher, der Dichte des an den Kraftstoffverbraucher gelieferten Kraftstoffs oder dem Energieflussrate aus dem Kraftstoffverbraucher (beispielsweise wenn der Kraftstoffverbraucher ein Verbrennungsmotor ist, kann die minimale Kraftstoffzufuhrdruckanforderung von dem Einlasskrümmerdruck, dem Kraftstoffdurchfluss, der Kraftstoffdichte, dem Antriebswellenmoment, dem Leistungsausgang und/oder der Drehzahl abhängen). Einige Ausführungsformen nach dem Stand der Technik können mit einer Kraftstoffpumpe ausgestattet sein, um den Kraftstoffzufuhrdruck in Fällen zu erhöhen, wenn der Dampfdruck des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank nicht groß genug ist, um die minimale Kraftstoffzufuhrdruckanforderung an dem Verdampfer-Regler zu erfüllen.
  • Allgemein müssen Kraftstoffsysteme nach dem Stand der Technik, die alternative Kraftstoffe verwenden, die folgenden Funktionalitätsanforderungen berücksichtigen: 1) Erfüllen der minimalen Kraftstoffzufuhrdruckanforderung an dem Verdampfer-Regler (wobei diese minimale Kraftstoffzufuhrdruckanforderung abhängig von verschiedenen Faktoren variieren kann, wie dem Gegendruck an dem Kraftstoffverbraucher, dem Durchfluss des Kraftstoffs zu dem Kraftstoffverbraucher, der Dichte des an den Kraftstoffverbraucher gelieferten Kraftstoffs oder dem Energieflussrate aus dem Kraftstoffverbraucher); und 2) Erfüllen eines minimierten Betriebs und/oder Einschaltverhältnisses des Kraftstoffpumpensystems (wobei die Aufgabe darin besteht, durch das Pumpen von Kraftstoff erzeugtes Geräusch zu reduzieren und/oder den elektrischen Energieverbrauch zu reduzieren und/oder die Lebensdauer des Kraftstoffpumpensystems zu erhöhen).
  • Die 1A und 1B zeigen Beispiele typischer LPG-Kraftstoffsysteme 10, 10' nach dem Stand der Technik, wobei identische Bezugszeichen zur Bezeichnung identischer Teile verwendet sind, und wobei 1B der Kürze halber abgeschnitten ist. Diese LPG-Kraftstoffsysteme nach dem Stand der Technik sind vom Gasphasen-Krümmerinjektionstyp, wie beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor beispielsweise eines Kraftfahrzeugs verwendet ist, wobei das System LPG-Kraftstoff in den Einlasskrümmer des Motors in der Gasphase zumisst.
  • Ein druckbeaufschlagter Kraftstofftank (oder -gefäß) 12 hält die LPG-Kraftstoffinhalte 15 in flüssiger Phase 15 und Dampfphase 15'. Der Kraftstofftank 12 ist mit einem Tankdruckentlastungsventil 13 ausgestattet und kann mit einem Temperatursensor 14 und einem Drucksensor 16 ausgestattet sein. Der LPG-Kraftstoff 15 des Kraftstofftanks 12 kann externe Wärme 17, die beispielsweise von dem Abgassystem des Kraftfahrzeugs außerhalb des Kraftstofftanks stammt und in dem Beispiel von 1 Wärme 19 von Komponenten in dem Kraftstofftank wie beispielsweise aufgrund des Betriebs der Kraftstoffpumpe 26 ausgesetzt sein, wobei all diese Wärmequellen die Temperatur des LPG-Kraftstoffs 15 erhöhen, wodurch der Dampfdruck innerhalb des Kraftstofftanks erhöht wird.
  • In dem Kraftstofftank 12 sind bei dem Beispiel von 1A Komponenten enthalten, die das Kraftstoffleitungspumpsystem 18 ausmachen und bei dem Beispiel von 1B einen Filter 24 an einem vorderen Ende der Kraftstoffleitung 22 vereinfachen. Bei den beiden Beispielen der 1A und 1B wird der Kraftstoff 15' in flüssiger Phase des LPG-Kraftstoffs 15 über die Kraftstoffleitung 22 nach einem ersten Durchgang durch den Filter 24 entnommen, um Schmutz an einem. Eintritt in die Kraftstoffleitung zu hindern.
  • Bei dem Beispiel von 1A ist der Filter 24 mit der Kraftstoffpumpe 26 verbunden. Die Kraftstoffpumpe 26 ist typischerweise eingeschaltet, um den Kraftstoffzufuhrdruck zu verstärken, wenn der Druck innerhalb des Kraftstofftanks 12 unterhalb eines vorbestimmten Niveaus liegt, wie beispielsweise einem Druck von 3 bar (absolut). Nach Durchgang durch die Kraftstoffpumpe 26 gelangt der Kraftstoff durch ein Rückschlagventil 25 und dann durch einen Filter 28. Ein Kraftstoffdruckregler 20 steuert die Druckdifferenz über die Pumpe 26 und den Kraftstofffilter 28, so dass eine gewünschte Kraftstoffdruckdifferenz beibehalten wird, wie beispielsweise eine Druckdifferenz von etwa 2,5 bar. Der Kraftstofffilter 24 ist stromaufwärts einer Kraftstoffpumpe 26 angeordnet und besitzt einen Niederdruckwiderstand, um so eine Kavitation innerhalb der Kraftstoffpumpe zu minimieren. Der Kraftstofffilter 24 kann die Form eines Abscheiders annehmen, während der Kraftstofffilter 28 im Gegensatz dazu ein feinerer Filter ist, der derart ausgelegt ist, um einen Durchgang von Schmutz in die Kraftstoffsystemkomponenten stromabwärts der Kraftstoffpumpe 26 und ihres Rückschlagventils 25 zu verhindern. Der Druckabfall über den Kraftstofffilter 28 kann größer als der Druckabfall über den Kraftstofffilter 24 sein, da der Kraftstofffilter 28 stromabwärts der Kraftstoffpumpe 26 angeordnet ist und daher keine Kavitation der Kraftstoffpumpe aufgrund des Druckabfalls über den Kraftstofffilter 28 stattfindet.
  • Bei den Beispielen sowohl der 1A als auch 1B ist die Kraftstoffleitung 22 mit einem Ventilsatz 36 verbunden, der gewöhnlich an der Wand des Kraftstofftanks montiert ist. Der Ventilsatz 36 umfasst typischerweise: ein Strömungssteuerventil 30 zur Verhinderung einer übermäßigen Strömung in dem Falle eines unbeabsichtigten Bruchs der stromabwärtigen Kraftstoffleitung; ein Wartungsventil 32, das während der normalen Betriebsabläufe des Fahrzeugs stets offen ist, jedoch, wenn das Fahrzeug gewartet wird, ein Techniker das Wartungsventil 32 manuell abschalten kann, um dadurch den Kraftstofftank 12 und die damit verbundene Aufbauten von dem Rest der Kraftstoffleitung des Fahrzeugs zu trennen; und ein automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 34, das typischerweise durch einen Controller oder ein elektronisches Steuermodul (ECM), nicht gezeigt, gesteuert wird, wobei der Controller Information von einem oder mehreren Sensoren, nicht gezeigt, koordiniert, um Bedingungen zu detektieren, die ein Abschalten der Kraftstoffströmung durch die Kraftstoffleitung 22 erfordern. Ein typisches Beispiel einer derartigen Bedingung ist, wenn der Fahrer die Motorzündung ”aus” schaltet.
  • Die Kraftstoffleitung 22 ist dann mit einem weiteren automatischen Kraftstoffabsperrsolenoidventil 40 verbunden, wobei dessen Controller, ebenfalls nicht gezeigt, Information von einem oder mehreren Sensoren, nicht gezeigt, koordiniert, um Bedingungen zu detektieren, die ein Abschalten der Kraftstoffströmung durch die Kraftstoffleitung 22 erfordern. Nach Durchgang durch das Abschaltsolenoidventil 40 gelangt der Kraftstoff in den Verdampfer-Regler 38. Der Verdampfer 44 davon umfasst typischerweise einen Wärmetauscherkreislauf 46, bei dem Wärme von dem Motorkühlsystem 46a zum Zweck der Umwandlung von Kraftstoff, der sich in einer flüssigen oder dampfförmigen Phase befindet, in eine überhitzte Gasphase entnommen wird. Der Kraftstoff kann auch durch eine elektrische Heizung 48a erwärmt werden, wobei der Wärmetauscher, der Wärme mit dem Motorkühlmittel tauscht, oftmals derselbe Wärmetauscher wie der ist, der Wärme mit der elektrischen Heizung tauscht. Diese Vorrichtung sieht zusätzliche Wärme vor, die notwendig ist, um den Kraftstoff vollständig in einen überhitzten gasförmigen Zustand während des Erwärmens des Motors zu verdampfen, wenn das Motorkühlsystem immer nach relativ kalt ist. Der gasförmige Kraftstoff gelangt dann in einen Druckregler 50 des Verdampfers-Reglers 38, wobei der Druckregler den Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffschiene 54 steuert und typischerweise mit einem Einlasskrümmerdruck in Bezug gebracht wird; beispielsweise kann der Druckregler 50 eine Druckdifferenz von 1 bar zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Kraftstoffschienendruck aufrechterhalten. Die Endkomponente des Verdampfers-Reglers 38 oder eine allein stehende Komponente ist ein Druckentlastungsventil 52, das verhindert, dass der Druck des Gases in der Kraftstoffschiene ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, wobei es typischerweise bei zwischen 2 und 3 bar öffnet, was unter gewissen Betriebsbedingungen entstehen kann, wie beispielsweise, wenn keine Strömung von Kraftstoff aus der Kraftstoffschiene erfolgt. Wenn der Druck des gasförmigen Kraftstoffs in der Kraftstoffschiene dieses vorbestimmte Niveau überschreitet, dann öffnet das Druckentlastungsventil 52 und setzt überschüssigen Kraftstoff von der stromabwärtigen Seite des Druckreglers 50 an einen Ort mit geringerem Druck frei, wie dem Motoreinlasskrümmer, nicht gezeigt. Es sei angemerkt, dass das Druckentlastungsventil 52 separat und verschieden von dem vorher erwähnten Druckentlastungssicherheitsventil 13, das an dem Kraftstofftank 12 angebaut ist, ist, das typischerweise bei zwischen 26 und 28 bar öffnet.
  • Sobald der gasförmige Kraftstoff das Druckentlastungsventil 52 passiert, tritt er in eine Kraftstoffschiene 54 ein, die dazu dient, den Kraftstoff an die Zylinder 64a–64f des Motors 70 zu verteilen, wobei der Motor, der in der Eigenschaft eines Kraftstoffverbrauchers bei dieser Anmeldung dient, eine beliebige Anzahl von Zylindern aufweisen kann, wobei sechs lediglich beispielhaft gezeigt sind und wobei jeder Zylinder einen Kraftstoffinjektor 56a–56f besitzt, der typischerweise durch einen Controller oder ein ECM, nicht gezeigt, gesteuert wird. Die Kraftstoffschiene 54 kann auch mit einem Temperatursensor 60 und einem Drucksensor 62 versehen sein, so dass die Daten davon von dem Motorsystemcontroller nicht gezeigt, verwendet werden können.
  • 1C zeigt ein Beispiel eines Algorithmus 80, der typische Schritte für den Betrieb des LPG-Gasphasen-Krümmerinjektions-Kraftstoffsystems 10 nach dem Stand der Technik von 1A angibt.
  • Bei Block 82 wird das System initialisiert, wenn der Kraftstoffverbraucher eingeschaltet wird, beispielsweise der Zündschalter den Motor 70 startet. Der Algorithmus fährt dann mit Block 84 fort, wo Daten durch Sensoren erhalten, berechnet oder aus einer Nachschlagetabelle erhalten werden können, die den Kraftstoffzufuhrdruck bei oder stromaufwärts des Verdampfers-Reglers 38 aufweisen. Der Algorithmus fährt dann mit Entscheidungsblock 86 fort, wo eine Abfrage durchgeführt wird, ob ein Pumpen von Kraftstoff erforderlich ist, um einen minimalen Kraftstoffzufuhrdruck zu dem Verdampfer-Regler zu liefern, der den Kraftstoffbedarf des Kraftstoffverbrauchers erfüllt. Wenn die Antwort auf die Abfrage Ja ist, wird dann bei Block 88 ein Pumpen von Kraftstoff aktiviert, oder wenn bereits aktiviert, dann bleibt das Pumpen von Kraftstoff aktiviert, und der Algorithmus kehrt zu Block 84 zurück. Wenn jedoch die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 86 Nein ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 90 fort, wo ein Pumpen von Kraftstoff deaktiviert bleibt, oder wenn bereits aktiviert, dann das Pumpen von Kraftstoff deaktiviert wird. Der Algorithmus kehrt dann zu Block 84 zurück.
  • Ein Problem, das mit LPG-Kraftstoffsystemen nach dem Stand der Technik wie auch anderen druckbeaufschlagten Kraftstoffsystemen allgemein auftreten kann, betrifft ein Nachfüllen (oder Nachtanken), wenn der Druck in dem Kraftstofftank relativ zu dem Druck an der Düse der Zapfsäule (oder Nachfüllstation) zu hoch ist, um ein vernünftig schnelles Nachfüllen zuzulassen, oder tatsächlich zu hoch ist, um jegliches Nachfüllen zuzulassen (eine Nicht-Füll-Situation). Damit ein schnelles Nachfüllen stattfindet, sollte der Druck der Zapfsäulendüse gut oberhalb des Kraftstoffdampfdrucks in dem Kraftstofftank liegen. Wenn diese Druckdifferenz kleiner wird, wird damit die Nachfüllrate ebenfalls kleiner. Somit ist es erwünscht, dass der Dampfdruck in dem Kraftstofftank bei oder unterhalb einer vorbestimmten Dampfdruckschwelle liegt, von der angenommen wird, dass eine gewünschte Nachfüllrate bereitgestellt wird, wie über einen erwarteten Druck der Zapfsäulendüse. Dieses Problem verschlimmert sich für Kraftstoffe mit mehreren Komponenten durch variierende Flüchtigkeit.
  • Ein weiteres Problem, das bei LPG-Kraftstoffsystemen nach dem Stand der Technik wie auch anderen druckbeaufschlagten Kraftstoffsystemen allgemein auftreten kann, betrifft die Lieferung von Dampf an den Kraftstoffverbraucher desselben während kalter Zeiten (wie beispielsweise einem kalten Motorstart bei kaltem Wetter), wobei die Fähigkeit des Verdampfers zur Bereitstellung einer vollständigen Kraftstoffverdampfung kleiner als notwendig sein kann, um eine Kraftstoffverdampfung von 100% bei einem Massendurchfluss, der von dem Kraftstoffverbraucher angefordert ist, zu erreichen, wodurch der Verbraucher einen Mangel an Kraftstoff bekommen kann.
  • Demgemäß ist ein Mittel zum Managen der Temperatur und/oder des Drucks des Kraftstoffs innerhalb des Kraftstofftanks erwünscht, um den maximalen Dampfdruck innerhalb des Kraftstofftanks zu beschränken, wobei das schnelle und leichte Nachtanken des Kraftstofftanks berücksichtigt wird, während auch die Möglichkeit bestehen soll, Dampf als eine Unterstützung für den Verdampfer zu entnehmen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Obwohl verschiedene Verfahren zum Managen der Kraftstofftanktemperatur möglich sind, besteht ein attraktives Verfahren von einer Kosten-Nutzen-Perspektive darin, einen Anteil des Kraftstoffs von dem Kraftstofftank in seiner Dampfphase zu entfernen. Demgemäß ist die vorliegende Erfindung ein Kraftstofftank-Temperatur- und Druckmanagementsystem, das von dem Kraftstofftank Flüssigkeit, Dampf und/oder Flüssigkeit und Dampf des Kraftstoffs selektiv entnimmt, wobei die Entnahme von Kraftstoffdampf das Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht innerhalb des Kraftstofftanks kippt, wodurch eine zusätzliche Verdampfung des flüssigen Kraftstoffs innerhalb des Kraftstofftanks mit anschließender Absorption latenter Verdampfungswärme durch den verdampften Kraftstoff bewirkt wird, wodurch der Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks und/oder Kraftstofftankaufbaus gekühlt und der Dampfdruck innerhalb des Kraftstofftanks reduziert wird.
  • Anhand eines nicht beschränkenden Beispiels liefert wie die vorher erwähnten Gasphasen-Krümmerinjektions-LPG-Kraftstoffsysteme nach dem Stand der Technik die vorliegende Erfindung Kraftstoff an einen Kraftstoffverbraucher über einen Verdampfer und Druckregler (Verdampfer-Regler); jedoch liefert im Gegensatz dazu die vorliegende Erfindung den Kraftstoff an den Verdampfer-Regler unter zumindest einigen Betriebsbedingungen, beispielsweise wenn der Dampfdruck in dem Kraftstofftank größer als die minimale Kraftstoffzufuhrdruckanforderung des Verdampfers-Reglers ist, als ein variables Verhältnis von flüssigem Kraftstoff zu Kraftstoffdampf in der Kraftstoffzufuhr stromaufwärts des Verdampfers, um so eine zusätzliche Funktionalität gegenüber dem Stand der Technik bereitzustellen, nämlich: i) Managen der Temperatur und daher des Dampfdrucks des Kraftstoffs in dem Tank, um die Möglichkeit einer Nicht-Füll-Situation zu reduzieren und/oder die Zeit, die zum Rillen des Kraftstofftanks erforderlich ist, zu reduzieren; und/oder ii) Erhöhen des Prozentsatzes von Kraftstoffdampf in der Kraftstoffzufuhr zu dem Verdampfer-Regler unter Betriebsbedingungen, bei denen es unerwünscht, schwierig oder unmöglich sein kann, dass der Verdampfer ausreichend Wärmeenergie bereitstellt, um den gesamten flüssigen Kraftstoff zuverlässig zu verdampfen, der ansonsten in den Verdampfer eintritt (beispielsweise in dem Falle eines Auftretens einer kalten Periode oder als eine Unterstützung für den Verdampfer, wenn die Kraftstoffheizung in dem Verdampfer funktionell unzureichend ist, um einen Massenströmungsbedarf des Kraftstoffverbrauchers zu erfüllen).
  • Allgemein müssen die Kraftstoffsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Funktionalitätsanforderungen zusätzlich zu denen des Standes der Technik berücksichtigen: f) Nachkommen eines erhöhten Prozentsatzes von Kraftstoffdampf in der Kraftstoffzufuhr zu dem Verdampfer-Regler unter Betriebsbedingungen, in denen es unerwünscht, schwierig oder unmöglich sein kann, dass der Verdampfer ausreichend Wärmeenergie bereitstellt, um den gesamten flüssigen Kraftstoff, der ansonsten in den Verdampfer eintritt, zuverlässig zu verdampfen; 2) Nachkommen eines Managens der Temperatur und daher des Dampfdrucks des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank, um die Wahrscheinlichkeit einer Nicht-Füll-Situation zu reduzieren; 3) Nachkommen eines Managens der Temperatur und daher des Dampfdrucks des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank, um die zum Nachfüllen (Nachtanken) des Kraftstofftanks erforderliche Zeit zu reduzieren; und 4) Nachkommen eines minimalen Betriebs und/oder Einschaltverhältnisses der Kraftstoffströmungssteuerung, die für die vorliegende Erfindung einmalig ist, wobei die Aufgabe darin besteht, durch die Kraftstoffströmungssteuerung erzeugtes Geräusch zu reduzieren und/oder einen elektrischen Energieverbrauch zu reduzieren und/oder eine Lebensdauer des/der Kraftstoffströmungssteuerung(en) zu erhöhen.
  • Kraftstoffsysteme, die zu der vorliegenden Erfindung gehören, verwenden einen Kraftstofftank, der Kraftstoffgehalte allgemein in sowohl der flüssigen als auch dampfförmigen Phase aufweist, wobei der Kraftstoffspeicherdruck bei oder nahe dem Dampfdruck des Kraftstoffs liegt. Kraftstoffe, die auf diese Weise gespeichert sein können, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Propan, Butan, Autogas (LPG) und Dimethylether. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist dazu bestimmt, alle derartigen Kraftstoffsysteme einzuschließen, die Kraftstoff bei oder nahe bei dem Dampfdruck des Kraftstoffs speichern, und die beispielhaften LPG-Kraftstoffsysteme, die hier dargestellt sind, dienen lediglich Zwecken der Veranschaulichung. Somit sollte jeder Bezug hier auf ”LPG” so breit, dass er jeglichen Kraftstoff umschließt, der bei oder nahe seinem Dampfdruck gespeichert wird, und nicht als Einschränkung des Schutzumfang der vorliegenden Erfindung auf LPG-Kraftstoffsysteme genommen werden. Ähnlicher Weise sollte in Bezug hier auf Kraftstoffsysteme für Kraftfahrzeuge nicht als Beschränkung für den Schutzumfang der Erfindung davon genommen werden, da die vorliegende Erfindung Anwendung auf eine beliebige Gasphasen-Kraftstoffsystemanwendung findet, die einen Kraftstoffverbraucher verwendet, der ein Verbrennungsmotor sein kann, jedoch nicht muss.
  • Kraftstoffe, die bei oder nahe dem Dampfdruck des Kraftstoffs gespeichert werden, können Mehrkomponentengemische sein (beispielsweise ist LPG typischerweise ein Gemisch mehrerer Komponenten, einschließlich Propan, Butan und anderen Kohlenwasserstoffen). In dem Fall derartiger Mehrkomponenten-Kraftstoffgemische können kleine Unterschiede zwischen der chemischen Zusammensetzung des Kraftstoffdampfs und dem flüssigen Kraftstoff in demselben Kraftstofftank vorhanden sein. Ferner kann es auch der Fall sein, dass die chemische Zusammensetzung des Kraftstoffdampfs in dem Kraftstofftank in einem größeren Ausmaß variiert, als die chemische Zusammensetzung des flüssigen Kraftstoffs in dem Kraftstofftank, wenn der Kraftstofftank gelehrt ist. (Für eine Diskussion der technischen Gründe hinter diesen Unterschieden der chemischen Zusammensetzung siehe SAE Technischer Aufsatz 981388 "The Effects of Fuel Composition, System Design and Operating Conditions an In-System Vaporization and Hot-Start of a Liquid-Phase LPG Injection System" by Lutz et al.). Diese Unterschiede der chemischen Zusammensetzung können ihrerseits in kleinen Unterschieden des Kraftstoffenergiegehalts und des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses resultieren, wenn die Kraftstoffzufuhr von Kraftstoff, der größtenteils in flüssiger Phase vorliegt, zu Kraftstoff, der eine größere Menge an Dampfphase enthält, oder umgekehrt gemäß der vorliegenden Erfindung geschaltet wird. Jedoch sind Kraftstoffverbraucher, die Kraftstoff verbrennen, der aus Mehrkomponentengemischen besteht, innerhalb von Grenzen typischerweise tolerant für eine Schwankung der Kraftstoffzusammensetzung. Derartige Systeme sind typischerweise auch tolerant bezüglich der Variation der chemischen Zusammensetzung, die durch Schalten von Kraftstoff, der größtenteils in einer flüssigen Phase vorliegt, zu Kraftstoff bewirkt wird, der größtenteils in Dampfphase vorliegt. Jedoch ist es bei einigen Anwendungen möglich, dass die Schaltrate zwischen Kraftstoff, der größtenteils in flüssiger Phase vorliegt, zu Kraftstoff, der größtenteils in Dampfphase vorliegt, beschränkt werden muss, um potentielle Probleme in Verbindung mit plötzlichen ”stufenartigen” Änderungen der Kraftstoffzusammensetzung zu verhindern.
  • Ein weiterer Aspekt von LPG und anderen Kraftstoffen, die bei Dampfdruck gespeichert werden und die typischerweise mehrere chemische Komponenten besitzen, besteht darin, dass die chemischen Komponenten jeweils verschiedene Dampfdrücke besitzen. Beispiele von Komponenten mit hohem Dampfdruck, die in LPG-Kraftstoffen vorhanden sein können, umfassen: Ethan, Stickstoff und Kohlendioxid; und eine Tankherstellung oder -wartung kann Luft (oder andere Schmutzstoffgase, wie Stickstoff, der zur Leckdetektion verwendet wird) in den Tank einführen, die möglicherweise nicht vollständig herausgespült worden ist/sind. Der Dampfdruck innerhalb des Kraftstofftanks ist der Dampfdruck des Kraftstoffgemischs, jedoch können die einzelnen chemischen Komponenten einen Dampfdruck besitzen, der höher oder geringer als der Dampfdruck des Gemisches ist. Da chemische Komponenten mit hohem Dampfdruck eine erhöhte Tendenz besitzen, in ihrer gasförmigen Phase zu bleiben und sich daher eher ”komprimieren” anstatt ”kondensieren”, wenn der Druck in dem Kraftstofftank zunimmt, wird die Fähigkeit zur Nachfüllung des Tanks beeinträchtigt. Vorteilhafterweise sieht die vorliegende Erfindung: 1) die Fähigkeit zur selektiven Entfernung chemischer Komponenten mit hohem Dampfdruck bei einer schnelleren Rate vor, als mit Kraftstoffsystemen nach dem Stand der Technik erreicht werden kann, die typischerweise nur flüssigen Kraftstoff von dem Kraftstofftank ziehen, wodurch das Kraftstoffsystem toleranter gegenüber einer Variation der Kraftstoffzusammensetzung gegenüber Nachfüllproblemen gemacht werden; die Fähigkeit zur Entfernung chemischer Schmutzstoffkomponenten nach Herstellung oder Wartung vor; und 3) die Fähigkeit zum selektiven Halten von Komponenten mit hohem Dampfdruck innerhalb des Kraftstofftanks vor (d. h. ähnlich der Rückhaltung von Komponenten mit hohem Dampfdruck durch ein Flüssigkeitszufuhr-Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik), was beispielsweise unter Niedertemperaturbetriebsbedingungen erwünscht sein kann, wenn ein hoher Kraftstofftankdruck hilft, den Bedarf zur Erhöhung des Drucks durch alternative Mittel (beispielsweise durch Aktivieren einer Kraftstoffpumpe) zu reduzieren.
  • Das Kraftstafftank-Temperatur- und Druckmanagementsystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise in Verbindung mit einem Gasphasen-Krümmerinjektions-LPG-Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik implementiert sein, wie in den 1A und 1B beispielhaft dargestellt ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert worden ist, oder anderweitig implementiert sein.
  • Das Kraftstofftank-Temperatur- und Druckmanagementsystem der vorliegenden Erfindung verwendet eine erste Kraftstoffzufuhrleitung (nachfolgend als ”FF1” bezeichnet), die den gesamten oder gewöhnlich vorwiegend den gesamten flüssigen Kraftstoff bereitstellt; eine zweite Kraftstoffzufuhrleitung (hier als ”FF2” bezeichnet), die den gesamten oder vorwiegend gesamten Kraftstoffdampf vorsieht; eine Anschlussstelle, die FF1 und FF2 fluidtechnisch und mit dem stromabwärtigen Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik verbindet; und eine Kraftstoffströmungssteuerung von zumindest einem aus FF1 und FF2, um dadurch selektiv: (i) Kraftstoffdampf; (ii) flüssigen Kraftstoff; oder (iii) flüssigen Kraftstoff und Kraftstoffdampf bevorzugt in variablen Massenstromverhältnissen von dem Kraftstofftank zu dem Verdampfer-Regler zu entnehmen, wobei die Dampfquelle der native bzw. ursprüngliche Dampf in dem Kraftstofftank ist; oder wobei bei einer alternativen Ausführungsform die Dampfquelle durch ein im Tank befindliches Verdampfersystem bereitgestellt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Kühlung durch latente Verdampfungs- und/oder Expansionswärme und/oder Erwärmung (beispielsweise aus einem Betrieb der Kraftstoffpumpe und/oder anderer elektrischer Vorrichtungen, die sich im Kraftstofftank befinden oder anderweitig thermisch mit dem Kraftstofftank verbunden sind) gemeinsam verwendet, um die Temperatur und daher den Dampfdruck des Kraftstoffs innerhalb des Kraftstofftanks zu steuern.
  • Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstofftank-Temperatur- und Druckmanagementsystem zur Lieferung von Kraftstoff an einen Verdampfer-Regler bereitzustellen, der stromabwärts eines Kraftstoffverbrauchers verbunden ist, wobei der Kraftstoff in der Form eines gewählten relativen Prozentsatzes von gesättigtem flüssigem Kraftstoff und Kraftstoffdampf vorliegt, und wobei das Verhältnis von flüssigem Kraftstoff zu Kraftstoffdampf aktiv gesteuert wird, um: i) ein Management des Dampfdrucks in dem Kraftstofftank bereitzustellen, um ein schnelles und zügiges Nachfüllen (oder Nachtanken) zu unterstützen; und ii) eine Lieferung von Kraftstoffdampf an den Verdampfer-Regler als eine Unterstützung des Verdampfers bereitzustellen.
  • Diese und zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform deutlicher.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A ist ein schematisches Schaubild eines Gasphasen-Krümmerinjektions-LPG-Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug, das eine Kraftstoffpumpe aufweist.
  • 1B ist ein teilweise geschnittenes schematisches Schaubild eines Gasphasen-Krümmerinjektions-LPG-Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug, wie in 1, das jedoch keine Kraftstoffpumpe aufweist.
  • 1C ist ein beispielhafter Betriebsalgorithmus nach dem Stand der Technik für das Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik von 1A.
  • 2 ist eine vergleichende graphische Darstellung von: 1) einem Beispiel der Wahrscheinlichkeitsverteilung eines Kraftstoffdrucks innerhalb des Kraftstofftanks gemäß einem Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik, 2) eines Beispiels der Wahrscheinlichkeitsverteilung des Kraftstoffzufuhrdrucks einer Zapfsäule, und 3) eines Beispiels der Wirkung der vorliegenden Erfindung auf die Wahrscheinlichkeitsverteilung des Kraftstoffdrucks innerhalb des Kraftstofftanks.
  • 3 ist ein schematisches Schaubild einer generischen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist, das eine erste Kraftstoffzufuhrleitung FF1, eine zweite Kraftstoffzufuhrleitung FF2, eine Anschlussstelle und eine Strömungssteuerung aufweist, wobei alle Merkmale, die den Ausführungsformen der Erfindung allgemein gemeinsam sind, ursprünglichen Kraftstoffdampf des Kraftstofftanks entnehmen (d. h. ausgenommen einer Verdampfung innerhalb des Tanks).
  • 4 ist ein beispielhafter Betriebsalgorithmus für das Kraftstofftank-Temperatur- und Druckmanagementsystem gemäß der vorliegenden Erfindung, wie allgemein in 3 gezeigt ist.
  • 5A bis 5C sind schematische Schaubilder der Hysteresenschleifenimplementierung des Algorithmus von 4, die den Aktivierungsstatus für ein Pumpen von FF1 (nach dem Stand der Technik), eine Strömungssteuerung von FF1 und eine Strömungssteuerung von FF2 jeweils als eine Funktion des Kraftstoffzufuhrdrucks zeigen.
  • 6A ist ein schematisches Schaubild eines ersten Beispiels eines Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank zur Lieferung von Kraftstoff über einen Verdampfer-Regler an einen Kraftstoffverbraucher gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 6B ist ein beispielhafter Betriebsalgorithmus für das System von 6A.
  • 7A ist ein schematisches Schaubild eines zweiten Beispiels eines Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank zur Lieferung von Kraftstoff über einen Verdampfer-Regler an einen Kraftstoffverbraucher gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 7B ist ein beispielhafter Betriebsalgorithmus für das System von 7A.
  • 8 ist ein schematisches Schaubild eines Gasphasen-Kraftstoffsystems, das mit einem ersten bevorzugten Beispiel des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
  • 9 ist ein schematisches Schaubild eines Gasphasen-Kraftstoffsystems, das mit einem zweiten Beispiel des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
  • 10 ist ein schematisches Schaubild eines Gasphasen-Kraftstoffsystems, das mit einem dritten, ebenfalls bevorzugten Beispiel des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
  • 11 ist ein schematisches Schaubild eines Gasphasen-Kraftstoffsystems, das mit einem vierten Beispiel des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
  • 12 ist ein schematisches Schaubild eines Gasphasen-Kraftstoffsystems, das mit einem fünften Beispiel des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
  • 13 ist ein Schaubild der Änderungsrate des Kraftstofftankdrucks gegenüber dem Kraftstoffverbrauch, das während eines unter Verwendung der Ausführungsform von 10 durchgeführten Tests erhalten wurde.
  • 14 ist ein schematisches Schaubild eines Gasphasen-Kraftstoffsystems, das mit einem sechsten Beispiel des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung, nun mit einem im Tank befindlichen Verdampfersystem, ausgestattet ist.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen zeigen die 2 bis 14 Aspekte zur Implementierung eines Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem lediglich beispielhaft dargestellten modifizierten Gasphasen-Krümmerinjektions-LPG-Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug, wobei zu verstehen sei, dass die vorliegende Erfindung anderweitig implementiert sein kann und einen Verbrennungsmotor als den Kraftstoffverbraucher betreffen kann, jedoch nicht muss. In dieser Hinsicht sei, wie oben erwähnt ist, zu beachten, dass die bevorzugte Implementierung, wie hier in Bezug auf ein LPG-Kraftstoffsystem beschrieben ist, so zu lesen sei, dass sie auf ein beliebiges Kraftstoffsystem, das Kraftstoff bei oder nahe dem Dampfdruck des Kraftstoffs speichert, weit reichend anwendbar ist. Anhand eines nicht beschränkenden Beispiels umfassen derartige Kraftstoffe, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Propan, Butan, Autogas (LPG) und Dimethylether. Somit sind Bezüge auf ”LPG” hinsichtlich der Bedeutung von ”Kraftstoff” breit und nicht als den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung auf LPG-Kraftstoffsysteme beschränkend zu verstehen. Ähnlicherweise sollen Bezüge auf Kraftstoffsysteme für Kraftfahrzeuge nicht als beschränkend für den Schutzumfang der Erfindung daran anzusehen sein, da die vorliegende Erfindung auf eine beliebige Gasphasen-Kraftstoffsystemanwendung Anwendung findet.
  • Ein Aspekt, der von der vorliegenden Erfindung berücksichtigt ist, betrifft die Erleichterung eines Nachfüllens (oder Nachtankens) des Kraftstofftanks. Damit ein schnelles Nachfüllen stattfindet, sollte der Druck der Düse der Zapfsäule (Nachfüllpumpe) gut oberhalb des Kraftstoffdampfdrucks in dem Kraftstofftank liegen. Da der Kraftstoffdampfdruck in dem Tank sich dem Zapfsäulendüsendruck annähert, nimmt die Nachfüllrate ab, und wenn der Kraftstoffdampfdruck relativ zu dem Zapfsäulendüsendruck hoch genug wird, kann ein Nachfüllen unmöglich werden. Situationen, bei denen ein Nachfüllen unmöglich ist, oder nicht Nicht-Füll-Situationen, bei denen Kraftstoff nicht von der Zapfsäulendüse in den Kraftstofftank aufgrund eines übermäßigen Gegendrucks, der durch den Kraftstoffdampfdruck in dem Tank bewirkt wird, strömen kann, sind höchst unerwünscht. Wenn eine derartige Nicht-Füll-Situation auftritt, besteht dann eine Technik, die im Stand der Technik zur Lösung dieses Problems verwendet wird, darin, die Inhalte des Kraftstofftanks herunterzukühlen, um den Dampfdruck in dem Kraftstofftank zu reduzieren. Verfahren nach dem Stand der Technik zur Ausführung desselben umfassen das Gießen von kaltem Wasser über den Kraftstofftank oder die Anordnung von Eis oder feuchter Lappen auf dem Kraftstofftank. Derartige Verfahren können schwierig und zeitaufwendig zu implementieren sein und können abhängig von den Umständen nicht akzeptabel, unpraktisch oder nicht verfügbar sein.
  • Das Problem bei der Fähigkeit, den Kraftstofftank nachzufüllen, wird für Kraftstoffe verschlimmert, die mehrere chemische Komponenten mit variierender Flüchtigkeit besitzen. LPG und andere Kraftstoffe, die bei Dampfdruck gespeichert werden, besitzen typischerweise mehrere chemische Komponenten, die jeweils verschiedene Dampfdrücke besitzen. Beispiele von Komponenten mit hohem Dampfdruck, die in LPG-Kraftstoffen vorhanden sein können, umfassen: Ethan, Stickstoff und Kohlendioxid; und eine Herstellung oder Wartung kann Luft (oder andere Schmutzstoffgase, wie Stickstoff, der zur Leckdetektion verwendet wird) in den Tank einführen, die möglicherweise nicht vollständig herausgespült werden kann/können. Der Dampfdruck in dem Kraftstofftank ist der Dampfdruck des Kraftstoffgemisches, wobei jedoch die einzelnen chemischen Komponenten einen Dampfdruck besitzen können, der höher oder geringer als der Dampfdruck des Gemisches ist. Wenn der Dampfdruck einer chemischen Komponente höher als der des Gemisches ist, dann besteht die Tendenz, dass die Komponente in ihrer Gasphase bleibt, und die Konzentration (Molanteil) dieser Komponente ist in der Dampfphase relativ zu der flüssigen Phase höher. Wenn umgekehrt der Dampfdruck einer chemischen Komponente geringer als der des Gemisches ist, dann ist die Konzentration (Molanteil) dieser chemischen Komponente in der Dampfphase relativ zu der Flüssigphase geringer. Die chemische Zusammensetzung der Dampfphase in dem Kraftstofftank ist typischerweise verschieden von der chemischen Zusammensetzung der Flüssigphase, da die Dampfphase eine höhere Konzentration (Molanteil) von chemischen Komponenten mit hohem Dampfdruck relativ zu der Flüssigphase enthält. Infolgedessen kann die Rate, mit der chemische Komponenten mit hohem Dampfdruck von dem Kraftstofftank abgezogen werden, kleiner sein, wenn flüssiger Kraftstoff entnommen wird, im Vergleich dazu, wenn Kraftstoffdampf entnommen wird. Demgemäß ist, wenn ein Kraftstofftank geleert ist, der Enddampfdruck dem Verhältnis der chemischen Komponenten zugeordnet, und dieses hängt von dem Verhältnis des flüssigen Kraftstoffs zu dem entnommenen Kraftstoffdampf ab. Wenn chemische Komponenten mit hoher Flüchtigkeit (einen hohen Dampfdruck bewirkend) zum Verbleib in ihrer Gasphase begünstigt sind und daher eher ”komprimiert” anstatt ”kondensiert” werden, wenn der Druck in dem Kraftstofftank zunimmt, wird die Fähigkeit zum Nachfüllen des Kraftstofftanks beeinträchtigt.
  • Wenn sich der Kraftstofftankdruck dem Zapfsäulendüsendruck annähert, bevor der Kraftstofftank aufgefüllt werden kann, dann ist es nicht möglich, den Kraftstofftank vollständig nachzufüllen (nachzutanken). Wenn somit Komponenten mit hohem Dampfdruck sich in einem Kraftstofftank ansammeln können, dann ist die Nachfüllrate langsam oder das Nachfüllen kann sogar verhindert werden (eine Nicht-Füll-Situation). Dieses Problem wird für die nächste Nachfüllung verschlimmert, wenn während der vorliegenden Nachfüllung eine relativ größere Menge an chemischen Komponenten mit hohem Dampfdruck dem Kraftstofftank hinzugesetzt wird, als während des Betriebs des Kraftstoffverbrauchers entfernt wird. Daher ist es erwünscht, die Konzentration von chemischen Komponenten mit hohem Dampfdruck in dem gelieferten Kraftstoff bei geringen Niveaus zu halten; jedoch kann dies erhöhte Kraftstoffkosten bewirken, und die gewünschten geringen Niveaus können von der Perspektive einer Kraftstofftanknachfüllung in der Praxis nicht stets einzuhalten sein.
  • Während des Nachfüllens wird Kraftstoff von einem Zapfsäulenliefertank typischerweise an die Zapfsäulendüse geliefert. In dem Fall von Kraftstoffen, die bei oder nahe ihrem Dampfdruck gespeichert werden, liegt der Druck in sowohl dem Zapfsäulenliefertank als auch dem Kraftstofftank, der nachgefüllt (wiederaufgetankt) wird, nahe dem Dampfdruck des Kraftstoffs, und beide Tanks enthalten ein Gemisch aus flüssigem Kraftstoff und Kraftstoffdampf.
  • Variablen, die die Wahrscheinlichkeit einer Nicht-Füll-Situation beeinflussen können, umfassen: 1) die Druckdifferenz über die Zapfsäule; 2) die Höhe des Flüssigkraftstoffpegels in dem Zapfsäulenliefertank relativ zu der des nachzufüllenden Kraftstofftanks (beispielsweise kann der Zapfsäulenliefertank unter der Erde angeordnet sein, während der Kraftstofftank typischerweise oberhalb der Erde angeordnet nachgefüllt wird); 3) die chemische Zusammensetzung des Kraftstoffs in dem Zapfsäulenliefertank (der Kraftstoffdampfdruck variiert mit der chemischen Zusammensetzung und der Zufuhrdruck an der Zapfsäulendüse kann reduziert werden, wenn der Zapfsäulenliefertank Kraftstoff mit geringem Dampfdruck enthält); 4) die Temperatur des Kraftstoffs in dem Zapfsäulenliefertank (eine geringere Kraftstofftemperatur reduziert den Dampfdruck in dem Zapfsäulentank und daher den Zufuhrdruck an der Zapfsäulendüse; 5) die chemische Zusammensetzung des Kraftstoffs in dem nachzufüllenden Kraftstofftank (der Kraftstoffdampfdruck variiert mit der chemischen Zusammensetzung und der Gegendruck an der Schnittstelle zwischen Zapfsäulendüse und Kraftstofftank steigt, wenn der nachzutankende Kraftstofftank Kraftstoff mit hohem Dampfdruck enthält); und 6) die Temperatur des Kraftstoffs in dem nachzufüllenden Kraftstofftank (eine hohe Kraftstofftemperatur erhöht den Gegendruck an der Schnittstelle zwischen Zapfsäulendüse und Kraftstofftank). Eine Steuerung der fünften und sechsten Variablen bildet den Fokus der vorliegenden Erfindung.
  • Verfahren, die diese sechste Variable (die Temperatur des Kraftstoffs in dem nachzufüllenden Kraftstofftank) beeinflussen können, umfassen: 1) Umgebungstemperatur (eine höhere Umgebungstemperatur neigt zu einer höheren Kraftstofftemperatur), 2) Nähe des Abgassystems zu dem Kraftstofftank (ein reduzierter Abstand resultiert typischerweise in einer erhöhten Wärmeübertragung zu dem Kraftstofftank), 3) Motorlast (eine höhere Motorlast kann eine erhöhte Wärmeübertragung von dem Abgassystem auf den Kraftstofftank zur Folge haben, 4) Luftströmung über den Kraftstofftank (eine erhöhte Luftströmung resultiert in einer besseren konvektiven Kühlung) und 5) Motorlaufzeit (eine längere Zeit kann in mehr Wärmeübertragung an den Kraftstofftank umgesetzt werden).
  • 2 ist ein Schaubild 100 der Wahrscheinlichkeit gegenüber dem Druck, das beispielhaft veranschaulicht, wie ein Nachfüllen (oder Nachtanken) eines LPG-Kraftstofftanks durch den Dampfdruck in dem Kraftstofftank beeinflusst werden kann. Die Verteilungskurve 102 repräsentiert eine hypothetische Wahrscheinlichkeitsverteilung des Zapfsäulendüsendrucks einer Zapfsäule (oder einer Kraftstofflieferstation), und die Verteilungskurve 104 repräsentiert eine hypothetische Wahrscheinlichkeitsverteilung des Kraftstoffdampfdrucks in einem LPG-Kraftstofftank unter Betriebsbedingungen nach dem Stand der Technik, beide unmittelbar vor einem Beginn des Nachfüllens, und wobei Punkt 106 den Druck repräsentiert, bei dem das Kraftstofftankdruckentlastungsventil 13 (in 1A und 1B gezeigt) öffnet. Beide Verteilungskurven 102, 104 werden durch Faktoren beeinflusst, wie Umgebungstemperatur und chemische Kraftstoffzusammensetzung, die von Füllung zu Füllung und von Markt zu Markt variieren können. Nur beispielhaft sollte zur Unterstützung einer Kraftstoffströmung von der Zapfsäulendüse in den Kraftstofftank der Zapfsäulendüsendruck größer als bevorzugt etwa 5 bar und mehr über dem Kraftstoffdampfdruck innerhalb des Kraftstofftanks liegen, um ein schnelles Nachfüllen des Kraftstofftanks in einer Tankstellenumgebung zu unterstützen.
  • Die Verteilungskurve 108 repräsentiert eine hypothetische Wahrscheinlichkeitsverteilung des Kraftstoffdampfdrucks in einem LPG-Kraftstofftank unter Betriebsbedingungen gemäß dem Kraftstofftank-Temperatur- und Druckmanagementsystem der vorliegenden Erfindung, wobei die vorliegende Erfindung umfasst: 1) die Fähigkeit zur Variation des Verhältnisses von flüssigem Kraftstoff zu Kraftstoffdampf, der von dem Kraftstofftank entnommen wird, um die Temperatur und daher den Druck des Kraftstoffs in dem Tank zu regulieren; 2) die Fähigkeit zur Entnahme von chemischen Komponenten mit hohem Dampfdruck bei einer schnelleren Rate, als mit Flüssigkeitszufuhr-Kraftstoffsystemen nach dem Stand der Technik (beispielsweise in 1A und 1B) erreicht werden kann, was das Kraftstoffsystem für eine Variation der Kraftstoffqualität gegenüber Nachfüllproblemen toleranter macht; 3) die Fähigkeit zur Entfernung chemischer Gasphasen-Schmutzstoffkomponenten nach Herstellung oder Wartung; wie auch 4) selektive Rückhaltung von Komponenten mit hohem Dampfdruck in dem Kraftstofftank (d. h. ähnlich der Rückhaltung von Komponenten mit hohem Dampfdruck durch Kraftstoffsysteme nach dem Stand der Technik, die typischerweise nur flüssigen Kraftstoff von dem Kraftstofftank ziehen), was beispielsweise unter Niedertemperaturbetriebsbedingungen erwünscht sein kann, wenn ein hoher Kraftstofftankdruck hilft, den Bedarf zur Erhöhung des Drucks durch alternative Mittel (beispielsweise durch Aktivierung einer Kraftstoffpumpe) zu reduzieren.
  • Bezug nehmend auf die 3 bis 5C ist ein breites Beispiel des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert dargestellt, das der selektiven Entfernung von ursprünglichem Kraftstoffdampf des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank zugehörig ist.
  • Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Temperatur- und Druckmanagementsystem 120 für einen Kraftstofftank eine erste Kraftstoffzufuhrleitung FF1, die auch hier einfach als ”FF1” bezeichnet ist; eine zweite Kraftstoffzufuhrleitung FF2, die hier auch einfach als ”FF2” bezeichnet ist. Die Komponenten, die FF1 und FF2 umfassen, sind neue Komponenten, die dem Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik durch die vorliegende Erfindung hinzugefügt werden; diese Komponenten umfassen: eine Anschlussstelle 130; und eine Strömungssteuerung 125. FF1 sieht im Wesentlichen den gesamten oder gewöhnlich vorwiegend den gesamten flüssigen Kraftstoff (beispielsweise größtenteils gesättigten flüssigen Kraftstoff, kann jedoch einigen Kraftstoffdampf enthalten), über eine Verbindung mit dem Kraftstoffsystem 98 nach dem Stand der Technik vor, das eine Kraftstoffpumpe enthalten kann, jedoch nicht muss. FF1 kann eine FF1-Strämungssteuerung 128 und/oder einen Filter 126 aufweisen. FF2 sieht den gesamten oder vorwiegend den gesamten Kraftstoffdampf (beispielsweise größtenteils Kraftstoffdampf, kann jedoch einiges flüssiges Kraftstoffkondensat enthalten) über einen Einlass 132 vor, der mit dem Kraftstoffsystem 98 nach dem Stand der Technik verbunden ist. FF2 kann auch eine FF2-Strömungssteuerung 138 und/oder einen Filter 134 aufweisen. Die Strömungssteuerung 125 umfasst die FF2-Strömungssteuerung 138 (wenn eingebaut) und/oder die FF1-Strömungssteuerung 128 (wenn eingebaut), und kann eine einzelne Komponente oder mehrere Komponenten darstellen. Die Anschlussstelle 130 verbindet FF1 fluidtechnisch mit FF2 und verbindet FF1 und FF2 fluidtechnisch mit dem Kraftstoffsystem 98 nach dem Stand der Technik stromabwärts von sowohl FF1 als auch FF2 irgendwo vor dem Verdampfer-Regler.
  • Kraftstofftanks, die dazu verwendet werden, Kraftstoffe bei oder nahe ihrem Dampfdruck zu speichern, sind nicht zu 100% mit flüssigem Kraftstoff gefüllt. Stattdessen sind sie typischerweise mit Füllbegrenzungsvorrichtungen ausgestattet, die verhindern, dass zusätzlicher Kraftstoff in den Kraftstofftank strömt, sobald der flüssige Kraftstoff in dem Tank ein vorbestimmtes Niveau erreicht. Beispielsweise ist in dem Fall von LPG die Füllbegrenzungsvorrichtung gewöhnlich so ausgelegt, dass sie eine Strömung von zusätzlichem Kraftstoff in den Tank stoppt, wenn das Volumen an flüssigem Kraftstoff in dem Kraftstofftank etwa 80% des Gesamttankvolumens beträgt. Daher befindet sich sogar, wenn ein LPG-Kraftstofftank ”voll” ist, ein typisches Volumen von Dampf über der Flüssigkeit in dem Oberteil des Kraftstofftanks, und die Größe dieses Dampfraums wächst, wenn Kraftstoff von dem Kraftstofftank abgezogen wird. Der FF2-Kraftstoffeinlass 132 ist in diesem Dampfraum oberhalb der Oberfläche des flüssigen Kraftstoffs in dem Kraftstofftank angeordnet, um so ursprünglichen Kraftstoffdampf des Kraftstoffsystems 98 nach dem Stand der Technik ausgesetzt zu sein, das sich bei oder nahe seinem Dampfdruck befindet. Die Strömungssteuerungen 128, 138 und die Anschlussstelle 130 können in dem Kraftstofftank, an der Wand des Kraftstofftanks oder außerhalb des Kraftstofftanks angeordnet sein, wobei sie behördlichen Beschränkungen und/oder Anordnungsbeschränkungen unterliegen, die durch stromaufwärtige oder stromabwärtige Ausstattungen des Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik auferlegt werden. FF2 sollte gefiltert werden, welche der folgenden Anforderungen zwingender ist: (1) der Grad an Filtration, der von der FF2-Strömungssteuerung 138 erforderlich ist; oder (2) der Grad an Filtration, der durch die FF1-Strömungssteuerung 128 (wenn eingebaut) erforderlich ist; oder (3) der Grad an Filtration, der durch das Kraftstoffsystem 98 nach dem Stand der Technik gefordert ist (beachte: bei einigen Kraftstoffsystemen nach dem Stand der Technik kann ein zusätzlicher Kraftstofffilter stromabwärts der Anschlussstelle 130 angeordnet sein). Es ist möglich, dass der Strom der FF2-Kraftstoffströmung sauber genug ist, so dass er keine zusätzlicher Filterung erfordert. Es ist auch möglich, dass der Filter 134 auch als der Einlass 132 dient. Die FF2-Strömungssteuerung 138 wird durch ein oder mehrere Kraftstoffdrucksignale als Eingänge gesteuert und sollte in der Lage sein, FF2 abzusperren, wenn es erforderlich ist (beispielsweise um eine Kraftstoffzufuhrdruckanforderung an der Anschlussstelle 130 zu erfüllen), und einen geringen Widerstand für die Kraftstoffströmung im vollständig offenen Zustand bereitzustellen.
  • Die Quelle für flüssigen Kraftstoff zu FF1 stammt von dem Kraftstoffsystem 98 nach dem Stand der Technik an einer Stelle unterhalb der Oberfläche des flüssigen Kraftstoffs in dem Kraftstofftank. Dieser Kraftstoff kann bereits durch einen Kraftstofffilter und/oder eine Kraftstoffpumpe, die im aktivierten Zustand den Kraftstoffzufuhrdruck über den Kraftstofftankdampfdruck erhöht, und/oder eine Kraftstoffströmungssteuerung, wie ein Rückschlagventil, gelangt sein. FF1 sollte gefiltert werden, welche der folgenden Anforderungen auch immer zwingender wird: (1) der Grad an Filtration, der von der FF1-Kraftstoffströmungssteuerung 128 gefordert ist (wenn eingebaut); oder (2) der Grad an Filtration, der von der FF2-Kraftstoffströmungssteuerung 138 gefordert ist (wenn eingebaut); oder (3) der Grad an Filtration, der von dem Kraftstoffsystem 98 nach dem Stand der Technik gefordert wird (beachte: wenn das Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik einen Kraftstofffilter stromaufwärts dieser Stelle enthält, braucht dann möglicherweise eine zusätzliche Filtration des Stroms der FF1-Strömung nicht erforderlich sein). Die FF1-Kraftstoffströmungssteuerung 128 (wenn eingebaut) wird durch ein oder mehrere Kraftstoffdrucksignale als Eingänge gesteuert und sollte in der Lage sein, FF1 abzusperren, wenn es erforderlich ist (beispielsweise wenn der Tankdruck hoch ist oder wenn die Gefahr eines Rückströmens von Kraftstoffdampf in den FF1 besteht) und sollte einen geringen Widerstand für eine Kraftstoffströmung im vollständig offenen Zustand bieten. Es ist möglich, dass das Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik bereits eine Kraftstoffströmungssteuerung stromaufwärts dieser Stelle (beispielsweise ein Sicherheitssolenoidventil) enthalten kann, das in dem Fall einer zweiten Kraftstoffströmungssteuerung an dieser Stelle nicht erforderlich sein muss.
  • Die Anschlussstelle 130 ist bevorzugt an einem Niveau (Höhe) angeordnet, das über der Oberfläche des flüssigen Kraftstoffs in dem Kraftstofftank liegt. Wenn die Anschlussstelle 130 auf einem Niveau mit der Oberfläche des flüssigen Kraftstoffs in dem Kraftstofftank oder unterhalb der Oberfläche des flüssigen Kraftstoffs in dem Kraftstofftank angeordnet ist, dann ist eine Kraftstoffströmungssteuerung erforderlich, um eine flüssige Kraftstoffströmung über FF1 abzusperren (um beispielsweise zu verhindern, dass die Anschlussstelle kontinuierlich mit flüssigem Kraftstoff geflutet wird, der in die Anschlussstelle über FF1 strömt). In einigen Fällen kann eine kleine Menge an Rückfluss von der Anschlussstelle 130 in entweder FF1 oder FF2 erfolgen. Das Verhältnis von flüssigem Kraftstoff zu Kraftstoffdampf, der an der Anschlussstelle 130 austritt, wird durch die Kraftstoffpumpe nach dem Stand der Technik (wenn eingebaut) und/oder die FF2-Strömungssteuerung 138 (wenn eingebaut) und/oder die FF1-Strömungssteuerung 128 (wenn eingebaut) gesteuert.
  • Mit Bezug auf den Betrieb des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung sei zu verstehen, dass Betriebskomponenten, beispielsweise die FF1-Strömungssteuerung (wenn eingebaut), die FF2-Strömungssteuerung (wenn eingebaut), die Anschlussstelle und eine Kraftstoffpumpe (wenn eingebaut) in wechselseitiger Synchronizität betrieben werden, so dass ein Betriebskonflikt vermieden wird.
  • 4 zeigt einen beispielhaften Algorithmus zur Implementierung des Temperatur- und Druckmanagementsystems 120 für einen Kraftstofftank, das bei 3 gezeigt ist und in Verbindung mit den 5A bis 5C zu betrachten ist, die schematische Darstellungen von Hystereseschleifen sind, die den Algorithmus von 4 implementieren, und den Aktivierungsstatus jeweils für FF1-Pumpen (Stand der Technik), FF1-Strömungssteuerung und FF2-Strömungssteuerung, jeweils als eine Funktion des Kraftstoffzufuhrdrucks zeigen.
  • In den 5A bis 5C sind die Drücke P1, P2, P3, P4, P5, P6, PMIN-L und PMIN-V vorgewählte Werte. PMIN-L und PMIN-V sind so gewählt, dass sichergestellt wird, dass der Kraftstoffzufuhrdruck die minimale Kraftstoffzufuhrdruckanforderung an dem Verdampfer-Regler mit 100% gesättigter Zufuhr von flüssigem Kraftstoff bzw. 100% Zufuhr von gasförmigem Kraftstoff erfüllt; sie können Konstanten sein, die so gewählt sind, dass der Kraftstoffzufuhrdruck über den vollständigen Bereich erwarteter Betriebsbedingungen angemessen ist, oder Variablen sein, die auf der Basis von Eingängen, wie dem augenblicklichen Kraftstoffdurchfluss, der Dichte von Kraftstoff in dem Kraftstofftank, etc. zunehmen oder abnehmen. In der Hystereseschleife 180 von 5A sollte für einen stabilen Betrieb die Druckdifferenz zwischen P1 und P2 größer als die Kraftstoffzufuhrdruckzunahme sein, die an dem Verdampfer-Regler auftritt, wenn das von FF1-Kraftstoffpumpen aktiviert ist. In der Hystereseschleife 182 von 5B sollte für einen stabilen Betrieb die Druckdifferenz zwischen P5 und P6 größer als die Kraftstoffzufuhrdruckreduktion sein, die an dem Verdampfer-Regler auftritt, wenn von flüssiger Kraftstoffzufuhr zu Kraftstoffdampfzufuhr umgeschaltet wird. In der Hystereseschleife 184 von 5C sollte für einen stabilen Betrieb die Druckdifferenz zwischen P3 und P4 größer als die Kraftstoffzufuhrdruckreduktion sein, die an dem Verdampfer-Regler auftritt, wenn von flüssiger Kraftstoffzufuhr zu Kraftstoffdampfzufuhr umgeschaltet wird. Lediglich beispielhaft und ohne Beschränkung kann P1 gleich 3,5 bar sein, P2 kann gleich 6,5 bar sein, P3 kann gleich 4 bar sein, P4 kann gleich 8 bar sein, P5 kann gleich 4 bar sein, P6 kann gleich 8 bar sein, PMIN-L kann gleich 3,5 bar sein und PMIN-V kann gleich 4 bar sein.
  • In 4 beginnt der Algorithmus bei Kasten 142, bei dem Bedingungen des Systems auf Initialisierungswerte bei Einschalten des Kraftstoffverbrauchs gesetzt werden, wobei die FF1-Strömungssteuerung 128 aktiviert wird (wenn in das System eingebaut), die FF2-Strömungssteuerung 138 deaktiviert wird (wenn in das System eingebaut) und das FF1-Kraftstoffpumpen über das Kraftstoffsystem 98 nach dem Stand der Technik ausgelöst wird (wenn in dem System eingebaut). Hier wird eine Konvention von ”normal aus”/”normal geschlossen” angenommen, wobei der Begriff ”aktivieren” bedeutet, einzuschalten, vollständig zu öffnen oder teilweise zu öffnen, und der Begriff ”deaktivieren” bedeutet, abzuschalten oder zu schließen. Diese Konvention wird angenommen, um den Zustand der Kraftstoffpumpe und jeglicher Ventile, die an denn Kraftstoffsystem eingebaut sind, kurz und eindeutig zu beschreiben. Es ist nicht beabsichtigt, dass der Vorzug für ”normal offenen” gegenüber ”normal geschlossenen” Ventilen durch diese Konvention dokumentiert ist. Ob ein ”normal offenes” oder ”normal geschlossenes” Ventil verwendet wird, hängt von den Funktionalitätsanforderungen (einschließlich Ausfallsicherungsanforderungen) und Kosten ab. Kostengünstige Solenoidventile ”von der Stange”, die zum Gebrauch mit LPG-Kraftstoff geeignet sind, sind typischerweise ”normal geschlossen”, wenn jedoch ein Solenoidventil als Teil der FF1-Strömungssteuerung eingebaut ist, dann kann es bei einigen Ausführungsformen erwünscht sein, dass dieses Ventil ”normal offen” ist, da dieser Typ von Ventil zu derselben Funktionalität wie das Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik im Falle eines ”offenen Kreislaufs” zurückkehrt.
  • Der Algorithmus fährt dann mit Block 144 fort, an dem Daten von Sensoren enthalten, berechnet und/oder aus einer Nachschlagetabelle erhalten werden. Dies umfasst typischerweise den Kraftstoffzufuhrdruck, bevorzugt kurz stromaufwärts des Verdampfers-Reglers des Kraftstoffsystems 98 nach dem Stand der Technik. Der Algorithmus fährt dann mit Entscheidungsblock 146 fort.
  • Bei Entscheidungsblock 146 wird eine Abfrage gemacht, ob der Kraftstoffzufuhrdruck kleiner als P5 ist oder nicht, vorausgesetzt, dass die FF1-Strömungssteuerung in dem System vorhanden ist. Wenn die Antwort auf die Abfrage ja ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 148 fort, an dem die FF1-Strömungssteuerung 128 aktiviert wird, und der Algorithmus fährt dann mit Entscheidungsblock 150 fort; wenn ansonsten die Antwort für die Abfrage an Entscheidungsblock 146 Nein war, fährt der Algorithmus dann direkt zu Entscheidungsblock 150 fort.
  • Bei Entscheidungsblock 150 wird eine Abfrage durchgeführt, ob der Kraftstoffzufuhrdruck kleiner als P3 ist oder nicht, vorausgesetzt, dass die FF2-Strömungssteuerung in dem System vorhanden ist. Wenn die Antwort auf die Abfrage Ja ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 152 fort, an dem die FF2-Strömungssteuerung 138 deaktiviert ist, und der Algorithmus fährt dann mit Entscheidungsblock 154 fort. Wenn ansonsten die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 150 Nein war, fährt dann der Algorithmus direkt mit Entscheidungsblock 154 fort.
  • An Entscheidungsblock 154 wird eine Abfrage gemacht, ob das Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik eine Kraftstoffpumpe aufweist, wobei, wenn die Antwort auf die Abfrage Nein ist, dann der Algorithmus mit Entscheidungsblock 164 fortfährt. Wenn ansonsten die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 154 Ja war, dann fährt der Algorithmus mit Entscheidungsblock 156 fort.
  • An Entscheidungsblock 156 wird eine Abfrage durchgeführt, ob der Kraftstoffzufuhrdruck kleiner als P1 ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Abfrage Ja ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 158 fort, bei dem das FF1-Kraftstoffpumpen aktiviert wird, und der Algorithmus fährt dann mit Entscheidungsblock 160 fort. Wenn ansonsten die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 156 Nein war, dann fährt der Algorithmus direkt mit Entscheidungsblock 160 fort.
  • An Entscheidungsblock 160 wird eine Abfrage durchgeführt, ob der Kraftstoffzufuhrdruck größer als oder gleich P2 ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Abfrage Ja ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 162 fort, an dem das FF1-Kraftstoffpumpen deaktiviert ist, und der Algorithmus fährt dann mit Entscheidungsblock 164 fort; wenn ansonsten die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 160 Nein war, dann fährt der Algorithmus direkt mit Entscheidungsblock 164 fort.
  • An Entscheidungsblock 164 wird eine Abfrage durchgeführt, ob der Kraftstoffzufuhrdruck größer als oder gleich P4 ist oder nicht, vorausgesetzt, die FF2-Strömungssteuerung ist in dem System vorhanden. Wenn die Antwort auf die Abfrage Ja ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 166 fort, an dem die FF2-Strömungssteuerung 138 aktiviert ist, und der Algorithmus fährt dann mit Entscheidungsblock 168 fort; wenn ansonsten die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 164 Nein war, dann fährt der Algorithmus direkt mit Entscheidungsblock 168 fort.
  • An Entscheidungsblock 168 wird eine Abfrage durchgeführt, ob der Kraftstoffzufuhrdruck größer als oder gleich P6 ist, vorausgesetzt, dass die FF1-Strömungssteuerung in dem System vorhanden ist. Wenn die Antwort auf die Abfrage Ja ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 170 fort, an dem die die FF1-Strömungssteuerung 128 deaktiviert ist, und der Algorithmus kehrt dann zu Block 144 zurück, wenn ansonsten die Antwort an der Abfrage an Entscheidungsblock 168 Nein war, dann fährt der Algorithmus direkt mit Block 144 fort Nun Bezug nehmend auf die 6A bis 7B sind bauliche und funktionelle Beispiele von Implementierungen des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank von 3 detailliert dargestellt.
  • Bei 6A ist ein erstes schematisches Vorrichtungsschaubild 200 eine Implementierung des Temperatur- und Druckmanagementsystems 120 eines Kraftstofftanks von 3 gezeigt. Ein Kraftstofftank 202 enthält Kraftstoff 204 bei oder nahe seinem Dampfdruck, der Bestandteilkomponenten aus flüssigem Kraftstoff 204L und Kraftstoffdampf 204V enthält. Flüssiger Kraftstoff 204L wird (vorwiegend) über FF1 und Kraftstoffdampf 204V wird (vorwiegend) über FF2 an Strömungssteuerung(en) 206 geliefert, wobei die Strömungssteuerung(en) eine einzelne Strömungssteuerung oder mehrere Strömungssteuerkomponenten aufweisen können, die FF1 und/oder FF2 zugeordnet sind. Der Kraftstoff von der/den Strömungssteuerung(en) 206 wird an einen Verdampfer-Regler 210 über eine Kraftstoffleitung 208 geliefert, woraufhin anschließend der Kraftstoff unter normalen Betriebsbedingungen vollständig gasförmig ist und daraufhin an einen Kraftstoffverbraucher 212 geliefert wird.
  • 6B ist ein Beispiel eines Algorithmus 220 zur Ausführung des Betriebs des schematischen Vorrichtungsschaubilds 200 von 6A.
  • Das System wird bei Block 222 initialisiert, wenn der Kraftstoffverbraucher eingeschaltet ist. Initialisierungswerte für das Einschalten des Kraftstoffverbrauchers können die Strömungssteuerung(en) enthalten, die Kraftstoff über FF1 und nicht über FF2 liefert, oder können Kraftstoff aufweisen, der über FF2 und nicht über FF1 geliefert wird, oder können Kraftstoff aufweisen, der durch sowohl FF1 als auch FF2 in einer vorbestimmten relativen Proportionalität geliefert wird. Anschließend werden bei Block 224 Daten erhalten, wie beispielsweise durch Erfassen, Berechnen oder eine Nachschlagetabelle, wobei die Daten einen Kraftstoffzufuhrdruck enthalten, der an beliebiger Stelle zwischen der Innenseite des Kraftstofftanks und dem Kraftstoffverbraucher, bevorzugt kurz stromaufwärts des Verdampfers-Reglers 210 genommen ist. Der Algorithmus fährt dann mit Entscheidungsblock 226 fort, an dem eine Abfrage durchgeführt wird, ob der Kraftstoffzufuhrdruck größer als oder gleich einem vorbestimmten oberen Schwellenkraftstoffdruck ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 226 Ja ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 228 fort, während die Strömungssteuerung(en) 206 so eingestellt werden, dass sie die Kraftstofflieferung über FF2 im Vergleich zu der Kraftstofflieferung über FF1 proportional erhöhen, und der Algorithmus kehrt dann zu Block 224 zurück. Wenn jedoch die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 226 Nein ist, fährt dann der Algorithmus mit Entscheidungsblock 230 fort.
  • An Entscheidungsblock 230 wird eine Abfrage durchgeführt, ob der Kraftstoffzufuhrdruck kleiner als der bestimmte untere Schwellenkraftstoffdruck ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 230 Ja ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 232 fort, an dem die Strömungssteuerung(en) 206 so eingestellt wird/werden, um die Kraftstofflieferung über FF2 im Vergleich zu der Kraftstofflieferung über FF1 proportional zu verringern, und der Algorithmus kehrt dann zu Block 224 zurück. Wenn jedoch die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 230 Nein ist, fährt der Algorithmus dann mit Block 224 fort.
  • Der bestimmte obere Schwellenkraftstoffdruck und der bestimmte untere Schwellenkraftstoffdruck können Konstanten sein, die so gewählt sind, dass der Kraftstoffzufuhrdruck über den vollständigen Bereich erwarteter Betriebsbedingungen angemessen ist, oder Variablen sein, die auf der Basis der Eingänge, wie der augenblickliche Kraftstoffdurchfluss, der Dichte von Kraftstoff in dem Kraftstofftank, etc. zunehmen oder abnehmen, wobei der bestimmte obere Schwellenkraftstoffdruck größer oder gleich dem bestimmten unteren Schwellenkraftstoffdruck ist. Der bestimmte obere Schwellenkraftstoffdruck sollte oberhalb des Bereichs der Kraftstoffzufuhrdrücke liegen, oberhalb der die FF1-Kraftstoffpumpe (wenn eingebaut) aktiviert ist. Der Kraftstoffzufuhrdruck kann an einer oder mehreren geeigneten Stellen zwischen dem Kraftstofftank (einschließlich Stellen innerhalb des Kraftstofftanks) und dem Kraftstoffverbraucher gemessen oder berechnet werden. In Fällen, wenn ein Kraftstoffdruckregler eingebaut ist, um den Druck des Kraftstoffs an dem Kraftstoffverbraucher zu steuern, kann für die Zwecke dieser Steuerschleife der Kraftstoffzufuhrdruck bevorzugt an zumindest einer Stelle stromaufwärts dieses Druckreglers (einschließlich einer Stelle oder Stellen, die innerhalb des Kraftstofftanks liegen, gemessen oder berechnet werden.
  • Sei 7A ist ein zweites schematisches Vorrichtungsschaubild 240 einer Implementierung des Temperatur- und Druckmanagementsystems 120 für einen Kraftstofftank von 3 gezeigt. Ein Kraftstofftank 242 enthält einen Kraftstoff 244 bei oder nahe seinem Dampfdruck, der Bestandteilkomponenten von flüssigem Kraftstoff 244L und Kraftstoffdampf 244V aufweist. Flüssiger Kraftstoff 244L wird (vorwiegend) über FF1, wobei das Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik optional eine Kraftstoffpumpe 245 aufweist, und Kraftstoffdampf 244 wird (vorwiegend) über FF2 an eine Strömungssteuerung(en) 246 geliefert, wobei die Strömungssteuerung(en) eine einzelne Strömungssteuerung oder mehrere Strömungssteuerkomponenten, die FF1 und/oder FF2 zugeordnet sind, enthalten können. Der Kraftstoff von der/den Strömungssteuerung(en) 246 wird an einen Verdampfer-Regler 250 über eine Kraftstoffleitung 248 geliefert, woraufhin anschließend der Kraftstoff vollständig gasförmig ist und daraufhin an einen Kraftstoffverbraucher 252 geliefert wird. Zusätzlich detektieren Sensoren 254 Daten, wie beispielsweise über eine oder mehrere Datenleitungen 254a, die Kraftstoffzufuhrdruck stromaufwärts des Verdampfers/Reglers 250 aufweisen und auch optional eine Kraftstoffanforderung des Verbrauchers 252, Kraftstoffdruck/-temperatur des Kraftstoffs 244 in dem Kraftstofftank und Zustandsstatus der Strömungssteuerung(en) 246 aufweisen. Diese Daten werden über eine Datenleitung 254b durch einen Controller 256 verwendet, wie beispielsweise ein programmiertes ECM, das eine Steuerung der Strömungssteuerung(en) 246 und der Kraftstoffpumpe (wenn eingebaut) über eine oder mehrere Steuerleitungen 256a ausgibt.
  • 7B ist ein Beispiel eines Algorithmus 260 zur Ausführung des Betriebs des schematischen Vorrichtungsschaubilds 240 von 7A.
  • Das System wird bei Block 262 initialisiert, wenn der Kraftstoffverbraucher eingeschaltet wird. Die Initialisierungswerte bei Einschalten des Kraftstoffverbrauchers können die Strömungssteuerung(en), die Kraftstoff über FF1 und nicht über FF2 liefern, enthalten oder können eine Lieferung von Kraftstoff über FF2 und nicht über FF1 enthalten oder können eine Kraftstofflieferung durch sowohl FF1 als auch FF2 in einer vorbestimmten relativen Proportionalität enthalten. Anschließend werden bei Block 264 Daten erhalten, wie beispielsweise durch Erfassen, Berechnen und/oder Verwendung einer Nachschlagetabelle, wobei die Daten einen Kraftstoffzufuhrdruck, bevorzugt kurz stromaufwärts des Verdampfers-Reglers 250 aufweisen, der die Kraftstoffanforderung des Verbrauchers 252 angibt, und optional den Kraftstoffdruck/die Kraftstofftemperatur des Kraftstoffs 244 in dem Kraftstofftank und den Zustandsstatus der Strömungssteuerung(en) 246 enthalten kann. Daten werden an beliebiger Stelle aus dem Inneren des Kraftstofftanks für den Kraftstoffverbraucher erhalten.
  • Der Algorithmus fährt dann mit Entscheidungsblock 266 fort, an dem eine Abfrage durchgeführt wird, ob ein Pumpen von Kraftstoff erforderlich ist oder nicht, um einen minimalen Kraftstoffzufuhrdruck an dem Verdampfer-Regler 250 zu liefern, um die Kraftstoffanforderung des Kraftstoffverbrauchers 252 zu beliefern. Wenn die Antwort auf die Abfrage bei Entscheidungsblock 266 Ja ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 270 fort, an dem die Strömungssteuerung(en) 206 eingestellt werden, um eine Kraftstoffströmung über FF1. durch Aktivieren der FF1-Strömungssteuerung einzuschalten und eine Kraftstoffströmung über FF2 durch Deaktivieren der FF2-Strömungssteuerung abzuschalten, und das Pumpen durch die Kraftstoffpumpe 245 aktiviert wird (wobei eine Konvention eines normal geschlossenen Ventils für die Beschreibung angenommen wird, wobei der Begriff ”aktivieren” ein Einschalten, vollständiges Öffnen oder teilweises Öffnen bedeutet und der Begriff ”deaktivieren” ein Abschalten oder Schließen bedeutet), und der Algorithmus kehrt dann zu Block 264 zurück. Wenn jedoch die Antwort auf die Abfrage bei Entscheidungsblock 266 Nein ist, fährt dann der Algorithmus mit Block 268 fort, an dem ein Pumpen gestoppt wird oder gestoppt bleibt, wenn es bereits gestoppt ist und fährt dann mit Entscheidungsblock 272 fort.
  • An Entscheidungsblock 272 wird eine Abfrage durchgeführt, ob der Kraftstoffzufuhrdruck größer als oder gleich einem vorbestimmten minimalen Kraftstoffzufuhrdruck an dem Verdampfer-Regler 250 ist oder nicht, wie beispielsweise der Druck, der notwendig ist, um die Kraftstoffanforderung des Kraftstoffverbrauchers 252 angemessen zu liefern (was eine Erwartung einer zukünftigen Anforderung aufweisen kann). Wenn die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 272 Nein ist, fährt der Algorithmus dann mit Block 274 fort, an dem die Strömungssteuerung(en) 246 eingestellt wird/werden, um eine Kraftstofflieferung über FF2 im Vergleich zu einer Kraftstofflieferung über FF1 proportional zu verringern, und der Algorithmus kehrt dann zu Block 264 zurück. Wenn jedoch die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 272 Nein ist, fährt der Algorithmus dann mit Entscheidungsblock 276 fort.
  • An Entscheidungsblock 276 wird eine Abfrage durchgeführt, ob zusätzlicher Kraftstoffdampf 244V von dem Kraftstofftank 242 entnommen werden kann oder nicht, während immer noch der minimale Kraftstoffzufuhrdruck an dem Verdampfer-Regler 250 erfüllt wird. Wenn die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 272 Nein ist, fährt der Algorithmus dann mit Entscheidungsblock 286 fort. Wenn jedoch die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 276 Ja ist, fährt der Algorithmus dann mit Entscheidungsblock 278 fort.
  • An Entscheidungsblock 278 wird eine Abfrage durchgeführt, ob der Verdampfer des Verdampfer-Reglers 250 den daran gelieferten Kraftstoff vollständig verdampft oder nicht. Wenn die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 278 Nein ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 280 fort, an dem die Strömungssteuerung(en) 246 eingestellt wird/werden, um eine Kraftstofflieferung über FF2 im Vergleich zu der Kraftstofflieferung über FF1 proportional zu erhöhen, und der Algorithmus kehrt dann zu Block 264 zurück. Wenn jedoch die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 278 Ja ist, fährt der Algorithmus dann mit Entscheidungsblock 282 fort.
  • An Entscheidungsblock 282 wird eine Abfrage durchgeführt, ob der Tank Kraftstoffdruck/die Tankkraftstofftemperatur größer als oder gleich einem oberen Schwellenwert ist, oder nicht. Der obere Schwellenwert kann beispielsweise derjenige Wert sein, bei dem der Kraftstoffdruck in dem Tank Kraftstoff bereitstellt, der für die Kraftstoffanforderung des Kraftstoffverbrauchers angemessen ist. Wenn die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 282 Ja ist, dann fährt der Algorithmus mit Block 284 fort, an dem die Strömungssteuerung(en) 206 eingestellt wird/werden, um eine Kraftstofflieferung über FF2 im Vergleich zu der Kraftstofflieferung über FF1 proportional zu erhöhen, und der Algorithmus kehrt zu Block 264 zurück. Wenn jedoch die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 282 Nein ist, fährt der Algorithmus dann mit Entscheidungsblock 286 fort.
  • An Entscheidungsblock 286 wird eine Abfrage durchgeführt, ob der Tankkraftstoffdruck/die Tankkraftstofftemperatur kleiner als ein unterer Schwellenwert ist oder nicht. Der untere Schwellenwert kann beispielsweise derjenige Wert sein, bei dem der Kraftstoffdruck in dem Tank keinen für die Kraftstoffanforderung des Kraftstoffverbrauchers angemessenen Kraftstoff bereitstellt und/oder sich übermäßig Wasserkondensat oder Eis an externen Oberflächen des Kraftstoffsystems bildet. Wenn die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 286 Ja ist, fährt der Algorithmus dann mit Block 288 fort, an dem die Strömungssteuerung(en) 246 eingestellt wird/werden, um die Kraftstofflieferung über FF2 im Vergleich zu der Kraftstofflieferung über FF1 proportional zu verringern, und der Algorithmus kehrt zu Block 264 zurück. Wenn jedoch die Antwort auf die Abfrage an Entscheidungsblock 286 Nein ist, kehrt der Algorithmus zu Block 264 zurück.
  • Nun Bezug nehmend auf die 8 bis 12 sind beispielhafte Vorrichtungsausführungsformen zur Implementierung des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank von 3 detailliert dargestellt.
  • Als Einleitung hierzu stellt Tabelle 1 beispielhaft die Beziehung zwischen Ausstattungselementen, Steuervariablen der Ausstattungselemente und resultierende Steuerzustände dar. Die vorliegende Erfindung sieht Steuerzustände ”K” vor, die nicht in Kraftstoffsystemen nach dem Stand der Technik vorgesehen sind (beispielsweise 1A bis 1C). Jedoch sind Kraftstoffsysteme nach dem Stand der Technik zum Betrieb in einem oder mehreren der Steuerzustände ”PA1” in der Lage; und wenn die FF1-Kraftstoffströmungssteuerung und die FF2-Kraftstoffströmungssteuerung deaktiviert oder nicht eingebaut sind, dann arbeitet die vorliegende Erfindung ähnlich dem Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik mit als ”PA2” bezeichneten Steuerzuständen. TABELLE 1
    Ausstattungselement Steuervariablen Steuerzustände
    SZ1 SZ2 SZ3 SZ4 SZ5 SZ6 SZ7 SZ8 SZ9
    FF1-Pumpen von flüsigem Kraftstoff Maximale Zufuhrdruckzunahme beispielsweise 100% PWM PA1
    Moduliere Kraftstoffzufuhrdruckzunahme beispielsspielsweise, 0% bis 100% PWM PA1
    Keine Kraftstoffzufuhrdruckzunahme Ausstattungselement deaktiviert oder nicht eingebaut PA1 X X X X X X
    FF1-Strömungssteuerung für flüssigen Kraftstoff Minimale Kraftstoffströmungsbeschränkung Ausstattungselement vollständig offen oder nicht eingebaut PA2 PA2 PA2 X X
    Moduliere Kraftstoffströmungsbeschränkung Ausstattungselement teilweise offen X X
    Maximale Kraftstoffströmungsbeschränkung Ausstattungselement vollständig geschlosen X X
    FF2-Strömungssteuerung für gasförmigen Kraftstoff Minimale Kraftstoffströmungsbeschränkung Ausstattungselement vollständig offen X X X
    Moduliere Kraftstoffströmungsbeschränkung Ausstattungselement teilweise offen X X X
    Maximale Kraftstoffströmungsbeschränkung Ausstattungselement vollständig geschlosschlossen oder nicht eingebaut PA2 PA2 PA2
  • Nun zunächst Bezug nehmend auf 8 ist eine erste beispielhafte Ausführungsform 300 des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der Steuerzustände ZS1, ZS2 und ZS7 von Tabelle 1 daran angewendet sind.
  • Bei dieser ersten Ausführungsform des LPG-Kraftstoffsystems 300 ist der LPG-Kraftstoff 304 in dem Oberteil des Kraftstofftanks 302 ein gesättigter Kraftstoffdampf (oder einfach ein Dampf) 304V, und darunter ist flüssiger Kraftstoff 304L angeordnet, wobei der Kraftstoff beliebiger Kraftstoff sein kann, der bei oder nahe seinem Dampfdruck gespeichert wird, und nicht LPG sein muss.
  • Der Kraftstofftank 302 ist mit einem Druckentlastungsventil ausgestattet und kann mit einem Temperatursensor und einem Drucksensor, nicht gezeigt, ausgestattet sein, wobei jede Komponente hier oben detailliert beschrieben worden ist; und die Inhalte des Kraftstofftanks können verschiedenen Wärmen (nicht gezeigt) ausgesetzt sein, wie ebenfalls hier oben detailliert beschrieben ist.
  • In dem Kraftstofftank 302 sind Komponenten eines Kraftstoffsystems 306 nach dem Stand der Technik enthalten, nämlich ein Filter 308, eine Kraftstoffpumpe 310, ein Rückschlagventil 312, ein Filter 314 sowie ein Kraftstoffdruckregler 316, die alle hier oben detailliert dargestellt sind, wie als Beispiel für die Diskussion von 1A. Der Betrieb der Kraftstoffpumpe kann auf den Kraftstoffdruckregler 316, eine andere Quelle einer Druckdifferenz oder auf die Anweisung eines Controllers ansprechen. Außerhalb des Kraftstofftanks 302 sind zusätzliche Komponenten des Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik vorgesehen, wie ebenfalls detailliert hier oben beschrieben ist, nämlich: ein Ventilsatz 318, der typischerweise ein Strömungssteuerventil 320, ein Wartungsventil 322 sowie ein automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 324 aufweist, und weiter stromabwärts sind ein weiteres automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 326, ein Verdampfer-Regler 328 und ein Kraftstoffverbraucher 330 vorgesehen.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform 300 der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich gegenüber den Kraftstoffsystemkomponenten aus dem Stand der Technik vorgesehen: ein Filter 332, der an einer oberen Stelle des Kraftstofftanks angeordnet ist, wodurch Kraftstoffdampf 304V darin über einen Einlass eintritt; und ein Rückschlagventil 334, das mit dem Filter 332 verbunden ist. Das Rückschlagventil 334 ist über eine Anschlussstelle 336 mit dem Kraftstoffsystem 306 nach dem Stand der Technik stromabwärts der Kraftstoffpumpe 310 und ihres Rückschlagventils 312 und stromaufwärts des Filters 314 verbunden. Durch Vergleich mit 3 sei angemerkt, dass FF2 durch die Anschlussstelle 336, das Rückschlagventil 334, den Filter 332 und die Verrohrung gebildet ist, die diese Komponenten verbindet, und das FF1 allgemein durch die Anschlussstelle 336 gebildet ist, wobei FF1 und FF2 auch wechselseitig mit dem stromabwärtigen Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik an der Anschlussstelle 336 verbunden sind.
  • Im Betrieb sehen die Rückschlagventile 312 und 334 einen geringen Widerstand für Kraftstoff vor, der von dem Kraftstofftank zu der Anschlussstelle 336 strömt, und einen hohen Widerstand für Kraftstoff vor, der von der Anschlussstelle 336 zu dem Kraftstofftank über FF1 bzw. FF2 strömt. Unter zumindest einigen Betriebsbedingungen, einschließlich Betriebsbedingungen, wenn die Kraftstoffpumpe nicht eingeschaltet ist, d. h. keinen flüssigen Kraftstoff pumpt, soll der Strömungswiderstand für Kraftstoff, der von dem Kraftstofftank zu der Anschlussstelle 336 über FF2 strömt, kleiner als der Widerstand für Kraftstoff sein, der von dem Kraftstoff an Anschlussstelle 336 über FF1 strömt. In solchen Fällen wird der Kraftstoffdampf 304V von dem Kraftstofftank 302 über FF2 entnommen und an den Verdampfer-Regler 328 geliefert. Jedoch wird, sobald die Kraftstoffpumpe eingeschaltet ist (d. h. sie flüssigen Kraftstoff pumpt) dann das Rückschlagventil 334 durch den Druck des zu der Anschlussstelle 336 über FF1 strömenden flüssigen Kraftstoffs geschlossen, so dass der flüssige Kraftstoff 304L über FF1 an den Verdampfer-Regler 328 geliefert wird, während der Kraftstoffdampf 304V über FF2 abgeschaltet ist.
  • Es ist erwünscht, dass die Höhe der Anschlussstelle 336 so gewählt ist, dass, wenn Kraftstoffdampf durch FF1 strömt, dieser nicht durch flüssigen Kraftstoff behindert, gestört oder anderweitig beeinträchtigt wird; dies wird durch Auswahl der erforderlichen Höhe der Anschlussstelle 336 über der Fläche des flüssigen Kraftstoffs 304L in den Kraftstofftank bezüglich der Grundsätze der Hydrostatik und Fluiddynamik erreicht.
  • Wenn eine Kraftstoffpumpe gegeben ist, die über PWM (Impulsbreitenmodulation) gesteuert ist (was oftmals der Fall für LPG-Kraftstoffsysteme nach dem Stand der Technik ist), dann kann es möglich sein, eine Steuerung über den Durchfluss von Kraftstoff, der die Anschlussstelle 336 über FF1 erreicht, auszuüben, wodurch das Verhältnis von: Massenstrom von flüssigem Kraftstoff zu Massenstrom von Kraftstoffdampf einfach durch Änderung des PWM-Antriebs zu der Kraftstoffpumpe geändert wird.
  • Ein geeignetes Rückschlagventil 334 ist beispielsweise ein Lee IHM 8 mm Rückschlagventil der Reihe 832 oder 855, das von The Lee Company, Industrial Microhydraulics Division, Westbrook, CT hergestellt wird.
  • Die erste Ausführungsform ist aufgrund ihrer Einfachheit bevorzugt. Es sei angemerkt, dass in dem Falle, dass das Rückschlagventil 334 geschlossen ausfällt, dann das System zu der Funktionalität des Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik von 1A zurückkehrt. Wenn jedoch das Rückschlagventil 335 offen ausfällt, dann kann dies von dem Standpunkt einer Lieferung von flüssigem Kraftstoff über FF1 problematisch sein; um die Gefahr dieses Ausfallmodus zu reduzieren, können, wenn erforderlich ist, zwei oder mehr Rückschlagventile 334 in Reihe eingebaut werden.
  • Nun Bezug nehmend auf 9 ist eine zweite beispielhafte Ausführungsform 340 des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die eine Variante der ersten Ausführungsform 300 ist, die nun eine Anwendbarkeit derselben auf Steuerzustände SZ1 und SZ4 inklusive und SZ7 von Tabelle 1 besitzt (zwei zusätzliche Steuerzustände (SZ3 und SZ4) relativ zu der ersten Ausführungsform), wobei Bezugszeichen, die identisch zu 8 sind, dazu verwendet sind, identische Komponenten zu bezeichnen.
  • In dieser zweiten Ausführungsform 340 des LPG-Kraftstoffsystems ist LPG-Kraftstoff 304 in dem Oberteil des Kraftstofftanks 302 ein gesättigter Kraftstoffdampf (oder einfach ein Dampf) 304V, und darunter ist flüssiger Kraftstoff 340L angeordnet, wobei der Kraftstoff ein beliebiger Kraftstoff sein kann, der bei oder nahe seinem Dampfdruck gespeichert ist, und nicht LPG sein muss.
  • Der Kraftstofftank 302 ist mit einem Druckentlastungsventil ausgestattet und kann mit einem Temperatursensor und einem Drucksensor, nicht gezeigt, ausgestattet sein, wobei jede Komponente hier oben detailliert beschrieben worden ist; und die Inhalte des Kraftstofftanks können verschiedenen Wärmen (nicht gezeigt) unterzogen sein, wie ebenfalls im Detail hier oben beschrieben ist.
  • In dem Kraftstofftank 302 sind Komponenten eines Kraftstoffsystems 306 nach dem Stand der Technik, enthalten, nämlich ein Filter 308, eine Kraftstoffpumpe 310, ein Rückschlagventil 312, ein Filter 314 sowie ein Kraftstoffdruckregler 316, die alle hier oben detailliert beschrieben wurden, wie beispielsweise für die Diskussion von 1A. Der Betrieb der Kraftstoffpumpe kann auf den Kraftstoffdruckregler 316, eine andere Quelle für Druckdifferenz oder auf die Anweisung eines Controllers ansprechen. Außerhalb des Kraftstofftanks 302 sind zusätzliche Komponenten des Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik vorgesehen, wie ebenfalls hier oben detailliert diskutiert ist, nämlich: ein Ventilsatz 318, der typischerweise ein Strömungssteuerventil 320, ein Wartungsventil 322 und ein automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 324 aufweist, weiter stromabwärts sind ein weiteres automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 326, ein Verdampfer-Regler 328 und ein Kraftstoffverbraucher 330 vorgesehen.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform 340 der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich gegenüber den Kraftstoffsystemkomponenten nach dem Stand der Technik vorgesehen: ein Filter 332, der an einer oberen Stelle des Kraftstofftanks angeordnet ist, wodurch Kraftstoffdampf 304V darin an einem Einlass eintritt; ein Rückschlagventil 334 und ein Zwei-Wege-Solenoidventil 342, das zwischen dem Rückschlagventil 334 und dem Filter 332 angeordnet ist. Das Rückschlagventil 334 ist über eine Anschlussstelle 336 mit dem Kraftstoffsystem 306 nach dem Stand der Technik stromabwärts der Kraftstoffpumpe 310 und seinem Rückschlagventil 312 und stromaufwärts des Filters 314 verbunden. Durch Vergleich mit 3 sei angemerkt, dass FF2 durch Anschlussstelle 336, das Rückschlagventil 334, den Filter 332, das Zwei-Wege-Solenoidventil 342 und die Verrohrung gebildet wird, die diese Komponenten verbindet, und dass FF1 allgemein durch die Anschlussstelle 336 gebildet wird, wobei FF1 und FF2 auch wechselseitig mit dem stromabwärtigen Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik an der Anschlussstelle 336 verbunden sind.
  • Das Zwei-Wege-Solenoidventil 342 kann ein Ein-Aus-Ventil oder ein Proportionalventil sein, wie beispielsweise gesteuert durch Impulsbreitenmodulation (PWM) in einer in der Technik bekannten Art und Weise, und wird über einen Controller (nicht gezeigt) gesteuert, wie beispielsweise einen Controller 256 von 7A.
  • Im Betrieb kann das Zwei-Wege-Solenoidventil 342 geschlossen, teilweise geöffnet oder vollständig geöffnet werden. Wenn ein offener Zustand des Zwei-Wege-Solenoidventils 342 gegeben ist, dann funktioniert das System auf dieselbe Weise wie die in 8 gezeigte Ausführungsform. Sobald zusätzlich das Zwei-Wege-Solenoidventil 342 geschlossen ist, ist somit FF2 geschlossen, wodurch unabhängig von dem Betriebszustand der Kraftstoffpumpe 310 oder einem Ausfall des Rückschlagventils 334 flüssiger Kraftstoff 304L an den Verdampfer-Regler 328 über FF1 geliefert wird.
  • Schlüsselvorteile der zweiten Ausführungsform relativ zu der ersten Ausführungsform umfassen: 1) die zweite Ausführungsform unterstützt die Strömung von flüssigem Kraftstoff zu dem Kraftstoffverbraucher über FF2, ohne die Kraftstoffpumpe einschalten zu müssen; 2) die zweite Ausführungsform bietet, wenn sie mit einem proportionalen Zwei-Wege-Solenoidventil ausgestattet ist, ein Mittel zur Zufuhr von Kraftstoff zu dem Kraftstoffverbraucher über FF1 und FF2 gleichzeitig, während der Prozentsatz von Kraftstoff, der durch jede Kraftstoffzufuhr geliefert wird, gesteuert wird, ohne die Kraftstoffpumpe einschalten zu müssen; 3) die Kombination des Rückschlagventils 334 und des Zwei-Wege-Solenoidventils 342 führt eine Ausfallsicherheitsredundanz ein, mit der eine unerwünschte Rückströmung von der Anschlussstelle 336 zu dem Kraftstofftank über FF2 verhindert werden kann, sogar dann, wenn das Rückschlagventil 334 oder das Zwei-Wege-Solenoidventil 342 offen ausfällt.
  • Das Zwei-Wege-Solenoidventil 342 ist bevorzugt ein normal geschlossenes Ventil. Ein geeignetes Zwei-Wege-Solenoidventil 342 ist ein L240 Propane Fuel Lock-off, das von Impco Technologies in Santa Ana, CA 92704 verfügbar ist.
  • Als Nächstes Bezug nehmend auf 10 ist eine dritte beispielhafte Ausführungsform 350, die ebenfalls aufgrund ihrer breiten Funktionalität bevorzugt ist, des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei nun eine Anwendbarkeit aller Steuerzustände von Tabelle 1 daran vorliegt, d. h. aller Steuerzustände SZ1 bis SZ9 inklusive (vier zusätzlicher Steuerzustände SZ5, SZ6, SZ8 und SZ9) relativ zu der zweiten Ausführungsform), und wobei Bezugszeichen, die zu 8 identisch sind, dazu verwendet werden, identische Komponenten zu bezeichnen.
  • Bei dieser dritten Ausführungsform 350 eines LPG-Kraftstoffsystems ist LPG-Kraftstoff 304 in dem Oberteil des Kraftstofftanks 302 ein gesättigter Kraftstoffdampf (oder einfach ein Dampf) 304V, und darunter ist flüssiger Kraftstoff 304L angeordnet, wobei der Kraftstoff ein beliebiger Kraftstoff sein kann, der bei oder nahe seinem Dampfdruck gespeichert ist, und kein LPG sein muss.
  • Der Kraftstofftank 302 ist mit einem Druckentlastungsventil ausgestattet und kann mit einem Temperatursensor und einem Drucksensor, nicht gezeigt, ausgestattet sein, wobei jede Komponente hier oben detailliert beschrieben worden ist, und die Inhalte des Kraftstofftanks können verschiedenen Wärmen (nicht gezeigt) ausgesetzt sein, wie ebenfalls hier oben im Detail beschrieben ist.
  • In dem Kraftstofftank 302 sind Komponenten eines Kraftstoffsystems 306 nach dem Stand der Technik enthalten, nämlich ein Filter 308, eine Kraftstoffpumpe 310, ein Rückschlagventil 312, ein Filter 314 und ein Kraftstoffdruckregler 316, die hier alle oben detailliert beschrieben worden sind, wie beispielsweise für die Diskussion von 1A. Der Betrieb der Kraftstoffpumpe kann auf den Kraftstoffdruckregler 316, eine andere Quelle von Druckdifferenz oder auf die Anweisung eines Controllers ansprechen. Außerhalb des Kraftstofftanks 302 sind zusätzliche Komponenten des Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik vorgesehen, wie ebenfalls hier oben detailliert diskutiert ist, nämlich: in einem Ventilsatz 364, der typischerweise ein Strömungssteuerventil 320, ein Wartungsventil 322, ein automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 324 aufweist (das auch funktionell als ein Zwei-Wege-Solenoidventil 352 der vorliegenden Erfindung dienen kann, wie nachfolgend diskutiert ist), und weiter stromabwärts sind ein weiteres automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 326, ein Verdampfer-Regler 328 und ein Kraftstoffverbraucher 330 vorgesehen.
  • Gemäß der dritten Ausführungsform 350 der vorliegenden Erfindung sind in dem Ventilsatz 364, zusätzlich gegenüber den Kraftstoffsystemkomponenten nach dem Stand der Technik vorgesehen, angeordnet: das vorher erwähnte Zwei-Wege-Solenoidventil 352, das wie erwähnt ist, auch in der Eigenschaft eines automatischen Kraftstoffabsperrsolenoidventils 324 dienen kann, ein Strömungssteuerrückschlagventil 354 ähnlich dem Drucksteuerventil 320, ein Wartungsventil 356 ähnlich dem Wartungsventil 322, ein Zwei-Wege-Solenoidventil 358 ähnlich dem Zwei-Wege-Solenoidventil 352, 324 und außerhalb des Ventilsatzes 364: einen Filter 332, der an einer oberen Stelle des Kraftstofftanks angeordnet ist, wodurch Kraftstoffdampf 304V darin an einem Einlass eintritt, und ein Rückschlagventil 360, das über eine Anschlussstelle 362 mit dem Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik verbunden ist. Durch Vergleich mit 3 sei angemerkt, dass FF2 durch den Filter 332, das Strömungssteuerrückschlagventil 354, das Wartungsventil 356, das Zwei-Wege-Solenoidventil 358, das Rückschlagventil 360 und die Anschlussstelle 362 gebildet wird, und dass FF1 allgemein durch das Zwei-Wege-Solenoidventil 352 und die Anschlussstelle 362 gebildet wird, wobei FF1 und FF2 auch wechselseitig mit dem stromabwärtigen Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik an der Anschlussstelle 362 verbunden sind.
  • Die Zwei-Wege-Solenoidventile 352, 358 können Ein-Aus-Ventile oder Proportionalventile sein, wie beispielsweise gesteuert durch Impulsbreitenmodulation (PWM) auf eine in der Technik bekannte Art und Weise, und sind über einen Controller (nicht gezeigt) gesteuert, wie beispielsweise einen Controller 256 von 7A.
  • Im Betrieb können die Zwei-Wege-Solenoidventile 352, 358 unabhängig voneinander geschlossen, teilweise offen oder vollständig geöffnet sein. Wenn ein offener Zustand der Zwei-Wege-Solenoidventile 352, 358 gegeben ist, dann liefert das Rückschlagventil 360 Kraftstoffdampf 304V, wenn die Kraftstoffpumpe nicht eingeschaltet ist (d. h. keinen flüssigen Kraftstoff pumpt), wodurch Kraftstoffdampf 304V von dem Kraftstofftank 302 entnommen und an den Verdampfer-Regler 328 geliefert wird. Wenn jedoch die Kraftstoffpumpe eingeschaltet ist (d. h. sie flüssigen Kraftstoff pumpt), dann ist das Rückschlagventil 360 geschlossen (durch Wirkung des Drucks von flüssigem Kraftstoff), so dass der flüssige Kraftstoff 304 über FF1 an den Verdampfer-Regler 328 geliefert wird, während Kraftstoffdampf 304V über FF2 abgesperrt wird. Vorausgesetzt, dass das Zwei-Wege-Solenoidventil 352 offen ist, dann ist, falls das Zwei-Wege-Solenoidventil 358 geschlossen ist, FF2 ebenfalls geschlossen, und unabhängig vom Betriebszustand der Kraftstoffpumpe 310 wird flüssiger Kraftstoff 304L ausschließlich an den Verdampfer-Regler 328 über FF1 geliefert. Vorausgesetzt, dass das Zwei-Wege-Solenoidventil 358 offen ist, ist, falls das Zwei-Wege-Solenoidventil 352 geschlossen ist, FF1 ebenfalls geschlossen, und der Kraftstoffdampf 304V wird ausschließlich an den Verdampfer-Regler 328 über FF2 geliefert.
  • Ein Schlüsselvorteil der dritten Ausführungsform relativ zu der zweiten Ausführungsform ist eine flexiblere Steuerung über den über FF1 und FF2 strömenden Kraftstoff.
  • Als Nächstes Bezug nehmend auf 11 ist eine vierte beispielhafte Ausführungsform 370 des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt, bei dem Steuerzustände SZ3 bis SZ9 inklusive von Tabelle 1 daran anwendbar sind, und wobei Bezugszeichen, die zu 8 identisch sind, dazu verwendet werden, identische Komponenten zu bezeichnen.
  • Bei dieser vierten Ausführungsform 370 des LPG-Kraftstoffsystems ist der LPG-Kraftstoff 304 in dem Oberteil des Kraftstofftanks 302 ein gesättigter Kraftstoffdampf (oder einfach ein Dampf) 304V, und darunter ist flüssiger Kraftstoff 304L angeordnet, wobei der Kraftstoff ein beliebiger Kraftstoff sein kann, der bei oder nahe seinem Dampfdruck gespeichert wird, und nicht LPG sein muss.
  • Der Kraftstofftank 302 ist mit einem Druckentlastungsventil ausgestattet und kann mit einem Temperatursensor und einem Drucksensor, nicht gezeigt, ausgestattet sein, wobei jedoch jede Komponente hier oben detailliert beschrieben worden ist; und die Inhalte des Kraftstofftanks können verschiedenen Wärmen (nicht gezeigt) ausgesetzt sein, wie ebenfalls hier oben detailliert beschrieben ist.
  • In dem Kraftstofftank 302 sind Komponenten des Kraftstoffsystems 306' nach dem Stand der Technik enthalten, nämlich ein Filter 308, wie hier oben detailliert beschrieben ist, wie beispielsweise in der Diskussion von 1B. Außerhalb des Kraftstofftanks 302 befinden sich zusätzliche Komponenten des Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik, wie hier oben detailliert beschrieben ist, nämlich: ein Ventilsatz 318, der typischerweise ein Strömungssteuerventil 320, ein Wartungsventil 322 und ein automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 324 aufweist, und weiter stromabwärts befindet sich ein Kraftstofffilter 314, ein weiteres automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 326, ein Verdampfer-Regler 328 und ein Kraftstoffverbraucher 330.
  • Gemäß der vierten Ausführungsform 370 der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich gegenüber Kraftstoffsystemkomponenten nach dem Stand der Technik vorgesehen: ein Filter 332, der an einer oberen Stelle des Kraftstofftanks angeordnet ist, wodurch Kraftstoffdampf 304V darin an einem Einlass eintritt; und ein Drei-Wege-Solenoidventil 372 mit einem ersten Einlass 374, der mit dem Filter 308 des Kraftstoffsystems 306 nach dem Stand der Technik verbunden ist, einem zweiten Einlass 376, der mit dem Filter 332 der vorliegenden Erfindung verbunden ist, und einem Auslass 378, der mit dem Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik stromaufwärts des Ventilsatzes 318 verbunden ist. Durch Vergleich mit 3 sei angemerkt, dass FF2 durch einen Anteil des Drei-Wege-Solenoidventils 372 und den Filter 332 gebildet wird, und dass FF1 allgemein durch einen Anteil des Drei-Wege-Solenoidventils 372 und den Filter 308 gebildet wird (mit Ausnahme in Fällen, wenn der Kraftstofffilter 308 bereits in dem Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik stromaufwärts des Drei-Wege-Solenoidventils 372 enthalten ist), wobei das Drei-Wege-Solenoidventil 372 als die Anschlussstelle 380 dient, wo FF1 und FF2 wechselseitig gekoppelt und mit dem stromabwärtigen Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik verbunden sind.
  • Das Drei-Wege-Solenoidventil 372 kann ein Ein-Aus-Ventil oder ein Proportionalventil in Bezug auf jeden des ersten und des zweiten Einlasses 374, 376 sein und wird über einen Controller (nicht gezeigt) gesteuert, wie dem beispielhaften Controller 256 von 7A.
  • Im Betrieb werden der erste und zweite Einlass 374, 376 gemeinsam miteinander vollständig geöffnet, teilweise geöffnet oder geschlossen, um sicherzustellen, dass die Kraftstofflieferung den Kraftstoffbedarf des Kraftstoffverbrauchers 330 wie auch die Funktionalität gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt. Wenn ein offener Zustand des ersten Einlasses 374 und ein geschlossener Zustand des zweiten Einlasses 376 gegeben ist, dann wird flüssiger Kraftstoff 304L ausschließlich durch FF1 geliefert. Wenn ein geschlossener Zustand des ersten Einlasses 374 und ein offener Zustand des zweiten Einlasses 376 gegeben ist, dann wird Kraftstoffdampf 304V ausschließlich durch FF2 geliefert. Wenn ein offener Zustand des ersten Einlasses 374 und ein offener Zustand des zweiten Einlasses 376 gegeben ist, dann werden sowohl flüssiger Kraftstoff 304L als auch Kraftstoffdampf 304V durch FF1 bzw. FF2 in einem Prozentsatz geliefert, der mit der relativen Proportionalität der offenen Zustände in Verbindung steht.
  • Ein geeignetes Drei-Wege-Solenoidventil ist ein Skinner-Drei-Wege-Ventil der A-Reihe, das von Parker Fluid Control Division, Parker Hannifin Corp. in New Britain, CT erhältlich ist.
  • Nun Bezug nehmend auf 12 ist eine fünfte beispielhafte Ausführungsform 390 des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem Steuerzustände SZ3, SZ4 und SZ7 von Tabelle 1 darauf anwendbar sind, und wobei Bezugszeichen, die identisch zu 8 sind, dazu verwendet werden, identische Komponenten zu bezeichnen.
  • Bei dieser fünften Ausführungsform 390 des LPG-Kraftstoffsystems ist der LPG-Kraftstoff 304 in dem Oberteil des Kraftstofftanks 302 ein gesättigter Kraftstoffdampf (oder einfach ein Dampf) 304V, und darunter ist flüssiger Kraftstoff 304L angeordnet, wobei der Kraftstoff ein beliebiger Kraftstoff sein kann, der bei oder nahe seinem Dampfdruck gespeichert ist, und nicht LPG sein muss.
  • Der Kraftstofftank 302 ist mit einem Druckentlastungsventil ausgestattet und kann mit einem Temperatursensor und einem Drucksensor, nicht gezeigt, ausgestattet sein, wobei jedoch jede Komponente hier oben detailliert beschrieben worden ist; und die Inhalte des Kraftstofftanks können verschiedenen Wärmen (nicht gezeigt) ausgesetzt sein, wie ebenfalls hier oben detailliert beschrieben ist.
  • In dem Kraftstofftank 302 sind Komponenten eines Kraftstoffsystems 306' nach dem Stand der Technik enthalten, nämlich ein Filter 308, wie hier oben detailliert dargestellt ist, wie beispielsweise bei der Diskussion von 1B. Außerhalb des Kraftstofftanks 302 befinden sich zusätzliche Komponenten des Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik, wie hier oben ebenfalls detailliert diskutiert ist, nämlich: ein Ventilsatz 318, der typischerweise ein Strömungssteuerventil 320, ein Wartungsventil 322 und ein automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 324 aufweist, und ferner stromabwärts befinden sich ein Kraftstofffilter 314, ein weiteres automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 326, ein Verdampfer-Regler 328 und ein Kraftstoffverbraucher 330.
  • Gemäß der fünften Ausführungsform 390 der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich gegenüber den Kraftstoffsystemkomponenten nach dem Stand der Technik vorgesehen: ein Filter 332, der an einer oberen Stelle des Kraftstofftanks angeordnet ist, wodurch Kraftstoffdampf 304V darin an einem Einlasseintritt, und ein druckaktiviertes Ventil 392, wie beispielsweise ein Membranventil, das ein Paar von Druckreferenzen 394, 396 aufweist und mit dem Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik an einer Anschlussstelle 398 verbunden ist. Durch Vergleich mit 3 sei angemerkt, dass FF2 durch die Anschlussstelle 398, das druckaktivierte Ventil 392 und den Filter 332 gebildet ist, und dass FF1 allgemein durch die Anschlussstelle 398 und den Filter 308 gebildet ist (mit Ausnahme in Fällen, wenn der Kraftstofffilter 308 bereits in dem Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik stromaufwärts der Anschlussstelle 398 enthalten ist), wobei FF1 und FF2 gegenseitig an der Anschlussstelle 398 gekoppelt und mit dem stromabwärtigen Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik verbunden sind.
  • Das druckaktivierte Ventil wird durch die Druckdifferenz zwischen Druckquelle 1 394 und Druckquelle 2 396 gesteuert. Die Druckquelle 2 396 ist der Kraftstoffzufuhrdruck, der an einer beliebigen Stelle zwischen dem Kraftstofftank 302 und dem Verdampfer-Regler 328 genommen werden kann. Von einer Steuerperspektive aus befindet sich eine bevorzugte Stelle für die Druckquelle 2 stromaufwärts von und benachbart zu dem Verdampfer-Regler, wobei jedoch ein Messen der Druckquelle 2 innerhalb des Kraftstofftanks von einer Sicherheitsperspektive her bevorzugt ist, da dies keine zusätzliche Gefahr eines Kraftstofflecks von dem Kraftstofftank über eine Druckreferenzleitung einführt. Die Druckquelle 1 394 ist ein Referenzdruck, der eine Kraftstoffzufuhrstelle stromabwärts des Verdampfers-Reglers oder der Druck innerhalb eines Einlasskrümmers des Kraftstoffverbrauchers 330 oder die Atmosphäre oder ein abgedichteter Hohlraum in dem Kraftstofftank sein kann (bevorzugt von einer Sicherheitsperspektive, da dies keine zusätzliche Gefahr einer Kraftstoffleckage von dem Kraftstofftank über eine Druckreferenzleitung einführt). Das druckaktivierte Ventil 392 kann ein Ein-Aus-Ventil oder ein Proportionalventil sein.
  • Im Betrieb schaltet in Ansprechen auf eine Druckdifferenz, wie zwischen Druckquelle 1 394 und Druckquelle 2 396 das druckaktivierte Ventil 392 zwischen vollständig offenen oder teilweise offenen und geschlossenen Zuständen. In einem offenen Zustand des druckaktivierten Ventils 392 wird Kraftstoffdampf 304V über FF2 entnommen, wobei die Entnahme flüssigen Kraftstoff über FF1 in einem variablen Verhältnis aufweisen kann, das mit der relativen Offenheit des Ventils in Verbindung steht. In dem geschlossenen Zustand des druckaktivierten Ventils 392 wird nur flüssiger Kraftstoff 304L über FF1 entnommen.
  • Ein geeignetes druckaktiviertes Ventil basiert auf einem gemeinsamen Benzindruckregler für ein Kraftfahrzeug-Kraftstoffsystem, weist jedoch eine blockierte Referenzdruckentlüftung auf der Steuerseite der Membran und einen entweder evakuierten oder mit einem Inertgas gefüllten Hohlraum auf dieser Seite der Membran auf, wie Stickstoff unter gesteuerten Bedingungen (beispielsweise 25 Grad C bei 1 bar absolut).
  • Es sei angemerkt, dass bezüglich der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen, die hier oben diskutiert sind, diese verschiedenen Merkmale über die verschiedenen Ausführungsformen modifiziert werden können, beispielsweise Zusatz oder Entfernung einer Kraftstoffpumpe, Zusatz oder Entfernung von Rückschlagventilen oder anderen durch Modifizieren der Konfigurationen, um dennoch ein synergistisches Ergebnis gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Beispielsweise ist bei den verschiedenen Ausführungsformen, die hier oben beschrieben sind, die Anschlussstelle, die FF1 mit FF2 koppelt, über dem Pegel des flüssigen Kraftstoffs in dem Kraftstofftank angeordnet, jedoch stellt dies keine Anforderung für alle Ausführungsformen dar. Beispielsweise kann die vierte Ausführungsform, die in 11 gezeigt ist, so konfiguriert sein, dass sie die Kraftstoffströmung von FF1 und FF2 steuert, sogar wenn die Anschlussstelle 380 unterhalb des Pegels des flüssigen Kraftstoffs in dem Kraftstofftank angeordnet wäre.
  • Zum Abschluss der Diskussion der beispielshaften Ausführungsformen zeigt 13 ein Schaubild 400 eines Motorkraftstoffverbrauchs in Abhängigkeit der Rate einer Änderung des Druckabfalls in einem Kraftstofftank während eines Tests, der an einem Kraftfahrzeug ausgeführt wird, das ein Kraftstoffsystem besitzt, wie allgemein gemäß 10 konfiguriert ist. Die beispielhafte Aufzeichnung 402 wurde durch künstliches Erwärmen des Kraftstofftanks unter Verwendung einer elektrischen Heizmatte, die auf 43 Grad C eingestellt war, erhalten. Der Test betraf eine 1800 kg schwere Limousine mit 4 Türen, die durch einen Kraftstoffverbraucher in Form eines V6-Verbrennungsmotors angetrieben wurde, der so ausgelegt war, dass er mit LPG beliefert wurde. Das Fahrzeug wurde auf einem Dynamometer getestet, wodurch der Kraftstoffdurchfluss zu dem Motor, die LPG-Tanktemperatur und der LPG-Tankdruck sowie die Fahrzeuglast überwacht wurden. Das Fahrzeug wurde bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Kraftstoffdurchflüssen (Last) betrieben und die Daten aufgezeichnet. Aus den Daten wurden Berechnungen angestellt (beispielsweise Division des Druckabfalls, der über eine gewisse Zeit auftrat, durch die Zeit, um die ”Änderungsrate des Druckabfalls” zu bestimmen), um graphische Daten zu bestimmen.
  • Nun Bezug nehmend auf 14 ist eine beispielhafte Ausführungsform 500 des Temperatur- und Druckmanagementsystems für einen Kraftstofftank gezeigt, wobei nun anstatt einer selektiven Entnahme von ursprünglichem Dampf von dem Kraftstofftank der Dampf selektiv in Verbindung mit einem im Tank befindlichen Verdampfersystem 550 entnommen wird.
  • Bei dieser Ausführungsform 500 des LPG-Kraftstoffsystems ist LPG-Kraftstoff 504 in dem Oberteil des Kraftstofftanks 502 ein gesättigter Kraftstoffdampf (oder einfach ein Dampf) 504V, und darunter ist flüssiger Kraftstoff 504L angeordnet, wobei der Kraftstoff ein beliebiger Kraftstoff sein kann, der bei oder nahe seinem oberen Dampfdruck gespeichert ist, und kein LPG sein muss.
  • Der Kraftstofftank 502 ist mit einem Druckentlastungsventil 506 ausgestattet und kann mit einem Temperatursensor 508 und einem Drucksensor 510 ausgestattet sein, wobei jede Komponente hier oben detailliert beschrieben ist, und der LPG-Kraftstoff 504 kann verschiedenen externen und internen Erwärmungen 512, 514 ausgesetzt sein, wie auch hier oben detailliert beschrieben ist.
  • In dem Kraftstofftank 502 sind Komponenten eines Kraftstoffsystems 516 nach denn Stand der Technik enthalten, nämlich ein Filter 518 (der so gezeigt ist, dass er als ein in dem flüssigen Kraftstoff 504L angeordneter Einlass dient), eine Kraftstoffpumpe 520, ein Rückschlagventil 522, ein Filter 524 und ein Kraftstoffdruckregler 526, die alle hier oben detailliert beschrieben wurden, wie beispielsweise in der Diskussion von 1A. Der Betrieb der Kraftstoffpumpe kann auf den Kraftstoffdruckregler 526, eine andere Quelle für Druckdifferenz oder auf die Anweisungen eines Controllers ansprechen. Außerhalb des Kraftstofftanks 502 befinden sich zusätzliche Komponenten des Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik, wie ebenfalls hier oben detailliert beschrieben ist, nämlich: ein Ventilsatz 528, der typischerweise ein Strömungssteuerventil 530, ein Wartungsventil 532 und ein automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 534 aufweist, und ferner stromabwärts befinden sich ein weiteres automatisches Kraftstoffabsperrsolenoidventil 536, ein Verdampfer-Regler 538 und ein Kraftstoffverbraucher 540.
  • Gemäß der Ausführungsform 500 der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich gegenüber den Kraftstoffsystemkomponenten nach dem Stand der Technik vorgesehen, ein im Tank befindliches Verdampfersystem 550, mit: einer im Tank befindlichen Verdampferanordnung 552, die aus einem Kraftstoffzufuhrregler 554, der mit einem im Tank befindlichen Verdampfer 556 verbunden ist, eine Verdampferströmungssteuerung bevorzugt in der Form eines Drei-Wege-Solenoidventils 558 mit einem Einlass 560, der mit dem Kraftstoffsystem 516 nach dem Stand der Technik verbunden ist, einem ersten Auslass 562, der mit der im Tank befindlichen Verdampferanordnung 552 verbunden ist, und einem zweiten Auslass 554, der mit dem Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik stromaufwärts des Ventilsatzes 528 verbunden ist, und einem Rückschlagventil 566 besteht, das einen übermäßigen Druckaufbau stromabwärts des Reglers 554 und des Drei-Wege-Solenoidventils 558 verhindert.
  • Das Drei-Wege-Solenoidventil 558 kann ein Ein-Aus-Ventil oder Proportionalventil sein, wie beispielsweise das Solenoid 558s davon, das durch Pulsbreitenmodulation (PWM) auf eine in der Technik bekannte Art und Weise in Bezug auf jeden des Einlasses 560 und den ersten und zweiten Auslass 562, 564 über einen Controller 570 gesteuert wird, der derart programmiert ist, dass er auf Eingangsdaten 572 anspricht.
  • Im Betrieb empfängt der Controller 570 Daten 572, wie beispielsweise Kraftstoffzufuhrdruckdaten stromaufwärts des Verdampfers-Reglers 538, und betätigt auf Grundlage seiner Programmierung selektiv das Solenoid 558s, um dadurch das Drei-Wege-Solenoidventil 558 selektiv zum Öffnen oder proportionalen Öffnen oder zum Schließen entweder des ersten oder zweiten Auslasses 562, 564 zu betätigen. Wenn beispielsweise der Einlass 560 und der zweite Auslass 564 in einem offenen Zustand sind und der erste Auslass 562 in einem geschlossenen Zustand ist, wird flüssiger Kraftstoff 504L von dem Tank 502 entnommen, ohne durch die im Tank befindliche Verdampferanordnung 552 zu gelangen. Wenn beispielsweise der Einlass 560 und der erste Auslass 562 in einem offenen Zustand sind und der zweite Auslass 564 in einem geschlossenen Zustand ist, dann strömt flüssiger Kraftstoff 504L in das im Tank befindliche Verdampfersystem 552, wobei es durch den Kraftstoffzufuhrregler 554 gelangt, in dem der Druck und die Temperatur des Kraftstoffs abfallen und eine gewisse Kraftstoffverdampfung stattfinden kann. Eine zusätzliche Verdampfung findet in dem im Tank befindlichen Verdampfer 556 statt, der stromabwärts des Kraftstoffzufuhrreglers 554 angeordnet ist und die latente Verdunstungswärme 574 von dem flüssigen Kraftstoff 504L absorbiert. Zusätzlich resultiert der Druckabfall über den Kraftstoffzufuhrregler 554 typischerweise in einem zweiten Wärmeübertragungsmechanismus; nämlich: die Wärme, die erforderlich ist, um den Anteil von Kraftstoff, der sich in seiner gasförmigen Phase befindet, zu expandieren. Wenn die Temperatur des Kraftstoffs stromabwärts des Kraftstoffzufuhrreglers 554 unterhalb der Joule-Thompson-Inversionstemperatur für die Gasphase des Kraftstoffs hegt, dann resultiert eine Expansion des Kraftstoffs in einer zusätzlichen Kühlung der Kraftstofftankinhalte. Die resultierende Kühlung des Kraftstoffs 504 innerhalb des Kraftstofftanks 502 durch einen oder beide dieser Wärmeübertragungsmechanismen dient dazu, den Dampfdruck des Kraftstoffs 504 in dem Kraftstofftank zu reduzieren, und die resultierende Dampf-Flüssigkeit strömt zu der Anschlussstelle 568 und dann stromabwärts zu dem Verdampfer-Regler 538.
  • Der Kraftstoffzufuhrregler 554 reduziert den stromabwärtigen Druck für ein nicht beschränkendes Beispiel auf etwa 8 bar (absolut), um sicherzustellen, dass der Kraftstoffverbraucher 540 nicht an Kraftstoff verarmt, und eine übermäßige Kühlung zu vermeiden, wenn der Kraftstofftankdruck niedrig ist, wie auch die Kraftstoffpumpenleistungsanforderung zu minimieren. Der Kraftstoffzufuhrregler 554 sollte für einen vollständig offenen Zustand in dem Fall eines Ausfalls konfiguriert sein. Das Rückschlagventil 566 stellt sicher, dass der Druck an der Schnittstelle 568 nicht signifikant höher als der Druck stromaufwärts des Kraftstoffströmungsreglers 526 ist (was ansonsten der Fall sein kann, wenn beispielsweise ein Wärmefluss zu dem Kraftstoff in der Kraftstoffleitung zwischen dem Kraftstofftank und dem Verdampfer-Regler stattfindet, jedoch wenig oder keine Kraftstoffströmung zu dem Kraftstoffverbraucher erfolgt). Der Kraftstoffzufuhrregler 554 und der im Tank befindliche Verdampfer 556 sollten in den flüssigen Kraftstoff 504L eingetaucht sein und/oder an guten Wärmeleitern in Bezug auf den Kraftstofftank 502 und seine Inhalte montiert sein.
  • In Bezug auf die ausgiebigen Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen hier oben wird deutlich, dass die Ausführungsform von 14 auch modifiziert werden kann, beispielsweise durch Entfernung der Kraftstoffpumpe 520, des Rückschlagventils 522 und des Kraftstoffdruckreglers 526, so dass die Entnahme von flüssigem Kraftstoff über die Kraftstoffzufuhrleitung durch den Dampfdruck in den Kraftstofftank bereitgestellt wird, wie beispielsweise in 11 beispielhaft dargestellt ist.
  • Nun werden allgemeine Betrachtungen zur Implementierung der vorliegenden Erfindung diskutiert.
  • Da die vorliegende Erfindung auf Kraftstoff, der bei oder nahe Dampfdruck gespeichert ist, und Kraftstoffverbraucher anwendbar ist, die derart ausgebildet sind, um diesen Kraftstoff in einer gasförmigen Phase (überhitztem Dampf) zu verbrauchen, muss der von dem Kraftstofftank gezogene flüssige Kraftstoff verdampft und überhitzt und der Kraftstoffdruck (typischerweise) vor Lieferung an den Kraftstoffverbraucher (relativ zu dem Kraftstofftankspeicherdruck) reduziert werden. Diese Änderungen müssen irgendwo zwischen dem Kraftstofftank und dem Kraftstoffverbraucher stattfinden. Die vorliegende Erfindung nutzt diese Anforderungen (d. h. die Notwendigkeit zur Verdampfung, Überhitzung und/oder Reduktion des Drucks von von dem Kraftstofftank stammenden Kraftstoff irgendwo zwischen dem Kraftstofftank und dem Kraftstoffverbraucher), um das MAnagement der Temperatur und des Drucks in dem Kraftstofftank zu unterstützen und somit den Kraftstofftank in einem optimalen Druckbereich zu halten, der unterhalb einer vorbestimmten Dampfdruckschwelle liegt. Um diese Funktionalität mit geringer zusätzlicher Gefahr und einem guten Kosten-Nutzen-Verhältnis zu erreichen, umfasst die vorliegende Erfindung: (a) Übernahme, womöglich, von Kraftstoffsystemkomponenten und Steuersystemen nach dem Stand der Technik; (b) Steuerung durch ein einfaches aber robustes und kostengünstiges Steuersystem; und (c) Berücksichtigung potentieller Ausfallmoden (wie Kraftstoffmangel unter hohen Kraftstoffströmungsbedingungen).
  • Die vorliegende Erfindung sieht drei verschiedene Mechanismen zum Temperatur- und Druckmanagement vor. Der erste Mechanismus besteht darin, Komponenten mit hohem Dampfdruck von dem Kraftstofftank durch Abziehen von Kraftstoffdampf anstatt von flüssigem Kraftstoff an den Kraftstofftank selektiv (beispielsweise auf der Basis eines Eingangs, wie eines Kraftstofftankdrucks) zu entfernen. Der zweite Mechanismus besteht darin, flüssigen Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks selektiv (beispielsweise auf der Basis eines Eingangs, wie des Kraftstofftankdrucks) zu verdampfen und die erforderliche latente Verdunstungswärme von dem Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks (erster Vorrang) und/oder des Kraftstofftankkörpers selbst oder anderer Ausstattung, die thermisch mit dem Kraftstofftankkörper verbunden ist (zweiter Vorrang) zu ziehen. Der dritte Mechanismus besteht darin, den Druck des Kraftstoffs selektiv (beispielsweise auf der Basis eines Eingangs, wie des Kraftstofftankdrucks) zu reduzieren, bevor die Kraftstoffleitung aus dem Kraftstofftank gelangt, und um die erforderliche Expansionswärme von denselben Quellen, wie oben, zu ziehen. Der dritte Mechanismus erfordert, dass die Temperatur des Gases, das expandiert wird, unterhalb seiner Joule-Thompson-Inversionstemperatur liegt. Es wird angenommen, dass die Robustheit und das Kosten-Nutzen-Verhältnis der Kühlung der Kraftstofftankinhalte unter Verwendung des dritten Mechanismus möglicherweise nicht so günstig ist, wie der unter Verwendung des zweiten Mechanismus; jedoch kann für Systeme, wo die Dampf-Kraftstoff-Strömung aus dem Kraftstofftank klein ist und/oder die ungewollte Wärmeübertragung an den Kraftstofftank von externen Quellen groß ist, es notwendig sein, diese beiden Mechanismen auszunutzen, um den erforderlichen Grad an Kühlung des Kraftstofftanks zu erreichen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Kraftstofftank eines druckbeaufschlagten Kraftstoffsystems zum Nachfüllen mit einer akzeptabel hohen Rate fähig, da der Dampfdruck in dem Kraftstofftank innerhalb eines vorbestimmten Dampfdruckbereiches gehalten wird, der zum richtigen Betrieb des Kraftstoffverbrauchers (beispielsweise eines Verbrennungsmotors) geeignet und für eine gewünschte Nachfüllrate, wie für einen erwarteten Druck der Zapfsäulendüse, geeignet ist. Durch Entnahme von Kraftstoffdampf siedet ein Teil des flüssigen Kraftstoffs, um den entnommenen Kraftstoffdampf zu ersetzen, um so ein Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht beizubehalten (dies erfolgt zusätzlich zu der kleinen Menge an Kraftstoff, die siedet, um das Volumen zu füllen, das durch flüssigen Kraftstoff, da er durch sowohl das Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik wie auch das Kraftstoffsystem unter Verwendung der vorliegenden Erfindung verwendet Ist, freigemacht ist. Wenn der flüssige Kraftstoff seinen Zustand von flüssiger Phase zu Dampfphase ändert, bewirkt die betroffene latente Verdunstungswärme einen Abfall der Kraftstofftemperatur. Die Menge an latenter Wärme, die bei diesem Prozess betroffen ist, kann beispielsweise in der Größenordnung von Hunderten von Watt liegen und kann größer als 1 kW unter hohen Kraftstoffströmungsbedingungen betragen. Beispielsweise betrifft, da LPG im Wesentlichen ein Gemisch aus Propan und Butan ist, die erwartete latente Wärme die proportionale latente Wärme von Propan, die etwa 356 kJ pro kg ist, und die proportionale latente Wärme von Butan, die etwa 320 kJ pro kg beträgt, inklusive eines potentiellen Blasensiedens, das unter der Oberfläche der Flüssigkeit stattfinden kann, wie auch Verdampfung an der Oberfläche der Flüssigkeit.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung reduziert eine Entnahme des Kraftstoffs als ein Dampf die erforderliche Wärme, die an den Verdampfer geliefert werden muss. Wenn beispielsweise der Verdampfer durch eine elektrische Heizung erwärmt wird, besteht dann ein potentieller Nutzen dieser reduzierten Wärmeanforderung in einem geringeren Verbrauch an elektrischer Leistung (was in einen verbesserten Kraftstoffverbrauch umgesetzt wird). Dieser Vorteil kann insbesondere für einen Kraftstoffverbraucher in der Form eines Verbrennungsmotors während Aufwärm- und/oder Niedriglast-Bedingungen bei kalter Umgebungstemperatur nützlich sein. Andere potentielle Vorteile sind erhöhte Kühlmitteltemperatur (was in eine verbesserte Fahrgastraumerwärmung umgesetzt wird) während des Erwärmens des Motors, wie auch verbesserte Fähigkeit zur Beibehaltung der gewünschten Motortemperatur (durch Verhindern eines Abfallens der Motorkühlmitteltemperatur) unter Niedriglastbedingungen bei kalter Umgebungstemperatur.
  • Mit Bezug beispielsweise auf die Anwendung dieser Erfindung auf ein LPG-Kraftstoffsystem für ein Kraftfahrzeug: muss die Kraftstoffleitung bei einer Druckbeaufschlagung gehalten werden, um einen Volllastzustand des Kraftstoffverbrauchers zu liefern; leckagepfade (wie beispielsweise aufgrund eines Membranausfalls) und Feuchtigkeitseintritt müssen verhindert werden; und die Größen von Schläuchen, etc. müssen so bemessen werden, dass der erhöhte Volumendurchfluss von Kraftstoffdampf relativ zu flüssigem Kraftstoff aufgenommen wird.
  • Bezüglich der Auswahl der Dampfdruckschwellen zur Implementierung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf ein Fahrzeug-LPG-Kraftstoffsystem kann es von dem Standpunkt zum Sicherstellen, dass das Kraftstoffsystem in der Lage ist, Kraftstoff bei Volllast des Kraftstoffverbrauchers zu liefern, ohne unnötig die im Tank befindliche Kraftstoffpumpe zu aktivieren, bevorzugt sein, den Dampfdruck in dem Kraftstofftank oberhalb einer niedrigeren Schwelle zu halten, wie 3 bar (absolut); jedoch kann es von dem Standpunkt der Beibehaltung eines Dampfdrucks in dem Kraftstofftank, was ein vernünftig schnelles Nachfüllen des Kraftstofftanks erlaubt, auch erwünscht sein, den Dampfdruck in dem Kraftstofftank unterhalb einer oberen Schwelle zu halten, die irgendwo im Bereich von 5 bis 10 bar (absolut) liegt, und zwar abhängig von Variablen, wie der chemischen Zusammensetzung des Kraftstoffs und dem erwarteten Bereich von Lieferdrücken an der Zapfsäulendüse. Es sei angemerkt, dass die Dampfdruckschwelle zusammengesetzt sein kann, wobei unterhalb einer ersten Dampfdruckschwelle (bevorzugt nur) flüssiger Kraftstoff zur Lieferung gewählt wird, oberhalb einer zweiten (höheren) Dampfdruckschwelle (bevorzugt nur) Kraftstoffdampf zur Lieferung gewählt wird und dazwischen ein Gemisch aus flüssigem Kraftstoff und Kraftstoffdampf zur Lieferung gewählt wird.
  • Ein potentieller Nachteil des Ziehens von Kraftstoffdampf anstatt von flüssigem Kraftstoff aus dem LPG-Tank besteht darin, dass der Kraftstoffvolumendurchfluss und daher der Druck, der erforderlich ist, um eine gegebene Masse an Kraftstoff durch das Kraftstoffsystem zu pumpen, höher ist. Wenn der erforderliche Druck höher als der verfügbare Druck ist, dann fällt die Menge an Kraftstoff, die den Kraftstoffverbraucher erreicht, was potentiell in einem Kraftstoffmangel resultiert. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Kraftstoffmangels steigt, wenn die Kraftstoffströmung zu dem Kraftstoffverbraucher zunimmt und der Druck innerhalb des Kraftstofftanks abnimmt. Ein Mittel zur Berücksichtigung dieses potentiellen Nachteils besteht darin, Ausstattung (wie Ventile und Rohre) einzubauen, die größere Innenabmessungen besitzen, jedoch resultiert diese Lösung typischerweise in unerwünschten Zunahmen der Kosten, der Masse wie auch des Packungsvolumens. Eine Alternative dazu besteht darin, die gleich großen Ventile und Rohre zu verwenden, wie die, die von Flüssigzufuhrkraftstoffsystemen verwendet sind, jedoch von Dampfkraftstoffzufuhr auf Flüssigkraftstoffzufuhr oberhalb einer vorbestimmten Kraftstoffmassenstromschwelle umzuschalten. Diese Lösung kann implementiert werden, wie folgt: der Kraftstoffdruck an dem Eintritt zu dem Verdampfer (beispielsweise) wird detektiert, und diese Information wird in einen Controller eingegeben. Unter Betriebsbedingungen mit hoher Kraftstoffströmung, was typischerweise abhängig vom Kraftstoffzufuhrdruck ist, bewirkt der Controller aufgrund seiner Programmierung selektiv ein Schalten des Zustandes durch das Solenoid eines Zwei-Wege- oder eines Drei-Wege-Solenoidventils (lediglich beispielhaft), um eine Strömung von flüssigem Kraftstoff zuzulassen, wobei das Schalten des Zustandes ein Aus-Ein-Zustandsschalter oder ein proportionaler Zustandsschalter sein kann.
  • Ein übermäßiges Kühlen des Kraftstofftanks kann von den folgenden Perspektiven unerwünscht sein: (a) erhöhter Verbrauch an elektrischer Leistung und erhöhte Anforderung an die Haltbarkeit der Kraftstoffpumpe, wenn der Kraftstofftankdruck unterhalb der Aktivierungsdruckschwelle für die Kraftstoffpumpe liegt; (b) erhöhte Eis- und/oder Wasserkondensatbildung an der Außenseite des Kraftstofftanks und Abtropfen; (c) Überkühlen (manchmal auch als ”Vereisen” bezeichnet) von LPG-Ausstattung, die mit dem Kraftstofftank verbunden ist; und (d) Hautkontakt mit kalten Kraftstofftankanschlussstücken während des Nachfüllens des Kraftstofftanks. Um zu verhindern, dass der Kraftstofftank zu kalt wird, besitzt die vorliegende Erfindung die Fähigkeit, Kraftstoff zu denn Motor in einer flüssigen Phase zuzuführen. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit einer künstlichen Erwärmung des Kraftstofftanks. Dies kann mit einer elektrischen Heizung oder durch Verwendung von Kraftstoffpumpenenergie durchgeführt werden (beispielsweise Betrieb der Kraftstoffpumpe bei maximalem. Ausgang, wobei der größte Teil der Strömung zurück zu dem Kraftstofftank über den Kraftstoffpumpendruckregler strömt, sogar wenn dieser Volumenstrom an Kraftstoff nicht erforderlich ist, um den Kraftstoffschienendruck beizubehalten).
  • Operativ umfasst die vorliegende Erfindung zwei Kategorien von Systemen, elektronisch gesteuert und mechanisch gesteuert. Elektronisch gesteuerte Systeme verwenden elektrisch gesteuerte Ventile und/oder Regler, um die vorher erwähnten Ziele bereitzustellen, wie beispielsweise das oben beschriebene controllergesteuerte Drei-Wege-Solenoidventil von 11. Mechanisch gesteuerte Systeme verwenden mechanisch gesteuerte Ventile und/oder Regler, um die vorher erwähnten Ziele bereitzustellen, wie beispielsweise der oben beschriebene druckgesteuerte Kraftstoffzufuhrregler von 12.
  • Bezüglich der Implementierung der vorliegenden Erfindung bei Ausführungsformen, die eine Kraftstoffpumpe aufweisen, wird die Kraftstoffpumpe typischerweise aktiviert, wenn der Kraftstofftank unterhalb eines minimalen Reglerzufuhrdrucks (typischerweise 3 bis 4 bar (absolut) in dem Fall von LPG-Kraftstoffsystemen) liegt und oberhalb dieses Drucks (dies ist in dem Stand der Technik bekannt) abgeschaltet. Jedoch kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Kraftstoffpumpe bei einem Schwellendampfdruck (der höher als der minimale Reglerzufuhrdruck ist; wahrscheinlich irgendwo im Bereich von 5 bis 10 bar (absolut)) betrieben werden, um den Kraftstoff (wie beispielsweise aufgrund einer überkühlten Situation) zu erwärmen oder den Druck in dem Kraftstofftank zu steigern, und bei einem höheren Schwellendampfdruck abgeschaltet werden, um ein Kühlen des Kraftstoffs zuzulassen, wie bei der vorliegenden Erfindung.
  • Bezüglich Aspekten, die FF1, FF2 und die Anschlussstelle zwischen FF1 und FF2 betreffen, enthält, da der Kraftstoff in dem Kraftstofftank durch Definition bei seinem Dampfdruck liegt, FF2 typischerweise einige kondensierte Flüssigkeit (typischerweise in der Form kleiner Flüssigkeitströpfchen), und FF1 enthält typischerweise einiges verdampftes Gas (typischerweise in der Form kleiner Gasblasen). Die Anschlussstelle muss oberhalb des Pegels der Flüssigkeit in dem Kraftstofftank angeordnet werden (wenn nicht, wird Dampf an einem Strömen in die Anschlussstelle gehemmt). Um einen Schaden an der Kraftstoffpumpe zu vermeiden, sollte die Anschlussstelle auch stromabwärts der Kraftstoffpumpe angeordnet sein. Die Anschlussstelle kann stromaufwärts oder stromabwärts des Kraftstofffilters angeordnet sein (wenn stromabwärts, dann muss die Dampfzufuhrleitung mit einem zweiten Kraftstofffilter ausgestattet werden (was von Kosten-Massen- und Packungsperspektiven unerwünscht ist)). Die Anschlussstelle kann innerhalb oder außerhalb des Kraftstofftanks angeordnet sein (wenn die Anschlussstelle außerhalb des Kraftstofftanks angeordnet ist, wäre eine zweite Kraftstoffzufuhrleitung und zusätzliche Sicherheitsausstattung erforderlich, wie bei 10.
  • Mit Bezug auf den Kraftstoffdampfeinlass von FF2 (der der Einlass des FF2-Kraftstofffilters sein kann) muss der Kraftstoffdampfeinlass in dem Dampfraum an dem Oberteil des Kraftstofftanks angeordnet sein und sollte bevorzugt so hoch wie möglich oberhalb des erwarteten Bereichs von Oberflächenhöhen des flüssigen Kraftstoffs angeordnet sein (d. h. oberhalb der maximal zulässigen Höhe der Flüssigkeitskraftstoffoberfläche innerhalb des Kraftstofftanks), um die Wahrscheinlichkeit eines unbeabsichtigten Flüssigkeitseintritts in den Kraftstoffdampfeinlass (beispielsweise durch Spritzen) zu reduzieren. Diesbezüglich kann der Kraftstoffdampfeinlass mit einem Spritzschutz für diesen Zweck ausgestattet sein, und wie vorher erwähnt ist, sollte der Kraftstoffdampfeinlass bevorzugt mit einem Kraftstofffilter ausgestattet sein, um den Eintritt unerwünschter Schmutzstoffe zu verhindern. Ferner sollte mit Bezug auf die FF2-Kraftstoffzufuhrleitung, um einen geringen Strömungswiderstand für die Kraftstoffdampfströmung bereitzustellen, der minimale Querschnitt der FF2-Kraftstoffzufuhrleitung bevorzugt gleich oder größer als der minimale Querschnitt der FF1-Kraftstoffzufuhrleitung sein.
  • Mit Bezug auf eine oder mehrere Strömungssteuerungen: (a) im geschlossenen Zustand sollte die interne Leckageströmung hindurch so gering wie möglich sein; (b) im vollständig offenen Zustand sollte der Differenzdruck darüber so gering wie möglich sein (um eine maximale Kraftstoffanforderung zu erfüllen); und (c) Implementierung eines Schaltens von offenen zu geschlossenen Zuständen kann in Ansprechen auf Kraftstoffdruck an einer Stelle implementiert sein, die innerhalb des Kraftstofftanks und/oder außerhalb des Kraftstofftanks liegen kann (wie beispielsweise unmittelbar stromaufwärts des Verdampfers-Reglers). Die Ventilausstattung der Strömungssteuerungen) sollte eine Variation des Verhältnisses von Massenstrom an flüssigem Kraftstoff zu Massenstrom an dampfförmigem Kraftstoff in die Kraftstoffleitung, die zu dem Verdampfer-Regler geht, ermöglichen, um so die Kraftstofftanktemperatur nach Bedarf zu erhöhen oder zu verringern. Die Ventilfunktionalität kann durch Verwendung einer Strömungssteuerung in der Form beispielsweise eines Drei-Wege-Solenoidventils, zwei oder mehr Zwei-Wege-Solenoidventile oder eine andere geeignete Konfiguration erreicht werden. Die Ventilausstattung kann funktionell durch eine Stufensteuerung (d. h. zwei oder mehr getrennte Verhältnisse) oder eine kontinuierlich variable Steuerung des Massenstroms von flüssigem Kraftstoff zu Massenstrom von Kraftstoffdampf in der Kraftstoffzufuhrleitung gemanagt werden, die idealerweise zum Betrieb bei jedem Verhältnis von Massenstrom von flüssigem Kraftstoff zu Massenstrom von Kraftstoffdampf zwischen bestimmten (wie beispielsweise empirisch bestimmten) oberen und unteren Grenzen in der Lage ist.
  • Lediglich beispielhaft kann ein typisches LPG-Kraftstoffsystem für eine Kraftfahrzeuganwendung die folgenden Parameter haben: (a) das Kraftstofftankdruckentlastungsventil öffnet typischerweise bei einem Druck von 26 bis 28 bar (absolut); (b) der Kraftstoffschienendruck beträgt typischerweise 1 bis 2 bar oberhalb des Einlasskrümmerdrucks und wird durch einen Regler beibehalten. Um diesen Druck beizubehalten, muss der Kraftstoffzufuhrdruck an der stromaufwärtigen Seite des Reglers höher sein, wie beispielsweise 3 bis 4 bar (absolut), wodurch die Kraftstoffpumpe typischerweise aktiviert wird, wenn der Druck in dem Kraftstofftank unter etwa 3 bar (absolut) abfällt. Von der Perspektive einer Beseitigung ungewollter Nicht-Füll-Kraftstofftanknachfüllsituationen ist es erwünscht, den Kraftstofftankdruck unterhalb etwa 8 bar (absolut) zu halten.
  • Dem Fachmann sei angemerkt, dass die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform Änderungen oder Abwandlungen ausgesetzt sein kann. Eine derartige Änderung oder Abwandlung kann ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung ausgeführt werden, der so bestimmt ist, dass er nur durch den Schutzumfang der angefügten Ansprüche zu beschränken ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
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Claims (10)

  1. Verfahren für ein Temperatur- und Druckmanagement eines Kraftstofftanks für ein Kraftstoffsystem, das einen an Kraftstoff in Gasphase angepassten Kraftstoffverbraucher verwendet, wobei der Kraftstoff in dem Kraftstofftank als sowohl flüssiger Kraftstoff als auch Kraftstoffdampf bei im Wesentlichen nahe einem Dampfdruck des Kraftstoffs gespeichert ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erhalten eines Kraftstoffzufuhrdrucks des Kraftstoffsystems; selektives Entnehmen von Kraftstoff von dem Kraftstofftank als im Wesentlichen flüssigen Kraftstoff; und selektives Entnehmen von Kraftstoff von dem Kraftstofftank als im Wesentlichen Kraftstoffdampf; wobei die Schritte zum selektiven Entnehmen von Kraftstoff das Kraftstoffsystem stromabwärts des Kraftstofftanks mit Kraftstoff, der ein variables Verhältnis des flüssigen Kraftstoffs zu dem Kraftstoffdampf aufweist, in Ansprechen auf den Schritt zum Erhalten versehen, um dadurch zumindest eines aus a) Temperatur- und Druckregulierung des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank; und b) verdampften Kraftstoff zu einem Verdampfer des Kraftstoffsystems, der unvollständig Kraftstoff verdampft, bereitzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte zum Erhalten und selektiven Entnehmen die Temperatur und den Druck des Kraftstoffs in dem Tank so regulieren, dass der Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank allgemein unterhalb einer vorbestimmten Druckschwelle gehalten wird, die mit einem Nachfüllen des Kraftstofftanks in Verbindung steht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum selektiven Entnehmen von Kraftstoff von dem Kraftstofftank als im Wesentlichen Kraftstoffdampf zumindest eines umfasst, aus: Entnahme von ursprünglichem Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank, die ein Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank kippt, um dadurch den Kraftstoff in dem Kraftstofftank zu kühlen; einen im Tank befindlichen Verdampfungsprozess, der latente Wärme absorbiert, um dadurch den Kraftstoff in dem Kraftstofftank zu kühlen; und einen im Tank befindlichen Druckreduktionsprozess, der die Expansionswärme absorbiert, um dadurch den Kraftstoff in dem Kraftstofftank zu kühlen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte zum Erhalten und selektiven Entnehmen zumindest eines aus Kühlen und Erwärmen des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank bereitstellen.
  5. Vorrichtung zum Managen einer Kraftstofftanktemperatur und eines Kraftstofftankdrucks eines Kraftstoffsystems, das einen an Kraftstoff in Gasphase angepassten Kraftstoffverbraucher verwendet, wobei der Kraftstoff als sowohl flüssiger Kraftstoff als auch Kraftstoffdampf bei im Wesentlichen nahe einem Dampfdruck des Kraftstoffs gespeichert ist, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Kraftstofftank; einen Verdampfer; eine Kraftstoffleitung, die den Verdampfer mit dem Kraftstofftank verbindet; eine erste Kraftstoffzufuhrleitung, die einen Einlass in Fluidkommunikation mit flüssigem Kraftstoff in dem Kraftstofftank aufweist; eine zweite Kraftstoffzufuhrleitung, die einen Einlass in Fluidkommunikation mit Kraftstoffdampf in dem Kraftstofftank aufweist; eine Anschlussstelle, die die erste Kraftstoffzufuhrleitung fluidtechnisch mit der zweiten Kraftstoffzufuhrleitung und der Kraftstoffleitung stromabwärts der ersten und zweiten Kraftstoffzufuhrleitung verbindet; und eine Strömungssteuerung, die mit der ersten und/oder zweiten Kraftstoffzufuhrleitung verbunden ist, wobei die Strömungssteuerung eine Kraftstoffströmung relativ in Bezug auf die Flüssigkeitsströmung der ersten Kraftstoffzufuhrleitung zu der Anschlussstelle und eine Kraftstoffdampfströmung der zweiten Kraftstoffzufuhrleitung zu der Anschlussstelle steuert; wobei die Strömungssteuerung die Kraftstoffströmung als ein variables Verhältnis von flüssigem Kraftstoff zu Kraftstoffdampf in Ansprechen auf eine vorbestimmte Beziehung in Bezug auf den Kraftstoffzufuhrdruck in dem Kraftstoffsystem steuert, um dadurch zumindest eines bereitzustellen, aus: a) Temperatur- und Druckregulierung des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank; und b) verdampften Kraftstoff zu dem Verdampfer, wenn der Verdampfer Kraftstoff unvollständig verdampft.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Strömungssteuerung zumindest ein Solenoidventil umfasst, das mit der ersten Kraftstoffzufuhrleitung und/oder der zweiten Kraftstoffzufuhrleitung verbunden ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Strömungssteuerung umfasst: eine Kraftstoffpumpe, die mit der ersten Kraftstoffzufuhrleitung verbunden ist; und ein Rückschlagventil, das mit der zweiten Kraftstoffzufuhrleitung in funktionell ansprechender Beziehung auf flüssigen Kraftstoff, der durch die Kraftstoffpumpe gepumpt wird, verbunden ist; wobei die Strömung von Kraftstoffdampf von der zweiten Kraftstoffzufuhrleitung zu der Anschlussstelle durch Pumpen von Kraftstoff durch die Kraftstoffpumpe reguliert wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Strömungssteuerung und die Anschlussstelle ein Drei-Wege-Solenoidventil mit einem ersten Einlass, der mit der ersten Kraftstoffzufuhrleitung verbunden ist, einen zweiten Einlass, der mit der zweiten Kraftstoffzufuhrleitung verbunden ist, und einen Auslass umfassen, der mit der Kraftstoffleitung stromabwärts der ersten und zweiten Kraftstoffzufuhrleitung verbunden ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Strömungssteuerung ein druckaktiviertes Ventil umfasst, das mit der zweiten Kraftstoffströmungsleitung verbunden ist, wobei das druckaktivierte Ventil eine Kraftstoffdampfströmung zu der Anschlussstelle in Ansprechen auf Änderungen des Kraftstoffzufuhrdrucks in Bezug auf einen Referenzdruck variiert.
  10. Vorrichtung zum Managen einer Kraftstofftanktemperatur und eines Kraftstofftankdrucks eines Kraftstoffsystems, das einen an Kraftstoff in Gasphase angepassten Kraftstoffverbraucher verwendet, wobei der Kraftstoff als sowohl flüssiger Kraftstoff als auch Kraftstoffdampf bei im Wesentlichen nahe einem Dampfdruck des Kraftstoffs gespeichert ist, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Kraftstofftank; einen Verdampfer; eine Kraftstoffleitung, die den Verdampfer mit dem Kraftstofftank verbindet; eine im Tank befindliche Verdampferanordnung, die in dem Kraftstofftank angeordnet ist; einen Einlass in Fluidkommunikation mit flüssigem Kraftstoff in dem Kraftstofftank; eine Verdampferströmungssteuerung, die mit dem Einlass und der im Tank befindlichen Verdampferanordnung verbunden ist, wobei die Verdampferströmungssteuerung die Kraftstoffströmung von dem Einlass in die im Tank befindliche Verdampferanordnung steuert; und zumindest eine Anschlussstelle, die den Einlass mit der im Tank befindlichen Verdampferanordnung und mit der Kraftstoffleitung stromabwärts der Verdampferströmungssteuerung fluidtechnisch verbindet; wobei die Verdampferströmungssteuerung die Kraftstoffströmung in die im Tank befindliche Verdampferanordnung steuert, um eine Verdampfung von hindurchgelangendem Kraftstoff bereitzustellen, so dass ein variables Verhältnis von flüssigem Kraftstoff zu Kraftstoffdampf in Ansprechen auf eine vorbestimmte Beziehung in Bezug auf den Kraftstoffzufuhrdruck in dem Kraftstoffsystem bereitgestellt wird, um dadurch zumindest eines bereitzustellen, aus: a) Temperatur- und Druckregulierung des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank; und b) verdampfter Kraftstoff zu dem Verdampfer, wenn der Verdampferkraftstoff unvollständig verdampft.
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