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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung für ein mit verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug. Sie betrifft ferner ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung.
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Unter einem verdichteten Gas wird hier und im Folgenden ein gasförmiger Kraftstoff verstanden, der im Fahrzeug in einem Druckbehälter vorgehalten wird. Beispielsweise werden darunter Erdgas oder Wasserstoff verstanden.
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Aus der
DE 10 2007 036 958 A1 ist eine Kraftstoffzufuhreinrichtung für ein mit Erdgas betriebenes Fahrzeug bekannt. Bei dieser Einrichtung ist eine Druckminderungseinrichtung vorgesehen, um den Tankdruck von beispielsweise 200 bar auf den niedrigeren Systemdruck einer Kraftstoffzufuhreinrichtung zu reduzieren.
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Bei einer derartigen Kraftstoffzufuhreinrichtung kann es bei einem geringen Druckreglereingangsdruck, d. h. bei verhältnismäßig leerem Kraftstofftank, vorkommen, dass die Druckregelung großen Volumenstromänderungen des Kraftstoffs nicht mehr folgen kann. Das bei Laständerungen zusätzlich benötigte Kraftstoffvolumen muss aus dem Tank zum Druckregler über die Leitungen geführt werden. Auf dieser Regelstrecke ist ein zusätzlicher Druckabfall zu erwarten, was sich negativ auf die Zuführung der Kraftstoffmenge auswirkt. Somit kann es vorkommen, dass bei relativ leerem Tank nicht jedes angeforderte Kraftstoffvolumen bereitgestellt werden kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung anzugeben, die diese Nachteile nicht aufweist, sondern mit der auch bei verhältnismäßig leerem Kraftstofftank noch ein dynamisches Fahren möglich ist.
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Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung für ein mit verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug angegeben, die zumindest einen Kraftstofftank umfasst, in dem Kraftstoff unter einem Tankdruck P1 vorgehalten wird. Ferner umfasst die Vorrichtung zumindest eine einem Verbrennungsmotor zugeordnete Kraftstoffzufuhreinrichtung, der Kraftstoff mit einem Betriebsdruck P2 zugeführt wird. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Versorgungsleitung zur Zuführung von Kraftstoff aus dem zumindest einen Kraftstofftank zu der zumindest einen Kraftstoffzufuhreinrichtung sowie eine in die Versorgungsleitung geschaltete Druckregeleinrichtung zur Regelung des Druckes des in der Versorgungsleitung geführten Kraftstoffs von dem Tankdruck P1 auf den Betriebsdruck P2. Die Versorgungsleitung weist unmittelbar vor der Druckregeleinrichtung zumindest ein Kraftstoffreservoir mit einem derartigen Fassungsvermögen auf, dass ein für Laständerungen benötigtes Kraftstoffvolumen aus dem Kraftstoffreservoir entnehmbar ist.
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Diese Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung hat den Vorteil, dass ein Pufferspeicher direkt vor dem Druckregler zur Verfügung gestellt wird, aus dem im Zeitpunkt der Regelung die Kraftstoffmenge direkt entnehmbar ist. Der Druckabfall in der Kraftstoffversorgung ist dadurch geringer und kann leichter ausgeregelt werden. Starke Volumengradienten können sich aus diesem Volumen ”bedienen” und müssen nicht sofort über den Tank nachgefördert werden. Dieses Volumen des Kraftstoffreservoirs dient als Puffer. Somit ist auch bei relativ leerem Tank ein dynamisches Fahren des Fahrzeugs möglich.
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Insbesondere bei geringen und hohen angeforderten Kraftstoffvolumina vereinfacht sich die Druckregelung, da Einflüsse durch die Strecke Tank-Druckregler für dynamische Änderungen weitestgehend eliminiert werden und die Regelung dadurch weniger Schwankungen ausgleichen muss.
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Dabei wird das Kraftstoffreservoir derart ausgelegt, dass sein Fassungsvermögen ausreicht, um ein für Laständerungen, insbesondere für maximale Laständerungen, benötigtes Kraftstoffvolumen zur Verfügung zu stellen. Dazu kann anhand geforderter Lastprofile ermittelt werden, wie groß die im Zeitpunkt der Regelung bereitzustellende Kraftstoffmenge sein muss.
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Für die Ausgestaltung des Kraftstoffreservoirs gibt es verschiedene Möglichkeiten, die auch miteinander kombiniert werden können, so dass mehrere Teilreservoire bereitgestellt werden, die zusammen das Kraftstoffreservoir bilden.
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In einer Ausführungsform ist das Kraftstoffreservoir innerhalb des Gehäuses der Druckregeleinrichtung angeordnet. Dazu kann in dem Gehäuse eine zusätzliche Kammer vorgesehen sein, die das Kraftstoffreservoir bildet. Diese Ausführungsform erfordert zwar ein Neudesign der Druckregeleinrichtung, ist in der Montage jedoch verhältnismäßig einfach, weil keine zusätzlichen Elemente benötigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Kraftstoffreservoir als Bereich der Versorgungsleitung mit erhöhtem Leitungsquerschnitt ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist es demnach vorgesehen, dass sich die Versorgungsleitung unmittelbar vor der Druckregeleinrichtung erweitert und somit das Kraftstoffreservoir bildet. Diese Ausführungsform ist technisch verhältnismäßig einfach aufgebaut und erfordert keine neuen Komponenten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Kraftstoffreservoir als Tank ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist es demnach vorgesehen, einen kleinen zusätzlichen Tank in der Versorgungsleitung unmittelbar vor der Druckregeleinrichtung anzuordnen. Ein Tank unterscheidet sich von einem einfachen Kraftstoffreservoir dadurch, dass er bestimmte Sicherheitsbestimmungen erfüllen muss. Insbesondere kann es erforderlich sein, dass er ein eigenes Sicherheitsventil aufweist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass auch ein Kraftstoffreservoir mit einem verhältnismäßig großen Fassungsvermögen realisiert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Druckregeleinrichtung als vorgesteuertes Ventil ausgebildet, insbesondere ist ein Piezo-Ventil als Vorsteuerventil vorgesehen, mittels dessen ein aus dem Kraftstoffvolumen abgezweigtes Teilvolumen als Steuervolumen geregelt wird.
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Bei einer derartigen Druckregeleinrichtung ist die Regelung wegen des aus dem Kraftstoffvolumen abgezweigten Teilvolumens, das als Steuervolumen verwendet wird, direkt abhängig von dem durch die Versorgungsleitung zur Verfügung gestellten Kraftstoffvolumen. Somit kann die Qualität der Regelung verstärkt von dem Füllstand im Kraftstofftank abhängen und von Problemen bei verhältnismäßig leerem Tank besonders stark betroffen sein. Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung ist somit bei derartigen Druckregeleinrichtungen besonders vorteilhaft einsetzbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit der beschriebenen Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung angegeben.
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Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
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2 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung einer Druckregeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein lediglich gestrichelt angedeutetes Fahrzeug 1, das insbesondere als Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Bus ausgebildet ist. Das Fahrzeug 1 wird mit verdichtetem Erdgas (englisch: ”compressed natural gas”, CNG) als Kraftstoff betrieben. Alternativ könnte als Kraftstoff auch beispielsweise Wasserstoff verwendet werden.
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Das Fahrzeug 1 weist einen Verbrennungsmotor 2 mit einer Anzahl von Zylindern 3 auf, in denen Erdgas verbrannt wird. In der gezeigten Ausführungsform weist der Verbrennungsmotor 2 vier Zylinder 3 auf, von denen jedoch nur einer dargestellt ist.
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Der Kraftstoff gelangt über eine Kraftstoffzufuhreinrichtung 4 in die nicht näher gezeigte Brennkammer des Zylinders 3. Der Kraftstoffzufuhreinrichtung 4 vorgeschaltet ist eine Kraftstoffverteilerleiste 5, die aus der Zuleitung 10 zugeführten Kraftstoff in die einzelnen Kraftstoffeinblasvorrichtungen 4 und die ihnen zugeordneten Zylinder 3 verteilt.
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Die Kraftstoffzufuhreinrichtung 4 arbeitet typischerweise mit einem Kraftstoffdruck von etwa 5 bis 20 bar. Dieser Druck P2 herrscht auch in der Zuleitung 10. Demgegenüber wird das verdichtete Erdgas in als Druckbehälter ausgebildeten Tanks 6 unter einem Druck P1 von etwa 200 bar vorgehalten. Dieser Druck P1 herrscht auch in der Zuleitung 7, die von den Tanks 6 über einen Filter 8 zur Druckregeleinrichtung 9 führt. Die Druckregeleinrichtung 9 reduziert den Druck P1 auf den Druck P2.
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Die Druckregeleinrichtung 9 wird über ein nicht gezeigtes Steuergerät angesteuert und weist in der gezeigten Ausführungsform ein Piezo-Ventil als Vorsteuerventil auf.
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Unmittelbar vor der Druckregeleinrichtung 9 ist in der Versorgungsleitung ein Kraftstoffreservoir 12 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform besteht das Kraftstoffreservoir 12 zum einen aus einem Tank 14 und zum anderen aus einem Leitungsabschnitt 16 der Versorgungsleitung mit erhöhtem Leitungsquerschnitt. Der Leitungsabschnitt 16 mit erhöhtem Leitungsquerschnitt ist zwischen dem Tank 14 und dem Eingang der Druckregeleinrichtung 9 angeordnet.
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Insgesamt weist das Kraftstoffreservoir ein derartiges Fassungsvermögen auf, das ein für Laständerungen des Verbrennungsmotors 2 benötigtes Kraftstoffvolumen vollständig aus dem Kraftstoffreservoir entnehmbar ist.
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2 zeigt eine Druckregeleinrichtung 9 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Druckregeleinrichtung 9 gemäß 2 kann in dem in 1 dargestellten Fahrzeug verwendet werden, und zwar sowohl mit dem in 1 gezeigten Kraftstoffreservoir als auch ohne dieses.
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Die Druckregeleinrichtung 9 weist in der in 2 gezeigten Ausführungsform ein integriertes Kraftstoffreservoir 12' auf. Das Kraftstoffreservoir 12' ist in das Gehäuse 11 der Druckregeleinrichtung 9 integriert.
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Das Gehäuse 11 weist einen mit der Zuleitung 7 in Verbindung stehenden Einlass 25 auf, an dem Kraftstoff mit dem Druck P1 eintritt. Es weist ferner einen mit der Zuleitung 10 in Verbindung stehenden Auslass 13 auf, an dem Kraftstoff mit dem Druck P2 austritt.
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Die Druckregeleinrichtung 9 weist als Stellglied einen von der in 2 nicht gezeigten Motorsteuerung geregelten piezoelektrischen Aktor 15 auf. Der Aktor 15 ist einem Ventil 30 zugeordnet, über das der Durchfluss des Steuervolumens durch eine Öffnung 17 regelbar ist. Ausgangsseitig des Ventils 30 ist eine erste Kammer 18 angeordnet, in der der Kolben 19 beweglich gelagert ist. In der ersten Kammer 18 liegt der Steuerdruck PS an. Eine Prallplatte ist bei dieser Darstellung nicht gezeigt. Der Kolben 19 ist in einem Zylinder 21 angeordnet und gegen die Kraft einer Feder 20 beweglich.
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Ein Drosselelement 23 verbindet die erste Kammer 18 mit dem Auslass 13 der Druckregeleinrichtung 9.
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Für eine Regelung des piezoelektrischen Aktors 15 werden typischerweise die Drücke P1 und P2 mittels nicht gezeigter Drucksensoren gemessen.
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Im Betrieb verschiebt der piezoelektrische Aktor 15 das Verschlussstück des Ventils 30 gegen den Ventilsitz und steuert somit den Durchfluss des Steuervolumens durch die Öffnung 17. Eine Änderung dieses Durchflusses bedingt eine Änderung des in der ersten Kammer 18 anliegenden Druckes PS und somit eine Änderung der Kraft auf den Kolben 19. Der Kolben 19 wird dadurch innerhalb des Zylinders 21 verschoben.
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Das Ventilelement 24 wird durch den auf den Kolben 19 wirkenden Steuerdruck PS in der ersten Kammer 18 geöffnet bzw. geschlossen. Dadurch strömt das Kraftstoffvolumen durch die Öffnung 26 in eine zweite Kammer 28. In der zweiten Kammer 28 liegt der Druck P2 an.
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Das Kraftstoffreservoir 12', das zwischen dem Einlass 25 und den Ventilen 24, 30 der Druckregeleinrichtung 9 innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet ist, hat ein ausreichendes Fassungsvermögen, um ein für Laständerungen benötigtes Kraftstoffvolumen zur Verfügung zu stellen. Somit steht im Zeitpunkt der Regelung ein ausreichendes Kraftstoffvolumen unmittelbar an der Druckregeleinrichtung 9 zur Verfügung und dient als Puffer.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Zylinder
- 4
- Kraftstoffzufuhreinrichtung
- 5
- Kraftstoffverteilerleiste
- 6
- Tank
- 7
- Zuleitung
- 8
- Filter
- 9
- Druckregeleinrichtung
- 10
- Zuleitung
- 11
- Gehäuse
- 12, 12'
- Kraftstoffreservoir
- 13
- Auslass
- 14
- Tank
- 15
- piezoelektrischer Aktor
- 16
- Leitungsabschnitt
- 17
- Öffnung
- 18
- erste Kammer
- 19
- Kolben
- 20
- Feder
- 21
- Zylinder
- 23
- Drosselelement
- 24
- Ventilelement
- 25
- Einlass
- 26
- Öffnung
- 28
- zweite Kammer
- 30
- Ventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007036958 A1 [0003]
