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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckabgreifvorrichtung und ein Druckabgreifverfahren für ein Kraftfahrzeug, welches einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor mittels einer Kraftstoffleitung verbundenen Kraftstoffbevorratungsbehälter aufweist, wobei der Kraftstoff in dem Kraftstoffbevorratungsbehälter mit einem Speicherdruck, der größer als ein Umgebungsdruck ist, speicherbar ist und dabei Druckenergie aufweist. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit dieser Druckabgreifvorrichtung sowie ein Druckabgreifverfahren.
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Aus der
DE 102014222714 A1 ist bekannt, dass Fahrzeugsysteme verschiedene Unterdruckverbrauchseinrichtungen enthalten können, die mittels Unterdruck betätigt werden. Dazu gehört beispielsweise ein Bremskraftverstärker. Der Unterdruck, der von diesen Einrichtungen verwendet wird, kann von einer speziellen Unterdruckpumpe bereitgestellt werden. In weiteren Ausführungsformen können eine oder mehrere Ansaugvorrichtungen in das Kraftmaschinensystem eingekoppelt werden, die den Luftstrom in der Kraftmaschine nutzbar machen und zur Erzeugung von Unterdruck verwenden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckabgreifvorrichtung, ein Kraftfahrzeug mit dieser Druckabgreifvorrichtung sowie ein Druckabgreifverfahren bereitzustellen, mit der die im Kraftstoff gespeicherte Druckenergie nutzbar gemacht werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Druckabgreifvorrichtung nach Anspruch 1, einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 5 sowie einem Druckabgreifverfahren nach Anspruch 8.
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Die erfindungsgemäße Druckabgreifvorrichtung ist für ein Kraftfahrzeug ausgebildet, welches einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor mittels einer Kraftstoffleitung verbundenen Kraftstoffbevorratungsbehälter aufweist, wobei der Kraftstoff in dem Kraftstoffbevorratungsbehälter mit einem Speicherdruck, der größer als ein Umgebungsdruck ist, speicherbar ist und dabei Druckenergie aufweist. Erfindungsgemäß ist die Druckabgreifvorrichtung mit der Kraftstoffleitung fluidleitend verbindbar und ist ausgebildet, auf ein Arbeitsmedium einen Teil der Druckenergie des Kraftstoffs zu übertragen. Insbesondere ist die Druckabgreifvorrichtung ausgebildet, das Arbeitsmedium stofflich von dem Kraftstoff getrennt zu halten.
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Mit der Druckabgreifvorrichtung ist es vorteilhaft ermöglicht, Druckenergie, die unter Druck gespeicherter Kraftstoff, wie beispielsweise CNG (für Compressed Natural Gas), aufweist, nutzbar zu machen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Druckabgreifvorrichtung umfasst diese eine Aufnahmeleitung mit einem Aufnahmeleitungsdrucksteuerventil und eine Abgabeleitung mit einem Abgabeleitungsventil.
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Damit ist es ermöglicht, Kraftstoff durch die Druckabgreifvorrichtung durchzuleiten und den Arbeitsdruck nach unten sowie nach oben zu begrenzen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Druckabgreifvorrichtung weist diese einen Druckübertrager auf, aufweisend einen ersten Zylinder mit einem ersten Kolben und einen mit dem ersten Zylinder fluidleitend verbundenen zweiten Zylinder mit einem zweiten Kolben. Zwischen dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben ist eine Übertragungsflüssigkeit angeordnet. Die Aufnahmeleitung und die Abgabeleitung sind mit dem ersten Zylinder fluidleitend verbunden.
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Mit dieser Ausgestaltung sind die stoffliche Trennung und die Druckübertragung zwischen Kraftstoff und Arbeitsmedium auf einfache und wirkungsvolle Weise umgesetzt.
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Die erfindungsgemäße Druckabgreifvorrichtung ist bevorzugt in ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug integriert. Das Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor mittels einer Kraftstoffleitung verbundenen Kraftstoffbevorratungsbehälter. Der Kraftstoff ist in dem Kraftstoffbevorratungsbehälter mit einem Speicherdruck, der höher als ein Umgebungsdruck ist, speicherbar und weist dabei Druckenergie auf. Die Druckabgreifvorrichtung ist dabei fluidleitend mit der Kraftstoffleitung verbunden.
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Das Kraftfahrzeug ist mit der erfindungsgemäßen Druckabgreifvorrichtung effizienter betreibbar, da herkömmliche Einrichtungen, wie Druckpumpen, und deren Antrieb entfallen können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist die Druckabgreifvorrichtung mit einem druckbetriebenen Aktuator des Kraftfahrzeugs verbunden.
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Damit ist der Aktuator mit der aus dem Kraftstoff gewonnenen Druckenergie betreibbar.
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Der druckbetriebene Aktuator ist insbesondere ein Bremskraftverstärker.
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Mit der Druckabgreifvorrichtung kann in dem Bremskraftverstärker ein größerer Druckunterschied erzeugt werden, als mit einer Vakuumpumpe. Es ist somit eine größere Verstärkung bei gleicher Baugröße des Bremskraftverstärkers ermöglicht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Druckabgreifverfahren für ein Kraftfahrzeug, welches einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor mittels einer Kraftstoffleitung verbundenen Kraftstoffbevorratungsbehälter aufweist, wobei der Kraftstoff in dem Kraftstoffbevorratungsbehälter mit einem Speicherdruck, der größer als ein Umgebungsdruck ist, gespeichert ist und dabei Druckenergie aufweist, wird auf ein stofflich von dem Kraftstoff getrenntes Arbeitsmedium ein Teil der Druckenergie des Kraftstoffs übertragen.
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Dadurch wird Druckenergie aus dem Kraftstoffdruck nutzbar gemacht.
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In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Druckabgreifverfahrens wird mit der Druckenergie des Arbeitsmediums ein Aktuator des Kraftfahrzeugs betrieben. Insbesondere wird ein Bremskraftverstärker betrieben.
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Dadurch wird der Aktuator mit der aus dem Kraftstoff gewonnenen Druckenergie betrieben. Bei der Bremskraftverstärkung kann eine stärkere Unterstützung erreicht werden als in herkömmlichen Unterdruckverfahren.
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Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung und den Abbildungen ersichtlich. Die Erfindung wird anhand der Abbildungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer beispielhaften Ausgestaltung; und
- 2 eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs.
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In der 1 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer beispielhaften Ausgestaltung schematisch dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 weist eine Antriebseinrichtung 11 mit einem Kraftstoff verwertenden Verbrennungsmotor 12 auf. Der Kraftstoff ist insbesondere Gas, wie Erdgas (CNG) oder Methan oder dergleichen. Zur Bevorratung des Kraftstoffs umfasst das Kraftfahrzeug 10 einen Kraftstoffbevorratungsbehälter 13, der ausgebildet ist, Kraftstoff mit einem Speicherdruck P1, der größer als ein Umgebungsdruck P5 ist, zu speichern. Der Speicherdruck P1 beträgt beispielsweise zwischen 50 bar und 300 bar. Durch den Druckunterschied zur Umgebung weist der gespeicherte Kraftstoff eine bestimmte Druckenergie auf. Der Kraftstoffbevorratungsbehälter 13 ist zur Zuführung des Kraftstoffs zu dem Verbrennungsmotor 12 über eine Kraftstoffleitung 23 mit dem Verbrennungsmotor 12 fluidleitend verbunden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 umfasst eine erfindungsgemäße Druckabgreifvorrichtung 40, die mit der Kraftstoffleitung 23 gekoppelt ist.
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Die Druckabgreifvorrichtung 40 ist in der 2 in einer beispielhaften Ausgestaltung zusammen mit der übrigen Antriebseinrichtung 11 näher gezeigt.
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Die Antriebseinrichtung 11 umfasst in der gezeigten beispielhaften Ausgestaltung zur Versorgung des Verbrennungsmotors 12 mit Zuluft einen Zuluftstrang 26, an dessen Anfang ein Luftfilter 17 angeordnet ist. Stromabwärts des Luftfilters 17 ist ein Luftmassensensor 18 angeordnet. Dem Verbrennungsmotor 12 ist bevorzugt ein Verdichter 16 zum Verdichten der Zuluft zugeordnet. Der Verdichter 16 ist insbesondere Teil eines Turboladers 14, der zudem eine mit dem Verdichter 16 drehmomentübertragend verbundene in einem Abgasstrang 27 des Kraftfahrzeugs 10 angeordnete Abgasturbine 15 aufweist. Stromabwärts des Verdichters 16 ist im Zuluftstrang 26 insbesondere ein Ladeluftkühler 19 zum Kühlen der verdichteten Zuluft angeordnet. Zudem ist der Zuluftstrang 26 mit einer stromabwärts des Ladeluftkühlers 19 angeordneten Drosselklappe 22 zum Steuern des Luftmassenstroms der Zuluft versehen.
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Zur Versorgung des Verbrennungsmotors 12 mit Kraftstoff weist der dargestellte, beispielhafte Verbrennungsmotor 12 je Arbeitskammer 25 einen Injektor 21 auf. Der gezeigte Verbrennungsmotor 12 verfügt damit über eine Kraftstoffdirekteinspritzung. Der Injektor 21 erhält den Kraftstoff aus einer Kraftstoffverteilerleiste 20, die am Ende der Kraftstoffleitung 23 ausgebildet ist. In der Kraftstoffverteilerleiste 20 weist der Kraftstoff einen Kraftstoffverteilerleistendruck P4 auf, der geringer als der Speicherdruck P1 ist. Die Druckdifferenz zwischen dem Speicherdruck P1 und den Kraftstoffverteilerleistendruck P4 ist notwendig, weil einerseits der Kraftstoffverteilerleistendruck P4 so eingestellt ist, dass ein optimaler Einspritz- bzw. Einblasevorgang erzielt wird. Andererseits ist der Speicherdruck P1 höher als der Kraftstoffverteilerleistendruck P4 und dabei durch die speicherbare Kraftstoffmasse begründet. Durch die Druckdifferenz zwischen dem Speicherdruck P1 und den Kraftstoffverteilerleistendruck P4 weist der unter Speicherdruck P1 stehende Kraftstoff Druckenergie auf. Zur Steuerung des Kraftstoffverteilerleistendrucks P4 ist stromaufwärts der Kraftstoffverteilerleiste 20 in der Kraftstoffleitung 23 ein Kraftstoffleitungsdrucksteuerventil 24 angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Druckabgreifvorrichtung 40 ist an die Kraftstoffleitung 23 insbesondere an zwei Stellen 28, 29 angeschlossen. An einer Abzweigstelle 28 ist zumindest ein Teil des Kraftstoffs aus der Kraftstoffleitung 23 heraus in die Druckabgreifvorrichtung 40 hinein leitbar und an einer Einlassstelle 29 ist der Kraftstoff aus der Druckabgreifvorrichtung 40 hinaus in die Kraftstoffleitung 23 hinein leitbar. So weist die Druckabgreifvorrichtung 40 zur Verbindung an die Abzweigstelle 28 insbesondere eine Aufnahmeleitung 45 und zur Verbindung an die Einlassstelle 29 eine Abgabeleitung 43 auf. Die Aufnahmeleitung 45 ist im gezeigten Kraftfahrzeug 10 zusammen mit der Abgabeleitung 43 als parallel verlaufender Strang zur Kraftstoffleitung 23 ausgebildet, mit dem ein Bypass um das Kraftstoffleitungsdrucksteuerventil 24 ausgebildet ist. So befindet sich die Abzweigstelle 28 in der Kraftstoffleitung 23 stromaufwärts des Kraftstoffleitungsdrucksteuerventils 24 und die Einlassstelle 29 befindet sich in der Kraftstoffleitung 23 stromabwärts des Kraftstoffleitungsdrucksteuerventils 24. In der Aufnahmeleitung 45 ist ein Aufnahmeleitungsdrucksteuerventil 41 angeordnet, welches insbesondere in gleicher Weise wie das Kraftstoffleitungsdrucksteuerventil 24 ausgebildet ist. In der Abgabeleitung 43 ist ein Abgabeleitungsventil 44 angeordnet, welches insbesondere als On-/Off-Schaltventil ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Druckabgreifvorrichtung 40 weist bevorzugt einen Druckübertrager 42 auf, der zwei miteinander verbundene Zylinder 46, 47 umfasst. In einem ersten Zylinder 46 ist ein erster Kolben 51 angeordnet und in einem zweiten Zylinder 47 ist ein zweiter Kolben 52 angeordnet. Zwischen dem ersten Kolben 51 und dem zweiten Kolben 52 ist eine Übertragungsflüssigkeit 49 angeordnet, mit der die beiden Kolben 51, 52 hydraulisch miteinander gekoppelt sind. Der erste Kolben 51 weist bevorzugt eine kleinere Querschnittsfläche als der zweite Kolben 52 auf. Der Druckübertrager 42 ist in der Weise ausgebildet, dass auf den ersten Kolben 51 Druckenergie des Kraftstoffs übertragbar ist. Der erste Zylinder 46 ist dazu mit der Aufnahmeleitung 45 sowie mit der Abgabeleitung 43 fluidleitend verbunden. Durch Einleiten von Kraftstoff in den ersten Zylinder 46 ist ein Zwischendruck P2 erzeugbar, der von dem ersten Kolben 51 auf den zweiten Kolben 52 übertragen wird. Zum Einstellen des Zwischendrucks P2 sind das Aufnahmeleitungsdrucksteuerventil 41 und das Abgabeleitungsventil 44 zu betätigen. Der zweite Kolben 52 wirkt auf ein Arbeitsmedium 50. Die Druckabgreifvorrichtung 40 ist ausgebildet, auf das Arbeitsmedium 50 aus dem Kraftstoff stammende Druckenergie zu übertragen, sodass das Arbeitsmedium 50 einen gewünschten Arbeitsdruck P3 aufweist, der größer als der Umgebungsdruck P5 ist. Vorzugsweise ist der Arbeitsdruck P3 1 bar größer als der Umgebungsdruck P5. Der Druckübertrager 42 ist in der dargestellten Weise dazu ausgebildet, den Kraftstoff vom Arbeitsmedium 50 stofflich getrennt zu halten.
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Die beiden Kolben 51, 52 des Druckübertrages 42 weisen insbesondere verschieden große Kolbenflächen auf. So weist der erste Kolben 51 vorzugsweise eine kleinere Kolbenfläche als der zweite Kolben 52 auf. In dieser Weise ist es in der 2 dargestellt. Damit ist der Druckübertrager 42 als hydraulischer Verstärker ausgebildet.
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Zur Messung des Arbeitsdrucks P3 ist die Druckabgreifvorrichtung 40 insbesondere mit einem Druckmesser 48 versehen. Der Druckmesser 48 kann über eine Steuerleitung mit dem Aufnahmeleitungsdrucksteuerventil 41 verbunden sein, wodurch die Stellung des Aufnahmeleitungsdrucksteuerventils 41 in Abhängigkeit des aktuellen Arbeitsdrucks P3 beeinflussbar ist. Insbesondere ist auch die Stellung des Abgabeleitungsventils 44 in Abhängigkeit des aktuellen Arbeitsdrucks P3 beeinflussbar. Zum Steuern der Ventile 41, 44 ist eine Steuervorrichtung vorgesehen.
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Das Arbeitsmedium 50 kann flüssig oder gasförmig sein. Die Druckabgreifvorrichtung 40 ist dazu ausgebildet, die Druckenergie des Arbeitsmediums 50 zumindest einem druckbetriebenen Aktuator 30 des Kraftfahrzeugs 10 bereitzustellen. Dazu ist die Druckabgreifvorrichtung 40 mit dem Aktuator 30 druckübertragbar, insbesondere fluidleitend verbunden. Das Kraftfahrzeug 10 weist dabei insbesondere einen Bremskraftverstärker als Aktuator 30 auf, der ausgebildet ist Druckenergie zur Unterstützung einer Bremspedalkraft zu verwenden.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 ist ausgebildet, das erfindungsgemäße Druckabgreifverfahren durchzuführen, bei dem ein Teil der Druckenergie des Kraftstoffs auf das Arbeitsmedium 50 übertragen wird.
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Durch zumindest teilweises Öffnen des Aufnahmeleitungsdruckventils 41 und/oder zumindest teilweises Schließen des Kraftstoffleitungsdrucksteuerventils 24 kann ein Teil des Kraftstoffs in den ersten Zylinder 46 des Druckübertragers 42 geleitet werden. Im ersten Zylinder 46 kann dadurch ein gewünschter Zwischendruck P2 erzeugt werden. Der Zwischendruck P2 liegt am ersten Kolben 51 an und wird an den zweiten Kolben 52 im zweiten Zylinder 47 übertragen. Soll der Zwischendruck P2 gesenkt werden, kann das Abgabeleitungsventil 44 geöffnet und der Kraftstoff durch die Abgabeleitung 43 wieder der Kraftstoffleitung 23 stromabwärts des Kraftstoffleitungsdrucksteuerventils 24 zugeführt werden. Gleichzeitig kann das Aufnahmeleitungsdruckventil 41 zumindest teilweise geschlossen werden.
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Das Arbeitsmedium 50 wird insbesondere zum Stellen eines Aktuators 30 des Kraftfahrzeugs 10 verwendet, indem ein Druckunterschied erzeugt wird. Bevorzugt wird ein als Bremskraftverstärker ausgebildeter Aktuator 30 mit dem Arbeitsmedium 50 betrieben. Dabei wird, wie in herkömmlichen Bremskraftverstärkern, in einer pedalseitigen Kammer ein höherer Druck erzeugt als in einer bremszylinderseitigen Kammer. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wird in der bremszylinderseitigen Kammer jedoch kein gegenüber der Umgebung niedrigerer Druck erzeugt, sondern in der pedalseitigen Kammer wird gegenüber der Umgebung ein Überdruck erzeugt. Insbesondere beträgt der Überdruck 1 bar über dem Umgebungsdruck P5. Zum Zurückstellen des Aktuators 30 wird der Arbeitsdruck P3 dadurch gesenkt, dass das Abgabeleitungsventil 44 zumindest teilweise geöffnet wird und der Kraftstoff in die Kraftstoffleitung 23 hinein geleitet wird.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
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Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elementen verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Antriebseinrichtung
- 12
- Verbrennungsmotor
- 13
- Kraftstoffbevorratungsbehälter
- 14
- Turbolader
- 15
- Abgasturbine
- 16
- Verdichter
- 17
- Luftfilter
- 18
- Luftmassensensor
- 19
- Ladeluftkühler
- 20
- Kraftstoffverteilerleiste
- 21
- Injektor
- 22
- Drosselklappe
- 23
- Kraftstoffleitung
- 24
- Kraftstoffleitungsdrucksteuerventil
- 25
- Arbeitskammer
- 26
- Zuluftstrang
- 27
- Abgasstrang
- 28
- Abzweigstelle
- 29
- Einlassstelle
- 30
- Aktuator
- 40
- Druckabgreifvorrichtung
- 41
- Aufnahmeleitungsdrucksteuerventil
- 42
- Druckübertrager
- 43
- Abgabeleitung
- 44
- Abgabeleitungsventil
- 45
- Aufnahmeleitung
- 46
- Erster Zylinder
- 47
- Zweiter Zylinder
- 48
- Druckmesser
- 49
- Übertragungsflüssigkeit
- 50
- Arbeitsmedium
- 51
- Erster Kolben
- 52
- Zweiter Kolben
- P1
- Speicherdruck
- P2
- Zwischendruck
- P3
- Arbeitsdruck
- P4
- Kraftstoffverteilerleistendruck
- P5
- Umgebungsdruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014222714 A1 [0002]
