DE102014219240A1

DE102014219240A1 - Mixture preparation device and fuel supply device for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102014219240A1
Application number: DE102014219240.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Heinrich; Johannes Moritz Maiterth
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2016-03-24
Also published as: WO2016045870A1

Abstract

Offenbart wird eine Gemischaufbereitungsvorrichtung (GB) für einen Verbrennungsmotor (VM), mit: – einem Lufteinlass (LE), – einem Gaskraftstoffeinlass (GE), – einem Luftverdichter (LV), – einer Mischkammer (MK), und – einer Gemischabgabe (MA); wobei – der Luftverdichter (LV) stromabwärts des Lufteinlasses (LE) angeordnet ist; – die Mischkammer (MK) sowohl stromabwärts des Luftverdichters (LV) als auch stromabwärts des Gaskraftstoffeinlasses (GE) angeordnet ist; – die Gemischabgabe (MA) stromabwärts der Mischkammer (MK) angeordnet ist.Disclosed is a mixture processing apparatus (GB) for an internal combustion engine (VM), comprising: - an air inlet (LE), - a gas fuel inlet (GE), - an air compressor (LV), - a mixing chamber (MK), and - a mixture delivery (MA ); wherein - the air compressor (LV) downstream of the air inlet (LE) is arranged; - The mixing chamber (MK) is arranged both downstream of the air compressor (LV) and downstream of the gas fuel inlet (GE); - The mixture delivery (MA) downstream of the mixing chamber (MK) is arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gemischaufbereitungsvorrichtung sowie eine Treibstoffbereitstellungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor. Ferner betrifft die Erfindung ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer zuvor genannten Treibstoffbereitstellungsvorrichtung. The present invention relates to a mixture processing apparatus and a fuel supply apparatus for an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a drive system for a vehicle with a previously mentioned fuel supply device.

Es gibt Fahrzeuge, die mit einem Gaskraftstoff, wie zum Beispiel Erdgas (CNG, LNG) oder Wasserstoff, betrieben werden. Dabei wird der Gaskraftstoff in einem Gaskraftstofftank gespeichert. Beim Betrieb des Fahrzeugs wird der Gaskraftstoff zu einem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs zugeführt und dort mit aus der Fahrzeugumgebung angesaugter Luft zu einem Gaskraftstoff-Luftgemisch gemischt. Das Gaskraftstoff-Luftgemisch wird dann in die Brennkammer des Verbrennungsmotors eingesaugt und dort verbrannt, wobei die in dem Gaskraftstoff gespeicherte chemische Energie in die mechanische Leistung des Verbrennungsmotors umgewandelt wird. There are vehicles that run on a gas fuel, such as natural gas (CNG, LNG) or hydrogen. The gas fuel is stored in a gas fuel tank. During operation of the vehicle, the gaseous fuel is supplied to an intake tract of an internal combustion engine of the vehicle and mixed there with air sucked from the vehicle environment to form a gas fuel-air mixture. The gaseous fuel-air mixture is then sucked into the combustion chamber of the internal combustion engine and burned there, wherein the chemical energy stored in the gaseous fuel is converted into the mechanical power of the internal combustion engine.

Zur Erhöhung der Leistungsbilanz des Gaskraftstoffs müssen die Menge und das Mischverhältnis des Gaskraftstoffluftgemisches der von dem Verbrennungsmotor abzugebenden Leistung angepasst werden. To increase the power balance of the gaseous fuel, the amount and the mixing ratio of the gaseous fuel air mixture of the output from the engine power must be adjusted.

Das oben genannte Verfahren, bei dem der Gaskraftstoff erst in dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors mit der Luft zu dem Gaskraftstoff-Luftgemisch gemischt wird, weist unter anderem einen Nachteil auf, dass die optimale Menge und das optimale Mischverhältnis des Gaskraftstoff-Luftgemisches, das zur Erzeugung der von dem Verbrennungsmotor angeforderten Leistung erforderlich ist, nicht oder nur mit aufwendigen zusätzlichen Prozessschritten möglich sind. The above-mentioned method, in which the gaseous fuel is mixed with the air to the gaseous fuel-air mixture only in the intake tract of the internal combustion engine, has among other disadvantages that the optimum amount and the optimal mixing ratio of the gaseous fuel-air mixture used to produce the required by the engine power required, not or only with complicated additional process steps are possible.

Daraus ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Möglichkeit zur Aufbereitung eines Gaskraftstoffs-Luft-Gemisches für einen Verbrennungsmotor mit einem Mischverhältnis und in einer Menge bereitzustellen, das beziehungsweise die der zur Erzeugung der von dem Verbrennungsmotor angeforderten Leistung optimal angepasst sind.It follows from the object of the present invention to provide a simple way of preparing a gas fuel-air mixture for an internal combustion engine with a mixing ratio and in an amount that are optimally adapted to generate the requested by the engine power.

Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is solved by subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Gemischaufbereitungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt. Diese Gemischaufbereitungsvorrichtung umfasst einen Lufteinlass zur Aufnahme von Luft von der Fahrzeugumgebung, einen Gaskraftstoffeinlass zur Aufnahme von einem Gaskraftstoff, insbesondere dem Erdgas oder dem Wasserstoff, von einem Gaskraftstofftank, einen Luftverdichter, eine Mischkammer sowie eine Gemischabgabe zur Abgabe eines Gaskraftstoff-Luftgemisches an den Verbrennungsmotor. Dabei ist der Luftverdichter stromabwärts des Lufteinlasses angeordnet. Die Mischkammer ist sowohl stromabwärts des Luftverdichters als auch stromabwärts des Gaskraftstoffeinlasses angeordnet. Die Mischabgabe ist wiederum stromabwärts der Mischkammer angeordnet. According to a first aspect of the invention, there is provided a mixture processing apparatus for an internal combustion engine. This mixture processing device comprises an air intake for receiving air from the vehicle environment, a gas fuel inlet for receiving a gas fuel, in particular the natural gas or hydrogen, a gas fuel tank, an air compressor, a mixing chamber and a mixture delivery for the delivery of a gas fuel-air mixture to the internal combustion engine. In this case, the air compressor is arranged downstream of the air inlet. The mixing chamber is located both downstream of the air compressor and downstream of the gaseous fuel inlet. The mixing output is in turn arranged downstream of the mixing chamber.

Die Luftverdichter ist eingerichtet, den Druck der Luft, die über den Lufteinlass von der Fahrzeugumgebung angesaugt und dem Luftverdichter zugeführt wird, bis auf einen konstanten oder veränderlichen, vorgegebenen Druckwert zu erhöhen, der der abzugebenden Leistung des Verbrennungsmotors entspricht. Dabei erhöht der Luftverdichter die Dichte der von der Fahrzeugumgebung angesaugten Luft durch Verdichten beziehungsweise Komprimieren der Luft.The air compressor is arranged to increase the pressure of the air, which is drawn via the air inlet of the vehicle environment and supplied to the air compressor, to a constant or variable, predetermined pressure value corresponding to the output power of the internal combustion engine. The air compressor increases the density of the air sucked in by the vehicle environment by compressing or compressing the air.

Die Mischkammer ist eingerichtet, aus der von dem Luftverdichter der Mischkammer zugeführten Luft und dem von dem Gaskraftstoffeinlass der Mischkammer zugeführten Gaskraftstoff das Gaskraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen.The mixing chamber is configured to generate the gaseous fuel-air mixture from the air supplied from the air compressor to the mixing chamber and the gaseous fuel supplied from the gaseous fuel inlet to the mixing chamber.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die von dem Verbrennungsmotor abrufbare Leistung von der Menge des Gaskraftstoff-Luft-Gemisches und dem Mischverhältnis zwischen dem Gaskraftstoff und der Luft in dem Gaskraftstoff-Luftgemisch abhängig ist. Um eine passende Menge an dem Gaskraftstoff-Luftgemisch und ein richtiges Mischverhältnis bei dem Gaskraftstoff-Luftgemisch in einfacher Weise erzeugen zu können, ist es insbesondere erforderlich, den Gaskraftstoff und die Luft noch vor der Zuführung zu dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu einem Gaskraftstoff-Luftgemisch mit einer bestimmten Menge und einem bestimmten Mischverhältnis zu mischen, die beziehungsweise das eine optimale Verbrennung und somit eine optimale Leistungsbilanz des Gaskraftstoffs sowie die von dem Verbrennungsmotor bereitzustelle Leistung sicherstellt.The invention is based on the idea that the power which can be called up by the internal combustion engine depends on the quantity of the gas fuel-air mixture and the mixing ratio between the gas fuel and the air in the gas-fuel / air mixture. In order to be able to generate a suitable amount of the gas fuel-air mixture and a correct mixing ratio in the gas fuel-air mixture in a simple manner, it is in particular required before the supply to the intake manifold of the internal combustion engine to the gas fuel and the air to a gas fuel-air mixture mix a certain amount and a certain mixing ratio, which ensures optimal combustion and thus an optimal balance of performance of the gaseous fuel and the power to be provided by the internal combustion engine.

So wurde die oben genannte Mischkammer vorgesehen, in der der Gaskraftstoff und die Luft zu einem Gaskraftstoff-Luftgemisch gemischt werden können, bevor dieser beziehungsweise diese dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Thus, the above-mentioned mixing chamber has been provided, in which the gaseous fuel and the air can be mixed to form a gas fuel-air mixture before it is supplied to the intake tract of the internal combustion engine.

Um die von der Fahrzeugumgebung angesaugte Luft, die unter einem atmosphärischen Druck steht, mit dem Gaskraftstoff in einer bestimmten Menge und mit einem bestimmten Mischverhältnis zu dem Gaskraftstoff-Luftgemisch zu mischen, müssen die Luft vor der Gemischbildung verdichtet und der Druck der Luft erhöht werden. In order to mix the drawn from the vehicle environment air, which is under an atmospheric pressure with the gas fuel in a certain amount and with a certain mixing ratio to the gas fuel-air mixture, the Compressed air before the mixture formation and the pressure of the air to be increased.

Im Rahmen der Erfindung wurde somit eine Lösung vorgeschlagen, bei der die Luft noch vor der Zuführung zu der Mischkammer durch einen Luftverdichter durchläuft und dabei zu einer erforderlichen Luftdichte zusammen verdichtet und in einer erforderlichen Luftmenge bereitgestellt wird. Dabei werden die erforderliche Luftmenge und die erforderliche Luftdichte der der abzugebenden Leistung des Verbrennungsmotors entsprechend bestimmt.In the context of the invention, a solution has thus been proposed in which the air passes through an air compressor before being fed to the mixing chamber and is compressed together to a required air density and provided in a required amount of air. The required amount of air and the required air density of the output power of the engine are determined accordingly.

Dadurch wird eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der die Menge und das Mischverhältnis des Gaskraftstoff-Luftgemisches der von dem Verbrennungsmotor abzugebenden Leistung in einfacher Weise präziser angepasst werden können. Ferner wird die Leistungsbilanz des Gaskraftstoffs verbessert. This provides a means by which the amount and mixing ratio of the gaseous fuel-air mixture of the power to be delivered by the internal combustion engine can be more easily adjusted more precisely. Furthermore, the current account of the gas fuel is improved.

Die oben beschriebene Gemischaufbereitungsvorrichtung kann sowohl in einem monovalenten Fahrzeug (zum Beispiel mit einem Erdgas-Verbrennungsmotor) als auch in einem bivalenten Fahrzeug (zum Beispiel mit einem Erdgas/Benzin-Verbrennungsmotor) eingesetzt werden. The above-described mixture processing apparatus can be used both in a monovalent vehicle (for example, a natural gas internal combustion engine) and a bivalent vehicle (for example, a natural gas / gasoline internal combustion engine).

Da die Gemischaufbereitungsvorrichtung das Gaskraftstoffs-Luft-Gemisch in der richtigen Menge und in dem richtigen Mischverhältnis gemischt dem Verbrennungsmotor zuführt, das im Anschluss in den Brennkammern eingelassen wird, entfallen herkömmliche Einspritzsysteme des Ansaugtrakts mit Hochdruckpumpen, die erforderlich sind, den Gaskraftstoff mit der Luft zu einem Kraftstoff-Luftgemisch zu mischen und das Kraftstoff-Luftgemisch in die Brennkammer des Verbrennungsmotors einzuspritzen. Since the mixture treatment device supplies the gas fuel-air mixture mixed in the proper amount and mixing ratio to the internal combustion engine that is subsequently admitted into the combustion chambers, conventional injection systems of the intake system with high-pressure pumps required to supply the gas fuel with the air are eliminated to mix a fuel-air mixture and inject the fuel-air mixture into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Dabei kann das Gas-Luftgemisch einen Druckwert aufweisen, der geringfügig unterhalb oder oberhalb eines bestimmten Druckwertes eines zündfähigen Gas-Luftgemisches liegt. Außerdem kann das Gas-Luftgemisch ein Mischverhältnis aufweisen, das geringfügig unterhalb oder oberhalb eines bestimmten Mischverhältnisses des zündfähigen Gas-Luftgemisches liegt.In this case, the gas-air mixture may have a pressure value which is slightly below or above a certain pressure value of an ignitable gas-air mixture. In addition, the gas-air mixture may have a mixing ratio that is slightly below or above a certain mixing ratio of the ignitable gas-air mixture.

Dabei kann es auch möglich sein, dass in den Brennkammern noch eine bestimmte Menge (auch 0) vom restlichen Gaskraftstoff-Luftgemisch vorhanden ist, oder über eine Abgasrückführung zusätzliche Abgasluft in die Brennkammer zurückgeführt wird. Dieses restliche Gaskraftstoff-Luftgemisch bzw. diese rückgeführte Abgasluft ist im Vergleich zu dem wie oben beschrieben zubereiteten und den Brennkammern zugeführten Gaskraftstoff-Luftgemisch gering, was jedoch vorzugsweise bei der Bildung des Gaskraftstoff-Luftgemisches berücksichtigt wird. It may also be possible that in the combustion chambers, a certain amount (even 0) of the remaining gas fuel-air mixture is present, or additional exhaust air is fed back into the combustion chamber via an exhaust gas recirculation. This residual gaseous fuel-air mixture or this recirculated exhaust gas air is compared to the above-described prepared and the combustion chambers supplied gas fuel-air mixture low, but this is preferably taken into account in the formation of the gas fuel-air mixture.

Mit der Gemischaufbereitungsvorrichtung kann zudem der Kompressionstakt bei dem anschließenden Kreisprozess des Gaskraftstoff-Luftgemisches in dem Verbrennungsmotor gespart werden, da die Gemischbildung und die Kompressionsarbeit des Gaskraftstoff-Luftgemisches bereits in der Gemischaufbereitungsvorrichtung erfolgen und dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors ein bereits zündfähiges Gaskraftstoff-Luftgemisch zugeführt wird. Der Ansaugtrakt muss dann lediglich das Gaskraftstoff-Luftgemisch in die jeweilige Brennkammer des Verbrennungsmotors verteilen. Dadurch kann der Verbrennungsmotor als ein Zweitakt-Gasmotor betrieben werden. Damit kann ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein Ottomotor, mit der Gemischaufbereitungsvorrichtung verwendet werden, der dann sowohl als ein Zweitakt-Gasmotor mit dem in der oben beschriebenen Weise aufbereiteten Gaskraftstoff-Luftgemisch als auch als ein Viertakt-Ottomotor bivalent betrieben werden kann.In addition, the compression cycle in the subsequent cycle of the gaseous fuel / air mixture in the internal combustion engine can be saved with the mixture preparation device since the mixture formation and the compression work of the gaseous fuel / air mixture already take place in the mixture preparation device and an already ignitable gaseous fuel / air mixture is supplied to the intake tract of the internal combustion engine. The intake system then only has to distribute the gaseous fuel-air mixture into the respective combustion chamber of the internal combustion engine. Thereby, the internal combustion engine can be operated as a two-stroke gas engine. Thus, an internal combustion engine, in particular a gasoline engine, can be used with the mixture preparation device, which can then be operated bivalent both as a two-stroke gas engine with the above-described gaseous fuel-air mixture and as a four-stroke gasoline engine.

Mit der Gemischaufbereitungsvorrichtung können somit auch Zylinderinjektoren gespart werden, die sonst erforderlich gewesen wären, um ein Kraftstoff mit Hochdruck in die Brennkammer des Verbrennungsmotors zu pumpen. Cylinder injectors can thus also be saved with the mixture preparation device, which otherwise would have been necessary in order to pump a high-pressure fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Ebenfalls kann mit der Gemischaufbereitungsvorrichtung ein für einen Verbrennungsmotor allgemein erforderlicher Ansaugtrakt gespart oder wesentlich einfacher, bauraumsparender und somit kostengünstig ausgeführt werden, da die Kraftstoff-Lustgemischbildung nicht erst in dem Ansaugtrakt, sondern noch vor der Ansaugöffnung des Ansaugtrakts gebildet wird. Likewise, an intake tract which is generally required for an internal combustion engine can be saved with the mixture preparation device or can be made much simpler, space-saving and thus cost-effective, since the fuel pleasure mixture formation is not formed first in the intake tract but also in front of the intake opening of the intake tract.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Luftverdichter als eine steuerbare bzw. regelbare Hochdruckpumpe ausgebildet, die den Druck in der eingesaugten Luft vorzugsweise bis auf einen gewünschten Druckwert von beispielsweise bis zu 20 bar, speziell bis auf 30 bar, in extremen Fällen sogar bis zu 50 bar, verdichtet.According to a preferred embodiment of the air compressor is designed as a controllable or controllable high pressure pump, the pressure in the sucked air preferably up to a desired pressure value of for example up to 20 bar, especially up to 30 bar, in extreme cases even up to 50 bar , condensed.

Gemäß einer weiteren bevorzugten alternativen Ausgestaltung ist der Luftverdichter als ein Verdichter eines Abgasturboladers ausgebildet. Dabei umfasst der Abgasturbolader eine Abgasturbine, die zur Übertragung von Drehmomenten von der Abgasturbine zu dem Luftverdichter mit dem Luftverdichter mechanisch verbunden ist und in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnet ist.According to a further preferred alternative embodiment, the air compressor is designed as a compressor of an exhaust gas turbocharger. In this case, the exhaust gas turbocharger comprises an exhaust gas turbine, which is mechanically connected for transmitting torque from the exhaust gas turbine to the air compressor with the air compressor and is arranged in an exhaust line of the internal combustion engine.

Der Abgasturbolader ist eingerichtet, die von dem Lufteinlass in den Luftverdichter zugeführte Luft mit mechanischer Leistung zu verdichten, die von dem durch den Abgasstrang hindurch strömenden Abgas bereitgestellt wird und mit der die Abgasturbine angetrieben wird.The exhaust gas turbocharger is configured to compress the air supplied from the air inlet into the air compressor with mechanical power provided by the exhaust gas flowing through the exhaust line and with which the exhaust gas turbine is driven.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Gemischaufbereitungsvorrichtung ferner einen Druckminderer, der zwischen dem Gaskraftstoffeinlass und der Mischkammer angeordnet ist. Damit ist der Druckminderer stromabwärts des Gaskraftstoffeinlasses und stromaufwärts der Mischkammer angeordnet. According to a further preferred embodiment, the mixture processing device further comprises a pressure reducer, which is arranged between the gaseous fuel inlet and the mixing chamber. Thus, the pressure reducer is disposed downstream of the gaseous fuel inlet and upstream of the mixing chamber.

Der Druckminderer ist eingerichtet, den Druck des von dem Gaskraftstofftank über den Gaskraftstoffeinlass dem Druckminderer zugeführten Gaskraftstoffes bis auf einen konstanten oder veränderlichen, vorgegebenen Druckwert zu verringern, der der abzugebenden Leistung des Verbrennungsmotors entsprechen. Dabei reduziert der Druckminderer die Dichte des dem Druckminderer zugeführten Gaskraftstoffs durch Expandieren des Gaskraftstoffs. The pressure reducer is arranged to reduce the pressure of the gaseous fuel supplied from the gaseous fuel tank via the gaseous fuel inlet to the pressure reducer to a constant or variable predetermined pressure value corresponding to the output of the internal combustion engine to be delivered. In this case, the pressure reducer reduces the density of the gaseous fuel supplied to the pressure reducer by expanding the gaseous fuel.

Vorzugsweise ist der Druckminderer mit dem Luftverdichter thermisch gekoppelt, so dass die Abwärme, die beim Verdichten der Luft entsteht, von dem Gaskraftstoff beim Expandieren aufgenommen wird. Dadurch entfallen Heizungs- und/oder Kühlungsanordnungen, die zum Heizen beziehungsweise zum Kühlen des Druckminderers beziehungsweise des Luftverdichters erforderlich sind. Preferably, the pressure reducer is thermally coupled to the air compressor, so that the waste heat that arises when compressing the air, is absorbed by the gaseous fuel during expansion. This eliminates heating and / or cooling arrangements that are required for heating or for cooling the pressure reducer or the air compressor.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Luftverdichter regel- oder steuerbar ausgeführt. Zudem umfasst die Gemischaufbereitungsvorrichtung ferner eine Regel-/Steueranordnung (Regel- und/oder Steueranordnung) zum Regeln und/oder zum Steuern des Luftverdichters. Dabei ist die Regel-/Steueranordnung vorzugsweise eingerichtet, den Luftverdichter abhängig von der von dem Verbrennungsmotor bereitzustellenden Leistung zu regeln beziehungsweise zu steuern. According to yet another preferred embodiment of the air compressor is designed to be regulated or controllable. In addition, the mixture processing device further comprises a control arrangement (control and / or regulating arrangement) for regulating and / or controlling the air compressor. In this case, the control / control arrangement is preferably set up to regulate or control the air compressor as a function of the power to be provided by the internal combustion engine.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Druckminderer ebenfalls regel- und/oder steuerbar ausgeführt. Vorzugsweise ist die Regel-/Steueranordnung ferner zum Regeln und/oder Steuern des Druckminderers ausgeführt. Insbesondere ist die Regel-/Steueranordnung ausgeführt, den Druckminderer abhängig von der von dem Verbrennungsmotor bereitzustellenden Leistung zu regeln beziehungsweise zu steuern. According to yet another preferred embodiment of the pressure reducer is also carried out regularly and / or controllable. Preferably, the control / control arrangement is further designed for controlling and / or controlling the pressure reducer. In particular, the control / control arrangement is designed to regulate or control the pressure reducer as a function of the power to be provided by the internal combustion engine.

Mit der Regelung oder der Steuerung des Luftverdichters und/oder des Druckminderers kann der Ausgangsluftdruck bei der Luft beziehungsweise bei dem Gaskraftstoff und folglich auch bei dem Gaskraftstoff-Luftgemisch variabel eingestellt werden. Insbesondere können somit auch die Menge und das Mischverhältnis bei dem Gaskraftstoff-Luftgemisch entsprechend der bereitzustellenden Motorleistung und Motordrehzahl des Verbrennungsmotors eingestellt werden. Dadurch können eine optimale Verbrennung des Gaskraftstoff-Luftgemisches in dem Verbrennungsmotor und somit eine verbesserte Leistungsbilanz bei dem Gaskraftstoff erzielt werden. With the regulation or the control of the air compressor and / or the pressure reducer, the output air pressure in the air or in the gaseous fuel and consequently also in the gaseous fuel-air mixture can be variably adjusted. In particular, thus, the amount and the mixing ratio in the gaseous fuel-air mixture can be adjusted according to the engine power to be provided and engine speed of the internal combustion engine. As a result, optimum combustion of the gaseous fuel-air mixture in the internal combustion engine and thus an improved power balance in the gaseous fuel can be achieved.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Gemischaufbereitungsvorrichtung ferner einen Drucksensor, der mit der Regel-/Steueranordnung über eine Signalverbindung verbunden ist. Dabei ist der Drucksensor eingerichtet, den Druck des Gaskraftstoff-Luftgemisches in der Gemischabgabe zu messen und den gemessenen Druckwert über die Signalverbindung an die Regel-/Steueranordnung abzugeben, so dass diese basierend auf dem gemessenen Druckwert den Luftverdichter und/oder den Druckminderer zu regeln beziehungsweise zu steuern. According to yet another preferred embodiment, the mixture processing device further comprises a pressure sensor which is connected to the control / control arrangement via a signal connection. In this case, the pressure sensor is set up to measure the pressure of the gaseous fuel-air mixture in the mixture delivery and to deliver the measured pressure value via the signal connection to the control / control arrangement, so that these regulate the air compressor and / or the pressure reducer based on the measured pressure value to control.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Gemischaufbereitungsvorrichtung ferner ein Ventil, das zwischen dem Luftverdichter und der Mischkammer, also stromabwärts des Luftverdichters und stromaufwärts der Mischkammer, angeordnet ist. Dabei ist das Ventil vorzugsweise derart eingerichtet, dass dies in Richtung von dem Luftverdichter zu der Mischkammer wie ein Rückschlagventil funktioniert und somit einen Rückfluss des Gaskraftstoff-Luftgemisches von der Mischkammer zu dem Luftverdichter verhindert. Insbesondere ist das Ventil zudem als ein steuerbares Ventil ausgebildet, das die Strömungsstärke der Luft in der Strömungsrichtung von dem Luftverdichter zur Mischkammer regelt. According to yet another preferred embodiment, the mixture processing device further comprises a valve, which is arranged between the air compressor and the mixing chamber, that is, downstream of the air compressor and upstream of the mixing chamber. In this case, the valve is preferably set up so that it works in the direction of the air compressor to the mixing chamber like a check valve and thus prevents a backflow of the gas fuel-air mixture from the mixing chamber to the air compressor. In particular, the valve is also designed as a controllable valve which regulates the flow rate of the air in the flow direction from the air compressor to the mixing chamber.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Gemischaufbereitungsvorrichtung ferner ein weiteres Ventil, der zwischen dem Druckminderer und der Mischkammer, also stromabwärts des Druckminderers und stromaufwärts der Mischkammer, angeordnet ist. Analog zu dem zuvor genannten stromabwärts des Luftverdichters angeordneten Ventil ist dieses Ventil vorzugsweise derart eingerichtet, dass dies in Richtung von dem Druckminderer zu der Mischkammer wie ein Rückschlagventil funktioniert und somit einen Rückfluss des Gaskraftstoff-Luftgemisches von der Mischkammer zu dem Druckminderer verhindert. Insbesondere ist das Ventil zudem als ein steuerbares Ventil ausgebildet, das die Strömungsstärke des Gaskraftstoffes in der Strömungsrichtung von dem Druckminderer zur Mischkammer regelt.According to a further preferred embodiment, the mixture preparation device further comprises a further valve, which is arranged between the pressure reducer and the mixing chamber, that is, downstream of the pressure reducer and upstream of the mixing chamber. By analogy with the aforesaid valve located downstream of the air compressor, this valve is preferably arranged to function in the direction of the pressure reducer to the mixing chamber as a check valve, thus preventing backflow of the gaseous fuel-air mixture from the mixing chamber to the pressure reducer. In particular, the valve is also designed as a controllable valve which regulates the flow rate of the gaseous fuel in the flow direction from the pressure reducer to the mixing chamber.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Gemischaufbereitungsvorrichtung ferner einen Temperatursensor, der mit der Regel-/Steueranordnung über eine weitere Signalverbindung verbunden und eingerichtet ist, die Temperatur des Gaskraftstoff-Luftgemisches in der Mischkammer zu messen und den gemessenen Temperaturwert über die Signalverbindung an die Regel-/Steueranordnung abzugeben, so dass diese basierend auf dem gemessenen Temperaturwert den Luftverdichter und/oder den Druckminderer zu regeln beziehungsweise zu steuern.According to yet another preferred embodiment, the mixture processing device further comprises a temperature sensor which is connected to the control / control arrangement via a further signal connection and adapted to measure the temperature of the gas fuel-air mixture in the mixing chamber and the measured temperature value via the signal connection to the rule - / tax arrangement to give so that these based on the measured temperature value the Air compressor and / or regulate the pressure reducer or control.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Gemischaufbereitungsvorrichtung einen Luftfilter, der zwischen dem Lufteinlass und dem Luftverdichter, und somit stromabwärts des Lufteinlasses und stromaufwärts des Luftverdichters, angeordnet ist und eingerichtet ist, die von dem Lufteinlass dem Luftfilter zugeführten Luft zu filtern. Dadurch werden Verunreinigungen in der Luft, wie zum Beispiel Staub oder Polen, gefiltert. According to yet another preferred embodiment, the mixture processing device comprises an air filter disposed between the air inlet and the air compressor, and thus downstream of the air inlet and upstream of the air compressor, and configured to filter the air supplied from the air inlet to the air filter. This filters contaminants in the air, such as dust or poles.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Treibstoffbereitstellungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor bereitgestellt, die einen Gaskraftstofftank zum Speichern von Gaskraftstoff und eine zuvor beschriebene Gemischaufbereitungsvorrichtung umfasst. Dabei ist der Druckminderer der Gemischaufbereitungsvorrichtung an dem Gaskraftstofftank angeordnet, insbesondere befestigt. Der Gaskraftstofftank umfasst einen Gaskraftstoffauslass, der mit dem Gaskraftstoffeinlass der Gemischaufbereitungsvorrichtung strömungstechnisch verbunden. According to another aspect of the invention, there is provided a fuel supply apparatus for the internal combustion engine, which includes a gas fuel tank for storing gaseous fuel and a previously described mixture processing apparatus. In this case, the pressure reducer of the mixture processing device is arranged on the gas fuel tank, in particular fastened. The gaseous fuel tank includes a gaseous fuel outlet fluidly connected to the gaseous fuel inlet of the mixture treatment device.

Insbesondere ist der Druckminderer mit einer Komponente des Fahrzeugs, die eine thermische Masse ausbildet und zudem vorzugsweise gekühlt werden muss, thermisch gekoppelt, so dass der Gaskraftstoff beim Expandieren in dem Druckminderer die Wärme von dem Gaskraftstofftank abzieht und somit den Gaskraftstofftank kühlt. In particular, the pressure reducer is thermally coupled to a component of the vehicle that forms a thermal mass and, more preferably, must be cooled so that the gaseous fuel, upon expansion in the pressure reducer, removes the heat from the gaseous fuel tank and thus cools the gaseous fuel tank.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Antriebssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Antriebssystem umfasst einen Verbrennungsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs und eine zuvor beschriebene Gemischaufbereitungsvorrichtung beziehungsweise eine zuvor beschriebene Treibstoffbereitstellungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor, die das zuvor beschriebene Gaskraftstoff-Luftgemisch für den Verbrennungsmotor vorbereitet und dem Verbrennungsmotor zuführt. Dabei ist die Gemischabgabe der Treibstoffbereitstellungsvorrichtung stromaufwärts des Ansaugtrakts des Verbrennungsmotors angeordnet ist, über den der Verbrennungsmotor von der Gemischabgabe das Gaskraftstoff-Luftgemisch erhält.In yet another aspect of the invention, a drive system for a vehicle is provided. The drive system includes an internal combustion engine for driving the vehicle and a previously described mixture preparation device or a previously described fuel supply device for the internal combustion engine, which prepares the previously described gas fuel-air mixture for the internal combustion engine and supplies it to the internal combustion engine. In this case, the mixture delivery of the fuel supply device is arranged upstream of the intake tract of the internal combustion engine, via which the internal combustion engine receives the gaseous fuel-air mixture from the mixture delivery.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebenen Gemischaufbereitungsvorrichtung sind, soweit im Übrigen auf die oben genannte Treibstoffbereitstellungsvorrichtung beziehungsweise auf das oben erwähnte Antriebssystem übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Treibstoffbereitstellungsvorrichtung beziehungsweise des Antriebssystems anzusehen. Advantageous embodiments of the above-described mixture processing device are, as far as applicable to the above-mentioned fuel supply device or to the above-mentioned drive system, also to be regarded as advantageous embodiments of the fuel supply device or the drive system.

Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Darstellung ein Antriebssystem AS eines in der Figur nicht dargestellten Fahrzeugs. Das Antriebssystem AS umfasst einen Verbrennungsmotor VM zum Antrieb des Fahrzeugs und eine Treibstoffbereitstellungsvorrichtung TV zur Bereitstellung eines Gaskraftstoff-Luftgemisches für den Verbrennungsmotor VM.In the following, an exemplary embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings is explained in more detail. The single FIGURE shows a schematic representation of a drive system AS of a vehicle, not shown in the figure. The drive system AS comprises an internal combustion engine VM for driving the vehicle and a fuel supply device TV for providing a gas fuel-air mixture for the internal combustion engine VM.

Die Treibstoffbereitstellungsvorrichtung TV umfasst einen Gaskraftstofftank TK zum Speichern von Erdgas und eine Gemischaufbereitungsvorrichtung GB zur Bereitstellung eines Gaskraftstoff-Luftgemisches, also eines Erdgas-Luftgemisches, für den Verbrennungsmotor VM.The fuel supply device TV comprises a gas fuel tank TK for storing natural gas and a mixture processing device GB for providing a gas fuel-air mixture, ie a natural gas-air mixture, for the internal combustion engine VM.

Der Gaskraftstofftank TK ist als ein Hochdrucktank ausgebildet und speichert das Erdgas in flüssiger Form unter einem Druck von 200 bis 250 bar. Der Gaskraftstofftank TK weist einen Gaskraftstoffauslass GA auf, über den der Gaskraftstofftank TK das Erdgas an die Gemischaufbereitungsvorrichtung GB abgibt, das unter einem hohen Druck steht. The gas fuel tank TK is designed as a high-pressure tank and stores the natural gas in liquid form under a pressure of 200 to 250 bar. The gaseous fuel tank TK has a gaseous fuel outlet GA through which the gaseous fuel tank TK discharges the natural gas to the mixture processing device GB that is under a high pressure.

Die Gemischaufbereitungsvorrichtung GB umfasst einen Gaskraftstoffeinlass GE, einen Lufteinlass LE sowie eine Gemischabgabe MA als Schnittstellen zu dem Gaskraftstofftank TK, der Fahrzeugumgebung sowie dem Verbrennungsmotor VM.The mixture processing device GB comprises a gaseous fuel inlet GE, an air inlet LE and a mixture delivery MA as interfaces to the gas fuel tank TK, the vehicle environment and the internal combustion engine VM.

Über den Gaskraftstoffeinlass GE ist die Gemischaufbereitungsvorrichtung GB mit dem Gaskraftstoffauslass GA des Gaskraftstofftanks TK strömungstechnisch verbunden und erhält von dem Gaskraftstofftank TK das Erdgas, der unter einem hohen Druck steht. Via the gaseous fuel inlet GE, the mixture processing device GB is fluidically connected to the gaseous fuel outlet GA of the gaseous fuel tank TK and receives from the gaseous fuel tank TK the natural gas which is under high pressure.

Über den Lufteinlass LE saugt die Gemischaufbereitungsvorrichtung GB von der Fahrzeugumgebung die Luft an. Via the air inlet LE, the mixture preparation device GB sucks the air from the vehicle environment.

Über die Gemischabgabe MA ist die Gemischaufbereitungsvorrichtung GB mit einem Ansaugtrakt AT des Verbrennungsmotors VM strömungstechnisch verbunden.About the mixture delivery MA, the mixture processing device GB is fluidically connected to an intake tract AT of the internal combustion engine VM.

Die Gemischaufbereitungsvorrichtung GB umfasst ferner einen Druckminderer DM, der stromabwärts des Gaskraftstoffeinlasses GE angeschlossen ist und über den Gaskraftstoffeinlass GE das Erdgas erhält. Der Druckminderer DM ist eingerichtet, den Druck des Erdgases durch Expandieren des Erdgases bis auf einen konstanten oder veränderlichen, vorgegebenen Druckwert zu reduzieren. The mixture processing device GB further comprises a pressure reducer DM which is connected downstream of the gas fuel inlet GE and receives the natural gas via the gaseous fuel inlet GE. The pressure reducer DM is designed to reduce the pressure of the natural gas by expanding the natural gas to a constant or variable, predetermined pressure value.

Stromabwärts des Druckminderers DM ist ein Rückschlagventil VT2 angeschlossen. Dabei verhindert das Rückschlagventil VT2 einen Rückfluss eines nachfolgend zu beschreibenden Erdgas-Luftgemisches in den Druckminderer DM. Downstream of the pressure reducer DM, a check valve VT2 is connected. The check valve VT2 prevents backflow a gas-air mixture to be described below in the pressure reducer DM.

Stromabwärts des Rückschlagventils VT2 ist eine Mischkammer MK angeschlossen, deren Funktionsweise nachfolgend beschrieben wird. Downstream of the check valve VT2, a mixing chamber MK is connected, whose operation is described below.

Stromabwärts der Mischkammer MK ist ein weiteres Rückschlagventil VT3 angeschlossen. Dieses Rückschlagventil VT3 verhindert analog zu dem zuvor beschriebenen Rückschlagventil VT2 einen Rückfluss des Erdgas-Luftgemisches in die Mischkammer MK. Downstream of the mixing chamber MK another check valve VT3 is connected. This check valve VT3 prevents analogous to the previously described check valve VT2 a reflux of the natural gas-air mixture in the mixing chamber MK.

Strömungsabwärts des Rückschlagventils VT3 ist die Gemischabgabe MA der Gemischaufbereitungsvorrichtung GB angeschlossen, über die das Erdgas-Luftgemisch dem Verbrennungsmotor VM beziehungsweise dem Ansaugtrakt AT des Verbrennungsmotors VM zugeführt wird.Downstream of the check valve VT3, the mixture delivery MA of the mixture preparation device GB is connected, via which the natural gas-air mixture is supplied to the internal combustion engine VM or the intake tract AT of the internal combustion engine VM.

Stromabwärts des Lufteinlasses LE ist ein Luftfilter LF angeschlossen, der eingerichtet ist, Staub und Polen von der angesaugten Luft zu filtern. Downstream of the air inlet LE is connected an air filter LF which is arranged to filter dust and poles from the sucked air.

Stromabwärts des Luftfilters LF ist ein Luftverdichter LV angeschlossen, der eingerichtet ist, den Druck der von dem Lufteinlass LE angesaugten Luft durch Verdichten der Luft bis auf einen konstanten oder veränderlichen, vorgegebenen Druckwert zu erhöhen.Downstream of the air filter LF is connected an air compressor LV which is arranged to increase the pressure of the air sucked from the air inlet LE by compressing the air to a constant or variable predetermined pressure value.

Dabei ist der Luftverdichter LV als Teil eines Abgasturboladers TL des Fahrzeugs ausgebildet. Dabei umfasst der Abgasturbolader TL neben dem Luftverdichter LV noch eine Abgasturbine TB, die mit dem Luftverdichter LV mittels eines Übertragungsgliedes UG, wie zum Beispiel einer Welle, mechanisch verbunden ist, das zur Übertragung von Drehmomenten von der Abgasturbine TB zu dem Luftverdichter LV ausgebildet ist.In this case, the air compressor LV is formed as part of an exhaust gas turbocharger TL of the vehicle. In this case, the exhaust gas turbocharger TL in addition to the air compressor LV still includes an exhaust turbine TB, which is mechanically connected to the air compressor LV by means of a transmission member UG, such as a shaft, which is designed to transmit torques from the exhaust turbine TB to the air compressor LV.

Die Abgasturbine TB ist ferner in einem Abgasstrang AS des Verbrennungsmotors VM angeordnet, durch den das Abgas des Verbrennungsmotors VM in die Fahrzeugumgebung abgeführt wird.The exhaust gas turbine TB is further arranged in an exhaust line AS of the internal combustion engine VM, through which the exhaust gas of the internal combustion engine VM is discharged into the vehicle environment.

Stromabwärts des Luftverdichters LV weist die Gemischaufbereitungsvorrichtung GB ein weiteres Rückschlagventil VT1 auf, das ebenfalls eingerichtet ist, einen Rückfluss des Erdgas-Luftgemisches in den Luftverdichter LV zu verhindern.Downstream of the air compressor LV, the mixture preparation device GB has a further check valve VT1, which is likewise set up to prevent a backflow of the natural gas / air mixture into the air compressor LV.

Stromabwärts des Rückschlagventils VT1 ist die zuvor genannte Mischkammer MK angeschlossen. Die Mischkammer MK dient dazu, das von dem Druckminderer DM zugeführte Erdgas mit einem verringerten Druck mit der von dem Luftverdichter LV zugeführten Luft mit einem erhöhten Druck zu dem Erdgas-Luftgemisch zu mischen und das Erdgas-Luftgemisch an die Gemischabgabe MA und somit über die Gemischabgabe MA an den Verbrennungsmotor VM abzugeben. Downstream of the check valve VT1, the aforementioned mixing chamber MK is connected. The mixing chamber MK serves to mix the natural gas supplied from the pressure reducer DM with the air supplied from the air compressor LV at a reduced pressure to the natural gas-air mixture at a reduced pressure, and the natural gas-air mixture to the mixture discharge MA and thus via the mixture discharge MA to the internal combustion engine VM.

Die Gemischaufbereitungsvorrichtung GB umfasst ferner eine Regel-/Steueranordnung RS, die ausgangsseitig über eine Signalverbindung SV1 mit dem Druckminderer DM und über eine weitere Signalverbindung SV2 mit dem Abgasturbolader TL elektrisch verbunden ist. Die Regel-/Steueranordnung RS ist eingerichtet, den Druckminderer DM und den Abgasturbolader TL in einer noch nachfolgend zu beschreibenden Weise zu regeln beziehungsweise zu steuern.The mixture conditioning device GB further comprises a control / control arrangement RS, which is connected on the output side via a signal connection SV1 to the pressure reducer DM and via a further signal connection SV2 to the exhaust gas turbocharger TL. The regulation / control arrangement RS is set up to regulate or control the pressure reducer DM and the exhaust gas turbocharger TL in a manner to be described below.

Die Gemischaufbereitungsvorrichtung GB umfasst ferner einen Drucksensor DS, der in oder an der Gemischabgabe MA angeordnet und eingerichtet ist, den Druck des Erdgas-Luftgemisches in der Gemischabgabe MA zu messen. Der Drucksensor DS ist dabei ausgangsseitig über eine Signalverbindung SV3 mit einem Signaleingang SE1 der Regel-/Steueranordnung RS elektrisch verbunden.The mixture processing device GB further comprises a pressure sensor DS, which is arranged in or on the mixture delivery MA and is adapted to measure the pressure of the natural gas-air mixture in the mixture delivery MA. The pressure sensor DS is electrically connected on the output side via a signal connection SV3 with a signal input SE1 of the control / control arrangement RS.

Die Gemischaufbereitungsvorrichtung GB umfasst ferner einen Temperatursensor TS, der in oder an der Mischkammer MK angeordnet und eingerichtet ist, die Temperatur in der Mischkammer MK beziehungsweise bei dem in der Mischkammer MK befindlichen Erdgas-Luftgemisch zu messen. Der Temperatursensor TS ist ausgangsseitig über eine weitere Signalverbindung SV4 mit einem weiteren Signaleingang SE2 der Regel-/Sensoranordnung RS elektrisch verbunden.The mixture preparation device GB further comprises a temperature sensor TS, which is arranged in or on the mixing chamber MK and is adapted to measure the temperature in the mixing chamber MK or in the mixing chamber MK located natural gas-air mixture. On the output side, the temperature sensor TS is electrically connected via a further signal connection SV4 to a further signal input SE2 of the control / sensor arrangement RS.

Der Verbrennungsmotor VM ist als ein monovalenter Gasmotor ausgebildet und wird mit Erdgas als Gaskraftstoff betrieben. The internal combustion engine VM is designed as a monovalent gas engine and is operated with natural gas as gaseous fuel.

Der Verbrennungsmotor VM umfasst neben dem oben genannten Ansaugtrakt AT eine Anzahl von Brennkammern BK, die eingangsseitig mit dem Ansaugtrakt AT strömungstechnisch verbunden sind. Der Verbrennungsmotor VM umfasst ferner einen Abgastrakt AB, der stromabwärts der Brennkammer BK angeordnet ist, wobei die Brennkammer BK ausgangsseitig mit dem Abgastrakt AB strömungstechnisch verbunden sind. Der Abgastrakt AB ist wiederum ausgangsseitig mit dem Abgasstrang AS des Verbrennungsmotors VM strömungstechnisch verbunden. The internal combustion engine VM comprises, in addition to the above-mentioned intake tract AT, a number of combustion chambers BK which are fluidically connected on the input side to the intake tract AT. The internal combustion engine VM further comprises an exhaust tract AB, which is arranged downstream of the combustion chamber BK, wherein the combustion chamber BK are fluidly connected on the output side to the exhaust tract AB. The exhaust tract AB is in turn fluidly connected on the output side with the exhaust line AS of the internal combustion engine VM.

Der Abgasstrang AS erstreckt sich von dem Abgastrakt AB zu der Abgasturbine TB des Abgasturboladers TL und weiter hin zu einer Abgasanlage AA des Fahrzeugs, über die das Abgas des Verbrennungsmotors VM gereinigt und der Fahrzeugumgebung abgegeben wird. Nach dem das Antriebssystem AS anhand der Figur näher beschrieben wurde, wird nachfolgend die Funktion der Treibstoffbereitstellungsvorrichtung TV beziehungsweise der Gemischaufbereitungsvorrichtung GB des Antriebssystems AS näher beschrieben. The exhaust gas system AS extends from the exhaust gas tract AB to the exhaust gas turbine TB of the exhaust gas turbocharger TL and onwards to an exhaust system AA of the vehicle, via which the exhaust gas of the internal combustion engine VM is cleaned and released to the vehicle environment. After the drive system AS has been described in detail with reference to the figure, the function of the fuel supply device TV or the mixture preparation device GB of the drive system AS is described in more detail below.

Beim Betrieb des Fahrzeugs verbrennt der Verbrennungsmotor VM das in dessen Brennkammer BK zugeführte Erdgas-Luftgemisch und wandelt somit die chemische Energie des Erdgas-Luftgemisches in mechanische Leistung um und treibt mit dieser mechanischen Leistung das Fahrzeug an. Abhängig von den Fahrsituationen des Fahrzeugs hat der Verbrennungsmotor VM entsprechende unterschiedliche mechanische Leistungen bereitzustellen. Hierzu wird dem Verbrennungsmotor VM mittels der Treibstoffbereitstellungsvorrichtung TV beziehungsweise der Gemischaufbereitungsvorrichtung GB die gemischten Erdgas-Luftgemische zugeführt, deren Mengen und Mischverhältnisse den angeforderten mechanischen Leistungen des Verbrennungsmotors VM bereits angepasst sind.During operation of the vehicle, the internal combustion engine VM burns the natural gas / air mixture fed into its combustion chamber BK and thus converts the chemical energy of the natural gas / air mixture into mechanical power and drives the vehicle with this mechanical power. Depending on the driving situations of the vehicle, the engine VM has to provide corresponding different mechanical performances. For this purpose, the internal combustion engine VM is supplied by means of the fuel supply device TV or the mixture preparation device GB, the mixed natural gas-air mixtures whose amounts and mixing ratios are already adapted to the requested mechanical performances of the engine VM.

Um die Erdgas-Luftgemische entsprechend den angeforderten mechanischen Leistungen zu erzeugen, berechnet die Regel-/Steueranordnung RS zunächst basierend auf den von dem Verbrennungsmotor VM bereitzustellenden mechanischen Leistungen, die die Regel-/Steueranordnung RS von einer in der Figur nicht dargestellten Antriebssteuervorrichtung erhält, erforderliche Mengen an den Erdgas-Luftgemischen und erforderliche Mischverhältnisse bei den Erdgas-Luftgemischen. In order to generate the natural gas / air mixtures in accordance with the requested mechanical performances, the control / control arrangement RS first calculates based on the mechanical performances to be provided by the engine VM, which the control / control arrangement RS receives from a drive control device, not shown in the figure Quantities of the natural gas-air mixtures and required mixing ratios in the natural gas-air mixtures.

Basierend auf die berechneten Mengen und das berechnete Mischverhältnisse ermittelt die Regel-/Steueranordnung RS dann entsprechende Mengen an dem Erdgas und an der Luft, die erforderlich sind, die Erdgas-Luftgemische in den erforderlichen Mengen und mit den erforderlichen Mischverhältnissen zu erzeugen. Based on the calculated quantities and the calculated mixing ratios, the control arrangement RS then determines appropriate amounts of the natural gas and the air necessary to produce the natural gas / air mixtures in the required quantities and with the required mixing ratios.

Ferner ermittelt die Regel-/Steueranordnung RS basierend auf den ermittelten Mengen an dem Erdgases und an der Luft Druckwerte, zu welchen das Erdgas expandiert und die Luft verdichtet werden sollen, um im Anschluss die Erdgas-Luftgemische in den erforderlichen Mengen und mit den erforderlichen Mischverhältnissen zu bilden. Dabei werden die Druckwerte so gewählt, dass im Anschluss Erdgas-Luftgemische gebildet werden, die den jeweiligen Brennkammern BK direkt zugeführt und angezündet werden können. Further, based on the determined amounts of natural gas and air, the control / control arrangement RS determines pressure values at which the natural gas expands and the air is to be compressed in order to subsequently supply the natural gas / air mixtures in the required quantities and with the required mixing ratios to build. In this case, the pressure values are selected so that subsequently natural gas-air mixtures are formed, which can be fed directly to the respective combustion chambers BK and ignited.

Die Regel-/Steueranordnung RS steuert anschließend über die Signalverbindung SV1 den Druckminderer DM, so dass dieser das von dem Gaskraftstofftank TK in den Druckminderer DM zugeführte, unter einem hohen Druck stehende Erdgas expandiert. Am Ausgang des Druckminderers DM strömt somit ein Erdgas mit einem auf einen ermittelten Druckwert verringerten Druck aus. The regulation / control arrangement RS subsequently controls the pressure reducer DM via the signal connection SV1, so that the latter expands the natural gas supplied under high pressure from the gas fuel tank TK into the pressure reducer DM. At the outlet of the pressure reducer DM, a natural gas thus flows out with a pressure reduced to a determined pressure value.

Analog steuert die Regel-/Steueranordnung RS über die Signalverbindung SV2 den Abgasturbolader TL, so dass dieser mittels der Abgasturbine TB den Luftverdichter LV antreibt, der dann die über den Lufteinlass LE angesaugte Luft verdichtet. Dabei wird die Abgasturbine TB mit der mechanischen Leistung betrieben, die von dem durch den Abgasturbolader TL strömenden Abgas des Verbrennungsmotors VM bereitgestellt wird. Am Ausgang des Luftverdichters LV strömt somit die Luft mit einem auf einen weiteren ermittelten Druckwert erhöhten Druck aus.Similarly, the control / control arrangement RS controls the exhaust gas turbocharger TL via the signal connection SV2, so that the latter drives the air compressor LV by means of the exhaust gas turbine TB, which then compresses the air sucked in via the air inlet LE. In this case, the exhaust gas turbine TB is operated with the mechanical power which is provided by the exhaust gas of the internal combustion engine VM flowing through the exhaust gas turbocharger TL. At the outlet of the air compressor LV, the air thus flows out at a pressure which has been increased to a further determined pressure value.

Das Erdgas mit dem auf den ermittelten Druckwert verringerten Druck und die Luft mit dem auf den weiteren ermittelten Druckwert erhöhten Druck werden anschließend der Mischkammer MK zugeführt und dort zu einem Erdgas-Luftgemisch in der erforderlichen Menge und mit dem erforderlichen Mischverhältnis gemischt. The natural gas with the pressure reduced to the determined pressure value and the air with the pressure increased to the further determined pressure value are then supplied to the mixing chamber MK and mixed there to a natural gas-air mixture in the required amount and with the required mixing ratio.

Das Erdgas-Luftgemisch wird dann über die Gemischabgabe MA an den Ansaugtrakt AT des Verbrennungsmotors VM und von dem Ansaugtrakt AT weiter in die Brennkammer BK verteilt zugeführt, wo das Erdgas-Luftgemisch verbrannt wird und dessen chemische Energie in die geforderte mechanische Leistung des Verbrennungsmotors VM umgewandelt wird.The natural gas / air mixture is then fed via the mixture delivery MA to the intake tract AT of the internal combustion engine VM and from the intake tract AT further into the combustion chamber BK, where the natural gas / air mixture is burned and its chemical energy is converted into the required mechanical power of the internal combustion engine VM becomes.

Dadurch, dass die Erdgas-Luftgemische bereits vorab in den richtigen Mengen und mit den richtigen Mischverhältnissen fertiggemischt und dem Verbrennungsmotor VM beziehungsweise den Brennkammern BK zugeführt werden und nicht erst in den Brennkammern BK gemischt werden, kann bei dem anschließenden Kreisprozess in dem Verbrennungsmotor VM der sonst erforderliche Kompressionstakt gespart werden. The fact that the natural gas-air mixtures already pre-mixed in the right amounts and with the right mixing ratios and the internal combustion engine VM or the combustion chambers BK are supplied and not first mixed in the combustion chambers BK, can in the subsequent cycle in the internal combustion engine VM otherwise required compression stroke can be saved.

Claims

Mixture conditioner (GB) for an internal combustion engine (VM), comprising: An air intake (LE), A gaseous fuel inlet (GE), - an air compressor (LV), - a mixing chamber (MK), and - a mixture tax (MA); in which - The air compressor (LV) downstream of the air inlet (LE) is arranged; - The mixing chamber (MK) is arranged both downstream of the air compressor (LV) and downstream of the gas fuel inlet (GE); - The mixture delivery (MA) downstream of the mixing chamber (MK) is arranged.

Mixture conditioner (GB) according to claim 1, wherein the air compressor (LV) is designed as a high-pressure pump.

Mixture preparation device (GB) according to claim 1, wherein the air compressor (LV) is formed as a compressor of an exhaust gas turbocharger (TL), wherein the exhaust gas turbocharger (TL) comprises an exhaust gas turbine (TB), which is connected to the air compressor (LV) and in one Exhaust line (AS) of the internal combustion engine (VM) is arranged.

Mixture conditioner (GB) according to one of the preceding claims, further comprising a pressure reducer (DM) disposed between the gaseous fuel inlet (GE) and the mixing chamber (MK).

Mixture conditioner (GB) according to claim 4, wherein the pressure reducer (DM) and the air compressor (LV) are thermally coupled together.

Mixture conditioner (GB) according to one of the preceding claims, wherein: - the air compressor (LV) is designed as a controllable air compressor (LV), - The mixture preparation device (GB) further comprises a control / control arrangement (RS) for controlling and / or controlling the air compressor (LV).

Mixture preparation device (GB) according to claims 4 to 6, wherein - The pressure reducer (DM) is carried out regularly and / or controllable, and - The control / control arrangement (RS) is further designed for controlling and / or controlling the pressure reducer (DM).

A mixture preparation device (GB) according to any one of claims 6 or 7, further comprising a pressure sensor (DS) connected to the control / control arrangement (RS) via a signal connection (SV3) and is adapted to the pressure of the gas fuel-air mixture in the Mixture (MA) to measure and deliver the measured pressure value via the signal connection (SV3) to the control / control arrangement (RS).

Mixture conditioner (GB) according to one of the preceding claims, further comprising a valve (VT1), which is arranged between the air compressor (LV) and the mixing chamber (MK).

Mixture conditioner (GB) according to one of claims 4 to 9, further comprising a further valve (VT2), which is arranged between the pressure reducer (DM) and the mixing chamber (MK).

Mixture conditioner (GB) according to one of the preceding claims, further comprising an air filter (LF), which is arranged between the air inlet (LE) and the air compressor (LV).

An internal combustion engine (VM) fueling apparatus (TV) comprising a gaseous fuel tank (TK) for storing gaseous fuel and a mixture conditioning apparatus (GB) according to any one of the preceding claims, wherein the pressure reducer (DM) is disposed on the gaseous fuel tank (TK), in particular fixed , is.

The fuel delivery device (TV) of claim 12, wherein the pressure reducer (DM) is thermally coupled to the gaseous fuel tank (TK).

A drive system (AS) for a vehicle comprising: An internal combustion engine (VM) for driving the vehicle, A mixture preparation device (GB) according to one of claims 1 to 11 or a fuel supply device (TV) for the internal combustion engine (VM) according to claim 12 or 13, - The mixture delivery (MA) of the fuel supply device (TV) upstream of an intake tract (AT) of the internal combustion engine (VM) is arranged.