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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein CNG-Systeme für Fahrzeuge, d. h. Systeme, bei denen komprimiertes Erdgas (CNG) in einem Fahrzeug zum Einsatz kommt. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung CNG-Systeme, die zur Verwendung in Erdbewegungs-, Bau-, Transport- und Bergbaufahrzeugen und dergleichen ausgebildet sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Fahrzeuge, die Systeme mit komprimiertem Erdgas verwenden, arbeiten häufig unter sich verändernden Umgebungsbedingungen und sich ändernden Betriebsmodi. Umgebungstemperaturänderungen und Änderungen in den Betriebsmodi (Leerlauf, Belastung und dergleichen) können die Dichte des dem Motor durch Hochdruckdirekteinspritzung zugeführten Kraftstoffs beeinflussen. Eine stabile und gleichmäßige Motorleistungsabgabe kann sich durch Steuern der dem Motor zugeführten CNG Kraftstoffmasse verbessern. Eine gleichmäßige Kraftstoffmassenzuführung stellt eine Verbrennungsumgebung bereit, die eine stabile Leistungserzeugung ermöglicht, unabhängig von den sich ändernden Umwelt- oder Betriebsbedingungen.
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Das
US Patent mit der Nummer 7 182 073 , das am 27. Februar 2007 (das '073-Patent) ausgegeben wurde, offenbart ein Einspritzmotorsystem für Flüssigerdgas eines Fahrzeugs. Das offenbarte System strebt niedrigere Emissionen durch Reduzieren der Kraftstoffleckage in das Einlasssystem des Motors an, nachdem der Motor in einen abgeschalteten Zustand gelangt. Das '073-Patent offenbart eine elektronische Steuerungseinheit für das Motorsteuerungsverwaltungssystem, das die Einspritzzeit und die Einspritzrate des durch den Injektor eingespritzten Flüssigerdgas steuert, abhängig von den Fahrzuständen des Fahrzeugs, genauer gesagt ob das Kraftstoffsystem eine natürliche Kühlung durch die Außenluft erfährt, während sich das Fahrzeug bewegt, oder ob das Fahrzeug angehalten ist und eine natürliche Kühlung der Luft nicht verfügbar ist. Dieser Systemtyp hat Nachteile, da die Temperatur des zugeführten Kraftstoffs stark schwanken kann. Dementsprechend ist ein besseres System erforderlich.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern der von einem Motor empfangenen CNG-Kraftstoffmasse offenbart. Das Verfahren kann ein Empfangen der Gasleitungstemperatur von in einer Gasleitung geleitetem CNG und ein Halten der Gasleitungstemperatur innerhalb eines Betriebsbereichs mit Hilfe einer mit einem Steuerungsventil steuerungstechnisch verbundenen Steuerungseinheit durch Anpassen der durch das Steuerungsventil strömenden Kühlmittelrückführmenge auf Grundlage von zumindest teilweise der Gasleitungstemperatur und einer Rückführkühlmittel-Solltemperatur aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Gasleitung zwischen einem Wärmetauscher und dem Motor angeordnet sein und der Wärmetauscher kann zum Empfangen von CLNG (compressed liquid natural gas – komprimiertes Flüssigerdgas) und eines Zuführkühlmittels und zum Ausgeben von CNG in die Gasleitung und eines Rückführkühlmittels ausgebildet sein. Das Steuerungsventil kann zum Empfangen des Rückführkühlmittels vom Wärmetauscher ausgebildet sein.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung ist ein System offenbart. Das System kann einen Wärmetauscher, der zum Empfangen von CLNG und eines Zuführkühlmittels und zum Ausgeben von CNG und eines Rückführkühlmittels ausgebildet ist, einen Injektor, der mit dem Motor betriebsfähig verbunden und zum Einspitzen des CNG in den Motor ausgebildet ist, eine zwischen dem Injektor und dem Wärmetauscher angeordnete Gasleitung, ein Steuerungsventil, das zum Empfangen des Rückführkühlmittels vom Wärmetauscher und zum Ändern der durch das Steuerungsventil strömenden Kühlmittelrückführmenge ausgebildet ist, und eine mit dem Steuerungsventil steuerungstechnisch verbundene Steuerungseinheit aufweisen. Die Gasleitung kann zum Zuführen des CNG vom Wärmetauscher zum Injektor ausgebildet sein. Das CNG kann in der Gasleitung bei einer Gasleitungstemperatur vorliegen. Die Steuerungseinheit kann dazu ausgebildet sein, die Gasleitungstemperatur innerhalb eines Betriebsbereichs zu halten, indem die durch das Steuerungsventil strömende Kühlmittelrückführmenge auf Grundlage von zumindest teilweise der Gasleitungstemperatur und einer Rückführkühlmittel-Solltemperatur angepasst wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist ein Computerprogrammprodukt offenbart. Das Computerprogrammprodukt kann ein dauerhaft computerverwendbares Medium mit einem darin enthaltenen computerlesbaren Programmcode aufweisen. Der computerlesbare Programmcode kann dazu angepasst sein, zum Implementieren eines Verfahrens zum Steuern der von einem Motor empfangenen CNG-Kraftstoffmasse ausgeführt zu werden, wobei das Verfahren ein Empfangen einer Gasleitungstemperatur von in einer Gasleitung angeordnetem CNG und ein Halten der Gasleitungstemperatur innerhalb eines Betriebsbereichs mit Hilfe einer mit einem Steuerungsventil steuerungstechnisch verbundenen Steuerung durch Anpassen der durch das Steuerungsventil strömenden Kühlmittelrückführmenge auf Grundlage von wenigstens teilweise der Gasleitungstemperatur und einer Rückführkühlmittel-Solltemperatur ausgebildet sein. In einer Ausführungsform kann die Gasleitung zwischen einem Wärmetauscher und dem Motor angeordnet sein und der Wärmetauscher kann zum Empfangen von CLNG und eines Zuführkühlmittels und zum Ausgeben von CNG in die Gasleitung und zum Ausgeben des Rückführkühlmittels ausgebildet sein. Das Steuerungsventil kann zum Empfangen des Rückführkühlmittels vom Wärmetauscher ausgebildet sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine allgemeine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines gemäß den Lehren dieser Offenbarung ausgebildeten Systems,
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2 ist eine allgemeine schematische Ansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform eines gemäß den Lehren dieser Offenbarung ausgebildeten Systems,
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3 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Fahrzeugs, bei dem das System aus einer der 1 oder 2 verwendet werden kann,
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4 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte eines Verfahrens zum Steuern der von einem Motor empfangenen Kraftstoffmasse von komprimiertem Erdgas gemäß den Lehren dieser Offenbarung darstellt,
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5 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte eines Verfahrens zum Steuern der von einem Motor empfangenen Kraftstoffmasse von komprimiertem Erdgas gemäß den Lehren dieser Offenbarung darstellt,
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6 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte eines anderen Verfahrens zum Steuern der von einem Motor empfangenen Kraftstoffmasse von komprimiertem Erdgas gemäß den Lehren dieser Offenbarung darstellt,
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7 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte eines Verfahrens zum Steuern der von einem Motor empfangenen Kraftstoffmasse von komprimiertem Erdgas gemäß den Lehren dieser Offenbarung darstellt, und
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8 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte eines Verfahrens zum Steuern der von einem Motor empfangenen Kraftstoffmasse von komprimiertem Erdgas gemäß den Lehren dieser Offenbarung darstellt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und mit besonderem Bezug auf die 1 ist eine Ausführungsform eines Systems gezeigt, das allgemein durch das Bezugszeichen 100 bezeichnet und zum Steuern der von einem Motor 102 empfangenen Kraftstoffmasse von komprimiertem Erdgas (CNG-Kraftstoffmasse) gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildet ist. Das System 100 kann einen Wärmetauscher 104, eine Bank 105 mit einem oder mehreren Injektoren 106, eine CNG-Gasleitung 108, ein Steuerungsventil 110, eine Steuerungseinheit 112, einen Zuführkanal 146 und einen Rückführkanal 148 aufweisen. Das System 100 kann ebenfalls einen Gasleitungssensor 124 und einen Rückführkühlmittelsensor 126 aufweisen. Einige Ausführungsformen können ebenfalls einen Gasverteilerrohreinlasssensor 125, einen vorderen Temperatursensor 127 und einen hinteren Temperatursensor 129 aufweisen. Zusätzlich können einige Ausführungsformen eine Strömungsblende 131 aufweisen.
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Während die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen unter Bezugnahme auf das an einem Nutzfahrzeug angebrachte System 100 gemacht ist, können die Lehren dieser Offenbarung in anderen Bergbau-, Erdbewegungs-, Konstruktions-, Materialhandhabungs- oder dergleichen Fahrzeuge angewendet werden. Solche Fahrzeuge können autonom, teilautonom oder manuell betrieben sein.
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Die 3 stellt ein Beispiel eines Fahrzeuges 200 dar, das die Merkmale der vorliegenden Offenbarung aufweist. Das Fahrzeug 200 kann autonom sein, d. h. dass es ferngesteuerte oder programmierte Bewegungen aufweist, teilautonom (mit teilweise ferngesteuerten oder programmierten Funktionen) oder manuell betrieben sein. Das Fahrzeug 200 weist im Allgemeinen einen Hauptrahmen 202, einen am Hauptrahmen 202 schwenkbar angebrachten Kipprahmen 204 und eine an der Vorderseite des Hauptrahmens 202 oberhalb einer Motorabdeckung 208 angebrachte Kabine 206 auf. Das Fahrzeug 200 ist auf dem Boden durch vordere Räder 210 (von denen eines gezeigt ist), von dem jedes an einem von zwei vorderen Radanordnungen 212 befestigt ist, und hintere Räder 214 (von denen eins gezeigt ist), von dem jedes an einem der zwei hinteren (angetriebenen) Radanordnungen 216 befestigt ist, gelagert. Einer oder mehrere Motoren (nicht gezeigt) können innerhalb der Motorabdeckung 208 zum Zuführen von Leistung an die Antriebsradanordnung 216 über einen mechanischen oder elektrischen Antriebsstrang untergebracht sein.
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Unter nochmaliger Bezugnahme auf die 1 weist der Wärmetauscher 104 einen ersten Einlass 114, einen ersten Auslass 116, einen zweiten Einlass 118 und einen zweiten Auslass 120 auf. Der Wärmetauscher 104 ist dazu ausgebildet, durch den ersten Einlass 114 komprimiertes Flüssigerdgas (CLNG) von einer am Fahrzeug 200 angeordneten Kraftstoffquelle 122 zu empfangen. Der Wärmetauscher 104 ist ferner dazu ausgebildet, durch den zweiten Einlass 118 ein Zuführkühlmittel zu empfangen. Das Zuführkühlmittel kann durch den Zuführkanal 146 zum Wärmetauscher 104 gelangen. In einer Ausführungsform kann das Zuführkühlmittel Motorkühlmittel aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann das Zuführkühlmittel nur Motorkühlmittel sein, das vom Motor 102 durch den Zuführkanal 146 empfangen wird. Der Wärmetauscher 104 ist ebenfalls dazu ausgebildet, durch den ersten Auslass 116 CNG in die Gasleitung 108 auszugeben und ein Rückführkühlmittel durch den zweiten Auslass 120 in den Rückführkanal 148 auszugeben. Der Rückführkanal 148 kann sich zwischen dem Wärmetauscher 104 und dem Motor 102 erstrecken. Der Wärmetauscher 104 kann jeder angemessene Typ von Wärmetauscher/Verdampfer sein, wie er im Stand der Technik zur Wärmeübertragung zwischen einer kalten Flüssigkeit (CLNG) und einer wärmeren Flüssigkeit (Zuführkühlmittel) bekannt ist.
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Die Bank 105 weist mehrere Injektoren 106 auf. Jeder Injektor 106 kann mit dem Motor 102 betriebsfähig verbunden sein und ist dazu ausgebildet, das CNG in den Motor 102, genauer gesagt in eine Verbrennungskammer (nicht gezeigt) des Motors 102, einzuspritzen.
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Die Gasleitung 108 kann zwischen den Injektoren 106 und dem Wärmetauscher 104 angeordnet sein und ist dazu ausgebildet, das vom Wärmetauscher 104 empfangene CNG den Injektoren 106 zuzuführen. Die (CNG)-Gasleitung 108 kann einen Hauptleitungsbereich 109 und einen Gasverteilerrohrbereich 111 aufweisen. Die Hauptleitung 109 kann sich zwischen dem Wärmetauscher 104 und dem Gasverteilerrohr 111 erstrecken und das Gasverteilerrohr 111 kann sich zwischen der Hauptleitung 109 und den Injektoren 106 erstrecken. Die Gasleitung 108 kann ebenfalls einen bei der Schnittstelle zwischen der Hauptleitung 109 und dem Gasverteilerrohr 111 angeordneten Gasrohreinlass 113 aufweisen.
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Das Steuerungsventil 110 weist eine erste Einlassöffnung 128 und eine erste Auslassöffnung 130 auf.
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Der Gasleitungssensor 124 ist zum Messen der Temperatur des CNG in der Gasleitung 108 (die „Gasleistungstemperatur”) ausgebildet. Der Rückführkühlmittelsensor 126 ist zum Messen der Temperatur des Rückührkühlmittels (die „Rückführkühlmitteltemperatur”) ausgebildet. Der Rückführkühlmittelsensor 126 kann relativ nahe am zweiten Auslass 120 des Wärmetauschers 104 zum besseren Wiedergeben der Kühlmitteltemperatur im Wärmetauscher 104 angeordnet sein.
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In solchen Ausführungsformen, in denen das System 100 ebenfalls den Gasverteilerrohreinlasssensor 125 aufweist, ist der Gasverteilerrohreinlasssensor 125 zum Messen der Temperatur des von der Hauptleitung 109 in das Gasverteilerrohr 111 strömende CNG („Gasverteilerrohreinlasstemperatur”) ausgebildet. In den Ausführungsformen, in denen das System 100 ebenfalls vordere und hintere Temperatursensoren 127, 129 aufweist, kann der vordere Temperatursensor 127 proximal zum ersten der mehreren Injektoren 106 in der Bank 105 angeordnet und zum Messen der Temperatur des CNG ausgebildet sein, das im Gasverteilerrohr 111 neben oder proximal zu solch einem ersten Injektor 106a strömt. Der hintere Temperatursensor 129 kann proximal zum Letzten der mehreren Injektoren 106 in der Bank 105 angeordnet und zum Messen der Temperatur des CNG ausgebildet sein, das in dem Gasverteilerrohr neben oder proximal zu solch einem letzten Injektor 106z strömt.
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Der Gasleitungssensor 124, der Gasverteilerrohreinlasssensor 125, der Rückführkühlmittelsensor 126, der vordere Temperatursensor 127 und der hintere Temperatursensor 129 können jeweils geeignete Sensoren sein, die zum Erfassen der Temperaturdaten und zum Übertragen solcher Daten mit Hilfer einer Kommunikationsleitung 132 an die Steuerungseinheit 112 zur Verarbeitung imstande sind. Die Kommunikationsleitung 132 kann eine optische Leitung oder jede andere drahtgebundene, drahtlose oder Radioleitung oder jeder andere Typ von Leitung sein, der zum Übertragen von Daten zwischen zwei Punkten imstande ist.
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In einigen Ausführungsformen kann das System ebenfalls eine im Rückführkanal 148 angeordnete Strömungsblende 131 aufweisen. Die Strömungsblende 131 kann zum Einstellen der Systemströmungsraten und -drücke ausgebildet sein, wie dies bereits im Stand der Technik bekannt ist.
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Die Steuerungseinheit 112 kann einen Prozessor 134 und eine Speicherkomponente 136 aufweisen. Die Steuerungseinheit 112 kann mit den Injektoren 106, dem Steuerungsventil 110, dem Gasleitungssensor 124 und dem Rückführkühlmitteltemperatursensor 126 betriebsfähig verbunden sein. In Ausführungsformen, die den Gasverteilerrohreinlasssensor 125 und/oder den vorderen Temperatursensor 127 und den hinteren Temperatursensor 129 aufweisen, kann die Steuerungseinheit 112 ebenfalls mit diesen Elementen betriebsfähig verbunden sein.
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Der Prozessor 134 kann ein Mikroprozessor oder ein anderer im Stand der Technik bekannter Prozessor sein. Der Prozessor 134 kann Anweisungen ausführen und Steuerungssignale zum Verarbeiten der Gasleitungstemperaturdaten, der Rückführkühlmitteltemperaturdaten, zum Bestimmen, ob die Gasleitungstemperatur in einem Betriebsbereich ist, zum Bestimmen einer Rückführkühlmittel-Solltemperatur und zum Aktivieren des Steuerungsventils zum Steuern des Stroms des Rückführmittels oder dergleichen erzeugen. In Ausführungsformen, die die Pumpe aufweisen, kann der Prozessor ebenfalls die Pumpe aktivieren/deaktivieren. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 134 Anweisungen ausführen und Steuerungssignale zum Steuern der Einspritzzeit der Injektoren erzeugen. Solche Anweisungen können in ein computerlesbares Medium, wie beispielsweise der Speicherkomponente 136, eingelesen oder eingearbeitet sein oder können dem Prozessor 134 extern bereitgestellt werden. In alternativen Ausführungsformen können fest verdrahtete Schaltungen anstelle von, oder in Kombination mit, Softwareanweisungen zum Implementieren eines Steuerungsverfahrens verwendet werden.
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Der hierin verwendete Ausdruck „computerlesbares Medium” bezieht sich auf jedes dauerhafte Medium oder eine Kombination an Medien, die beim Bereitstellen von Anweisungen an den Prozessor 134 zur Ausführung teilnehmen. Solch ein Medium kann alle computerlesbaren Medien aufweisen, außer für ein vorübergehend propagierendes Signal. Häufige Formen von computerlesbaren Medien weisen beispielsweise eine Floppy-Disc, eine flexible Disk, eine Harddisk, ein Magnetband oder jedes andere magnetische Medium, eine CD-Rom, jedes andere optische Medium oder jede anderen Medien, von denen ein Computerprozessor 134 lesen kann.
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Die Steuerungseinheit 112 ist nicht auf einen Prozessor 134 und die Speicherkomponente 136 beschränkt. Die Steuerungseinheit 112 kann verschiedene Prozessoren 134 und Speicherkomponenten 136 sein.
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In einer Ausführungsform des in der 2 dargestellten Systems 100 kann das Steuerungsventil 110 ein Dreiwegeventil sein und das System 100 kann ebenfalls eine Pumpe 140 aufweisen.
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Das Steuerungsventil 110 kann ein Dreiwegesteuerungsventil sein und kann die erste Einlassöffnung 128, die erste Auslassöffnung 130 und eine zweite Auslassöffnung 142 aufweisen. Die zweite Auslassöffnung 142 kann zum Ausgeben des Rückführkühlmittels in eine Leitung 144, die den zweiten Auslassanschluss 142 und den die Pumpe 140 versorgenden Zuführkanal 146 verbindet, ausgebildet sein.
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Die Pumpe 140 kann am Zuführkanal 146 zwischen dem Motor 102 und dem Wärmetauscher 104 angeordnet sein und kann mit der Steuerungseinheit 112 steuerungstechnisch verbunden sein. Die Pumpe 140 kann zum Empfangen des Motorkühlmittels vom Motor 102 und des Rückführkühlmittels vom Steuerungsventil 110 ausgebildet sein. In einer Ausführungsform kann die Pumpe 140 das Zuführkühlmittel, das das Motorkühlmittel und das Rückführkühlmittel enthält, ausgeben. In solch einer Ausführungsform kann das von der Pumpe 140 empfangene Rückführkühlmittel vom Steuerungsventil 110 von der Leitung 144 empfangen werden. In einer anderen Ausführungsform kann das von der Pumpe ausgegebene Zuführkühhlmittel lediglich Motorkühlmittel enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 140 eine variable Pumpe sein. In anderen Ausführungsformen kann die Pumpe 140 eine Pumpe mit konstanter Ausgabe sein.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Unter Bezugnahme auf die 4 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm dargestellt, das Beispielschritte zeigt, denen beim Steuern der vom Motor 102 empfangenen CNG-Kraftstoffmasse mit der Ausführungsform des in der 1 dargestellten Systems 100 gefolgt werden kann. Das Verfahren kann mit mehr oder weniger als die Anzahl der gezeigten Schritte ausgeübt werden und ist nicht auf die gezeigte Reihenfolge beschränkt.
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Der Schritt 300 des Verfahrens weist ein Empfangen der Gasleitungstemperaturdaten vom Gasleitungssensor 124 durch die Steuerungseinheit 112 auf, die die Temperatur des in der (CNG-)GasLeitung 108 angeordneten CNG anzeigt.
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Der Schritt 302 weist ein Empfangen der Rückführkühlmitteltemperaturdaten vom Rückführkühlmittelsensor 126 durch die Steuerungseinheit 112 auf, die die gemessene Temperatur des Rückführkühlmittels proximal zum Wärmetauscher 104 anzeigen. In der Ausführungsform des in der 1 dargestellten Systems können die Rückführkühlmitteltemperaturdaten in präziser Weise die Temperatur des Rückführkühlmittels (vom Wärmetauscher 104) anzeigen, nachdem es die erste Auslassöffnung 130 des Steuerungsventils 110 verlassen hat.
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Beim Schritt 304 wird die Gasleitungstemperatur von der Steuerungseinheit 112 zum Bestimmen, ob die Gasleitungstemperatur (des CNG) im Betriebsbereich ist, bearbeitet. In einigen Ausführungsformen kann diese Gasleitungstemperatur aus der vom Gasleitungssensor 124 empfangenen Gasleitungstemperatur bestimmt werden. In anderen Ausführungsformen kann die Gasleitungstemperatur als eine Funktion der Rückführkühlmitteltemperatur oder als eine Funktion der Gasleitungstemperaturdaten und der Rückführkühlmitteltemperaturdaten bestimmt werden. Der Betriebsbereich kann sich über eine vorbestimmte Gradzahl im Bereich zwischen ungefähr 10°C und ungefähr 90°C erstrecken. Beispielsweise kann sich in einer Ausführungsform der Betriebsbereich über ungefähr 5°C im Bereich zwischen ungefähr 40°C bis ungefähr 45°C erstrecken. In anderen Ausführungsformen kann sich der Betriebsbereich über ungefähr 10°C im Bereich zwischen ungefähr 80°C bis ungefähr 90°C erstrecken. In einer weiteren anderen Ausführungsform kann der Betriebsbereich eine Rückführkühlmittel-Solltemperatur plus oder minus 10% sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Betriebsbereich eine Gasleitungstemperatur plus oder minus 5% sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Betriebsbereich eine Rückführkühlmittel-Solltemperatur plus oder minus 1% sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Betriebsbereich ungefähr die Rückführkühlmittel-Solltemperatur sein. In einer Ausführungsform kann die Rückführkühlmittel-Solltemperatur zwischen ungefähr 10°C und ungefähr 90°C sein.
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Wenn die Gasleitungstemperatur nicht im Betriebsbereich liegt, wird vom Prozessor beim Schritt 306 eine Rückführkühlmittel-Solltemperatur („Rückführkühlmittel-Solltemperatur”) bestimmt. In einer Ausführungsform kann die Rückführkühlmittel-Solltemperatur auf Grundlage von einem oder mehreren Systemparametern bestimmt werden. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die Rückführkühlmittel-Solltemperatur auf Systemparametern, oder der Kombination von solchen Parametern, wie beispielsweise der Motorgeschwindigkeit, der Strömungsnachfrage der Pumpe nach komprimiertem Flüssigerdgas (CLNG), der Zuführtemperatur und dergleichen, beruhen. Die Zuführtemperatur ist die Temperatur des in dem Zuführkanal 146 geleiteten Zuführkühlmittels. Die von der Steuerungseinheit 112 zum Bestimmen der Rückführkühlmittel-Solltemperatur durchgeführte Verarbeitung kann unter Verwendung von Algorithmen, Nachschlagetabellen, Diagrammen, Hashtabellen oder dergleichen durchgeführt werden.
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Die Steuerungseinheit 112 bestimmt beim Schritt 308, ob die (gemessene) Rückführkühlmitteltemperatur größer oder gleich der Rückführkühlmittel-Solltemperatur ist. Wenn ja, fährt das Verfahren mit dem Schritt 310 fort, wenn nein, gelangt das Verfahren mit dem Schritt 312 fort.
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Beim Schritt 310 überträgt die Steuerungseinheit 112 ein Signal, das das Steuerungsventil 110 dazu veranlasst, sich entweder zu schließen oder den Weg des durch das Steuerungsventil 110 strömenden Rückführfluids in Abhängigkeit vom Unterschied zwischen der (gemessenen) Rückführkühlmitteltemperatur und der Rückführkühlmittel-Solltemperatur zu begrenzen.
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Beim Schritt 312 überträgt die Steuerungseinheit 112 ein Signal, das das Steuerungsventil 110 dazu veranlasst, sich zu öffnen oder den Strom des Rückführkühlmittels mit Hilfe dem Steuerungsventil 110 in Abhängigkeit der Differenz zwischen der (gemessenen) Rückführkühlmitteltemperatur und der Rückführkühlmittel-Solltemperatur zu erhöhen. Der Grad, mit dem sich das Steuerungsventil 110 öffnen wird, hängt von der Differenz ab.
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In einer alternativen Ausführungsform können die Schritte 306 und 308 des Flussdiagramms der 4 weggelassen werden. In solch einer Ausführungsform, wenn beim Schritt 304 die Gasleitungstemperatur nicht im Betriebsbereich liegt, würde der Prozess entweder mit dem Schritt 310 oder 312 fortfahren, was von der gemessenen Gasleitungstemperatur abhängt. Wenn die gemessene Gasleitungstemperatur größer als gewünscht ist, würde der Prozess mit dem Schritt 310 fortfahren. Wenn die gemessene Gasleitungstemperatur kleiner als gewünscht ist, würde der Prozess mit dem Schritt 312 fortfahren. In einer Abwandlung dieser alternativen Ausführungsformen kann der Prozess mit den Schritten 310 und 312 in Abhängigkeit von sowohl der gemessenen Gasleitungstemperatur als auch der gemessenen Rückführkühlmitteltemperatur fortfahren. Wenn die gemessene Gasleitungstemperatur und die Rückführkühlmitteltemperatur beide größer als gewünscht sind, dann würde der Prozess mit dem Schritt 310 fortfahren. Wenn sowohl die gemessene Gasleitungstemperatur als auch die Rückführkühlmitteltemperatur kleiner als gewünscht sind, würde der Prozess mit dem Schritt 312 fortfahren.
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Unter Bezugnahme auf die 5 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm gezeigt, das Beispielschritte darstellt, denen beim Steuern der vom Motor 102 empfangenen CNG-Kraftstoffmasse mit der Ausführungsform des in der 2 gezeigten Systems, das das Dreiwegesteuerungsventil 110 und die Pumpe 140 aufweist, gefolgt werden kann. Das Verfahren kann mit mehr oder weniger als die Anzahl der gezeigten Schritte ausgeübt werden und ist nicht auf die gezeigte Reihenfolge beschränkt.
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Der Schritt 400 des Verfahrens weist ein Empfangen der Gasleitungstemperaturdaten vom Gasleitungssensor 124 durch die Steuerungseinheit 112 auf, die die gemessene Temperatur (des in der CNG-Gasleitung 108 geleiteten CNG) am Gasleitungssensor 124 anzeigt.
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Der Schritt 402 weist ein Empfangen der Rückführkühlmitteltemperaturdaten vom Rückführkühlmittelsensor 126 mit Hilfe der Steuerungseinheit 112 auf, die die Temperatur des aus dem Wärmetauscher 104 austretenden Rückführkühlmittels anzeigt.
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Ähnlich zum Schritt 304 der 4 werden Schritt 404 der 5 die Gasleitungstemperaturdaten von der Steuerungseinheit 112 zum Bestimmen verarbeitet, ob die Gasleitungstemperatur (die Temperatur des CNG) im Betriebsbereich liegt. Ähnlich zum Schritt 304 der 4 kann sich der Betriebsbereich über eine vorbestimmte Gradzahl im Bereich zwischen ungefähr 10°C und ungefähr 90°C erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann diese Gasleitungstemperatur aus den vom Gasleitungssensor 124 empfangenen Gasleitungstemperaturdaten bestimmt werden. In anderen Ausführungsformen kann die Gasleitungstemperatur als eine Funktion der Rückführkühlmitteltemperatur oder als eine Funktion der Gasleitungstemperaturdaten und der Rückführkühlmitteltemperaturdaten bestimmt werden.
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Wenn die Gasleitungstemperatur nicht im Betriebsbereich liegt, wird vom Prozessor beim Schritt 406 eine Rückführkühlmittel-Solltemperatur bestimmt. In einer Ausführungsform kann die Rückführkühlmittel-Solltemperatur auf Grundlage von einem oder mehreren Systemparametern bestimmt werden. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die Rückführkühlmittel-Solltemperatur auf Systemparametern, oder der Kombination von solchen Parametern, wie der Motorgeschwindigkeit, der Pumpenströmungsnachfrage nach CLNG, der Zuführtemperatur und dergleichen, beruhen. Die von der Steuerungseinheit 112 zum Bestimmen der Rückführkühlmittel-Solltemperatur durchgeführte Verarbeitung kann unter Verwendung von Algorithmen, Nachschlagetabellen, Diagrammen, Hashtabellen oder dergleichen durchgeführt werden.
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Beim Schritt 408 bestimmt die Steuerungseinheit 112, ob die (gemessene) Rückführkühlmitteltemperatur größer oder gleich einer bestimmten maximalen Rückführkühlmitteltemperatur ist. Wenn ja, fährt das Verfahren mit dem Schritt 410 fort, wenn nein, fährt das Verfahren mit dem Schritt 412 fort.
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Beim Schritt 410 überträgt die Steuerungseinheit 112 ein Signal, das das Dreiwegesteuerungsventil 110 dazu veranlasst, den Weg des durch das Steuerungsventil 110 strömenden Rückführfluids derart zu steuern, dass das Rückführfluid aus der Auslassöffnung 142 strömt und nicht aus der ersten Auslassöffnung 130 strömt. Anders gesagt sind die Einlassöffnung 128 und die zweite Auslassöffnung 142 über einem Strömungsweg verbunden. In diesem Zustand, wenn Rückführfluid aus der Auslassöffnung 142 strömt und nicht aus der ersten ersten Auslassöffnung 130 strömt, wird das Dreiwegeventil als „geschlossen” betrachtet. Die Steuerungseinheit 112 kann ebenfalls ein Signal übertragen, das den Betrieb der Pumpe 140 beendet.
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Beim Schritt 412 bestimmt die Steuerungseinheit 112, ob die (gemessene) Rückführkühlmitteltemperatur größer oder gleich der Rückführkühlmittel-Solltemperatur ist. Wenn ja, fährt das Verfahren mit dem Schritt 414 fort, wenn nein, fährt das Verfahren mit dem Schritt 416 fort.
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Beim Schritt 414 überträgt die Steuerungseinheit 112 ein Signal, das das Dreiwegesteuerungsventil dazu veranlasst, es einem Teil des durch das Steuerungsventil 110 strömenden Rückführkühlmittels zu ermöglichen, aus der ersten Auslassöffnung 130 zu strömen und es dem verbleibendem Teil zu ermöglichen, aus der zweiten Auslassöffnung 142 in den Kanal 144 zu strömen. In Ausführungsformen, in denen die Pumpe 140 anstelle einer Pumpe mit konstanter Ausgabe eine variable Strömungspumpe ist, kann die Steuerungseinheit 112 ebenfalls ein Signal übertragen, das die Pumpe 140 dazu veranlasst, die Strömung des die Pumpe verlassenden Zuführfluids zu erhöhen. Dies erhöht die Strömung der Kombination des Motorkühlmittels und des Rückführkühlmittels, das in den Wärmetauscher 104 eintritt.
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Beim Schritt 416 bestimmt die Steuerungseinheit 112, ob die Motorlast kleiner als ein Motorlastschwellenwert ist. Wenn ja, fährt das Verfahren mit dem Schritt 418 fort. Wenn nein, fährt das Verfahren mit dem Schritt 420 fort.
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Die Steuerungseinheit 112 überträgt beim Schritt 418 ein Signal, das das Dreiwegesteuerungsventil 110 dazu veranlasst, den Weg des Rückführkühlmittels durch die zweite Auslassöffnung 142 zu blockieren, jedoch es dem Rückführkühlmittel zu ermöglichen, durch die erste Auslassöffnung 130 zu strömen. In diesem Zustand wird das Dreiwegesteuerungsventil als „offen” betrachtet. In Ausführungsformen, in denen die Pumpe 140 anstelle einer Pumpe mit konstanter Ausgabe eine variable Strömungspumpe ist, kann die Steuerungseinheit 112 ebenfalls ein Signal übertragen, das die Pumpe 140 dazu veranlasst, die Strömung des aus der Pumpe 140 austretenden Zuführkühlmittels zu erhöhen.
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Beim Schritt 420 überträgt die Steuerungseinheit ein Signal, das das Dreiwegesteuerungsventil 110 dazu veranlasst, den Weg des Rückführkühlmittels durch die zweite Auslassöffnung 142 zu blockieren, jedoch es dem Rückführkühlmittel zu ermöglichen, durch die erste Auslassöffnung 130 zu strömen. Die Steuerungseinheit 112 überträgt ebenfalls ein Signal, das die Pumpe 140 stoppt.
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Unter Bezugnahme auf die 6 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm dargestellt, das Beispielschritte zeigt, denen beim Steuern der vom Motor 102 empfangenen CNG-Kraftstoffmasse mit der Ausführungsform des in der 2 dargestellten Systems 100, das das Dreiwegesteuerungsventil 110 und die Pumpe 140 aufweist, gefolgt werden kann. Das Verfahren kann mit mehr oder weniger als die gezeigte Anzahl von Schritten ausgeübt werden und ist nicht auf die gezeigte Reihenfolge beschränkt. Das Verfahren der 6 ist das Gleiche wie das der 5, außer dass der Schritt 406 weggelassen ist und der Schritt 411 den Schritt 412 ersetzt. Aus diesem Grund wird im Folgenden nur der Schritt 411 beschrieben.
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Beim Schritt 411 bestimmt die Steuerungseinheit 112, ob die Gasleitungstemperatur unterhalb des Betriebsbereichs liegt. Wenn ja, fahrt das Verfahren mit dem Schritt 414 fort; wenn die Gasleitungstemperatur oberhalb des Betriebsbereichs liegt, fährt das Verfahren mit dem Schritt 416 fort.
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Beide 4 und 6 können derart abgewandelt werden, dass diese ebenfalls die in der 7 gezeigten oder alternativ in der 8 gezeigten Schritte aufweisen. Diese Schritte halten die vom Motor 102 empfangene CNG-Kraftstoffmasse durch Anspassen der Einspritzdauer von CNG in die Verbrennungskammer des Motors bei dem Zustand bei, dass die Temperatur des CNG entweder innerhalb des Betriebsbereichs oder außerhalb des Betriebsbereichs schwankt.
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Unter Bezugnahme auf die 7 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm dargestellt, das Beispielschritte zeigt, denen beim Steuern der vom Motor 102 empfangenen CNG-Kraftstoffmasse mit der Ausführungsform des in entweder der 1 oder 2 gezeigten Systems 100 gefolgt werden kann.
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Das Verfahren kann mit mehr oder weniger als die Anzahl der gezeigten Schritte ausgeübt werden und ist nicht auf die gezeigte Reihenfolge beschränkt.
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Der Schritt 500 weist ein Empfangen von Gasverteilerrohrtemperaturinformationen von den vorderen und hinteren Sensoren 127, 129 mit Hilfer der Steuerungseinheit 112 auf. In einer Ausführungsform kann die Temperatur des CNG im Gasverteilerrohr im vorderen Bereich der Bank 105 der Injektoren 106 durch den vorderen Temperatursensor 127 proximal zum ersten Injektor 106a in der Bank 105 der Injektoren (die „vordere Gasverteilerrohrtemperatur”) gemessen werden, und die Temperatur des CNG im Gasverteilerrohr im hinteren Bereich der Bank 105 kann durch den hinteren Temperatursensor 129 proximal zum letzten Injektor 106z in der Bank 105 (die „hintere Gasverteilerrohrtemperatur”) gemessen werden.
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Beim Schritt 502 bestimmt die Steuerungseinheit 112 eine Gasverteilerrohrtemperatur an jedem einzelnen der Injektoren 106 in der Bank 105 als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit, der CNG-Nachfrage, der relativen Position des Injektors in der Bank (erster, zweiter, dritter, etc.) und der gemessenen vorderen und hinteren Gasverteilerrohrtemperaturen.
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Beim Schritt 504 wählt die Steuerungseinheit 112 für jeden Injektor 106 einen CNG-Wellenformdauerskalierungsfaktor aus einem Diagramm als eine Funktion der CNG-Gasverteilerrohrtemperatur am Injektor 106 aus.
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Beim Schritt 508 passt die Steuerungseinheit 112 die Einspritzdauer jedes Injektors 106 auf Grundlage des CNG-Wellenformdauerskalierungsfaktors für den Injektor 106 an.
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Alternativ kann die vom Motor 102 empfangene CNG-Kraftstoffmasse durch ein Befolgen der in der 8 dargestellten Prozessschritte gesteuert werden, wo die Temperatur des CNG am CNG-Gasverteilerrohreinlass 113 (im vorderen und hinteren Bereich der Injektorbank 105) gemessen wird und die Temperatur am Injektor abgeschätzt wird.
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Der Schritt 600 weist ein Empfangen einer CNG-Gasverteilerrohreinlasstemperaturinformation vom Gasrohreinlasssensor 125 durch die Steuerungseinheit 112 auf.
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Beim Schritt 602 wählt die Steuerungseinheit 112 die (abgeschätzte) CNG-Gasverteilerrohrtemperatur im hinteren Bereich der Injektorbank 105 aus einem Diagramm als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit, der Motorkühlmitteltemperatur, der CNG-Nachfrage, der Dieselverteilerrohrdrucknachfrage und der CNG-Gasverteilerrohreinlasstemperatur aus.
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Beim Schritt 604 bestimmt die Steuerungseinheit 112 die CNG-Gasverteilerrohrtemperatur an jedem Injektor 106 als eine Funktion der Motorgeschwindigkeit, der CNG-Nachfrage, der relativen Position des Injektors zum Zylinder in der Zylinderbank, der gemessenen CNG-Gasverteilerrohreinlasstemperatur und der ausgewählten (abgeschätzten) CNG-Gasverteilerrohrtemperatur im hinteren Bereich der Injektorbank 105.
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Beim Schritt 606 wählt die Steuerungseinheit 112 einen CNG-Wellenformdauerskalierungsfaktor für jeden Injektor 106 aus einem Diagramm als eine Funktion der CNG Gasrohrtemperatur an jedem Injektor 106 aus.
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Beim Schritt 608 stellt die Steuerungseinheit 112 die Einspritzdauer von jedem Injektor 106 auf Grundlage des CNG-Wellenformdauerskalierungsfaktors ein.
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Es ist ebenfalls ein Verfahren zum Steuern der von einem Motor empfangenen CNG-Kraftstoffmasse offenbart. Das Verfahren kann ein Empfangen einer Gasleitungstemperatur von in einer Gasleitung geleitetem CNG und ein Halten der Gasleitungstemperatur innerhalb eines Betriebsbereichs mit Hilfe einer mit einem Steuerungsventil steuerungstechnisch verbundenen Steuerungseinheit durch Anpassen der durch das Steuerungsventil strömenden Kühlmittelrückführmenge auf Grundlage von wenigsten teilweise der Gasleitungstemperatur und einer Rückführkühlmittel-Solltemperatur aufweisen.
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In einer Ausführungsform kann die Gasleitung zwischen einem Wärmetauscher und dem Motor angeordnet sein und der Wärmetauscher kann zum Empfangen von CLNG und von Zuführkühlmittel und zum Ausgeben des CNG in die Gasleitung und zum Ausgeben von Rückführkühlmittel ausgebildet sein. Das Steuerungsventil kann zum Empfangen des Rückführkühlmittels vom Wärmetauscher ausgebildet sein.
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Ebenfalls ist ein Computerprogrammprodukt offenbart. Das Computerprogrammprodukt kann ein dauerhaft computerverwendbares Medium mit einem darin enthaltenen computerlesbaren Programmcode aufweisen. Der computerlesbare Programmcode kann dazu angepasst sein, zum Implementieren eines Verfahren zum Steuern der von einem Motor empfangenen CNG-Kraftstoffmasse ausgeführt zu werden, wobei das Verfahren ein Empfangen einer Gasleitungstemperatur von in einer Gasleitung geleitetem CNG und ein Halten der Gasleitungstemperatur innerhalb eines Betriebsbereichs mit Hilfe einer mit einem Steuerungsventil steuerungstechnisch verbundenen Steuerungseinheit durch Anpassen der durch das Steuerungsventil strömenden Kühlmittelrückführmenge auf Grundlage von wenigstens teilweise der Gasleitungstemperatur und einer Rückführkühlmittel-Solltemperatur aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Gasleitung zwischen einem Wärmetauscher und dem Motor angeordnet sein und der Wärmetauscher kann zum Empfangen von CLNG und von Zuführkühlmittel und zum Ausgeben des CNG in die Gasleitung und zum Ausgeben von Rückführkühlmittel ausgebildet sein. Das Steuerungsventil kann zum Empfangen von Rückführkühlmittel vom Wärmetauscher ausgebildet sein.
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Die hierin offenbarten Merkmale können insbesondere bei der Verwendung mit Bergbau-, Erdbewegungs-, Konstruktions- oder Materialhandhabungsfahrzeugen vorteilhaft sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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