DE102018118755A1

DE102018118755A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermöglichung einer Kaltabfahrt bei Fahrzeugen mit monovalenter gasförmiger Kraftstoffversorgung

Info

Publication number: DE102018118755A1
Application number: DE102018118755.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Bippes
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2020-02-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur monovalenten Kraftstoffversorgung für ein mit verflüssigtem oder verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug, umfassend eine zumindest teilweise in einem Motorraum (1) angeordnete Kraftstoffversorgungseinrichtung und Kraftstoffeinblasvorrichtung, mittels denen das Gas mindestens einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine (40) Fahrzeuges zugeführt wird.
Es ist vorgesehen, dass dem Motorraum (1) mindestens eine Abgaszuführungseinrichtung einer Zuheizvorrichtung (50) zugeordnet ist, oder im Motorraum (1) die Zuheizvorrichtung (50) und die Abgaszuführungseinrichtung angeordnet sind, wobei die Abgaszuführungseinrichtung im Betrieb mittels des in den Motorraum strömenden Abgasstromes der Zuheizvorrichtung (50) für eine Erwärmung mindestens einer zu der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder zu der Kraftstoffeinblasvorrichtung gehörenden Komponente (20, 30) sorgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur monovalenten Kraftstoffversorgung für ein mit verflüssigtem oder verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug, umfassend eine zumindest teilweise in einem Motorraum angeordnete Kraftstoffversorgungseinrichtung und Kraftstoffeinblasvorrichtung, mittels denen das Gas mindestens einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine Fahrzeuges zugeführt wird.
Als nächstliegender Stand der Technik wird die Druckschrift US 2015/0165971 A1 angesehen. In der Druckschrift wird ein bekanntes Problem erläutert, nämlich dass komprimiertes Erdgas, insbesondere CNG bei einem Motorkaltstart unterhalb der Gefriertemperatur problematisch ist. Die Ursache des Problems ist das Gefrieren von Feuchtigkeit und/oder Öl, das natürlicherweise in Methan vorhanden ist, wodurch die Funktion der Kraftstoffzufuhrvorrichtungen und/oder Einspritzvorrichtungen negativ beeinträchtigt werden kann. Beispielsweise kann auch ein Druckregler, der einen bestimmten Versorgungsdruck des Erdgases für den Motor bereitstellt, gefrieren und/oder es tritt durch Gefrieren des Öles eine Ölblockierung des Zufuhrgases zu dem Motor ein. Derzeitige Motoren versorgen den Hochdruckregler mit heißem Wärmeübertragermittel, jedoch erst, nachdem der Motor sich erwärmt hat.
Gegenwärtige mit Erdgas und Propan betriebene Fahrzeuge verwenden typischerweise Dieselzusatzheizungen. Somit benötigt die Zusatzheizung einen zweiten Kraftstofftank zur Verwendung in der Zusatzheizung. Zusätzliche Kraftstofftanks machen diese Systeme schwieriger zu installieren und weniger praktisch, da der Benutzer zwei Arten von Kraftstoff nachfüllen muss. Es wird ein Heizgerät zum selektiven Verteilen oder vollständigen Verteilen von Wärme an die Fahrzeuginsassenräume und/oder den Hauptmotor beschrieben. Beispielsweise erfolgt die Zuheizung mit dem Heizgerät als Zusatzheizung mit Erdgas oder Propan, mit denen auch die Hauptmaschine des Fahrzeuges betrieben wird. Dadurch wird die Installation der Zusatzheizung vereinfacht, da ein zusätzlicher Kraftstofftank bei einer Zuheizung mittels herkömmlichen Kraftstoffs (Diesel und Benzin) nicht installiert werden muss.
Dementsprechend verwendet das in der Druckschrift US 2015/0165971 A1 beschriebene Fahrzeug für die Hauptmaschine und die Zusatzheizung denselben an Bord befindlichen Kraftstoff. Außerdem wird vorgeschlagen für einen kalten Motor vor dem Starten des Motors eine Motorvorwärmung vorzusehen. Die Zusatzheizung kann das Wärmeübertragermittel erwärmen und dem Regler erwärmtes Wärmeübertragermittel zuführen. Wenn die Zusatzheizung in Betrieb ist, werden der Brennstoffstrom und die Wärmetauscher erwärmt. Die Zusatzheizung kann auch erwärmtes Wärmeübertragermittel bereitstellen, um einen Filter entweder in Übereinstimmung mit einem Regler oder in Reihe mit einem Regler zu erwärmen. Das erwärmte Wärmeübertragermittel fließt dann zu dem Motor, um dem Motor bei Bedarf bei sehr kalten Temperaturen Wärme zuzuführen. Die Zusatzheizung kann den Temperierkreis erwärmen, wenn der Motor ein- oder ausgeschaltet ist. Die Beschreibung verdeutlicht, dass ein Kaltstartverhalten verbessert werden kann, indem ein Wärmeübertragermittel des Motors vor dem Start erwärmt wird.
Zur Verdeutlichung des allgemeinen technologischen Hintergrundes der Erfindung wird auf die Druckschriften DE 10 2013 213 470 A1 , DE 10 2016 107 207 A1 , DE 197 21 439 A1 und DE 2014 219 500 A1 verwiesen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum sicheren Betrieb, insbesondere einer Kaltabfahrt eines Fahrzeuges mit einer Verbrennungskraftmaschine anzugeben, die mit verflüssigtem oder verdichteten Gas betrieben wird.
Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur monovalenten Kraftstoffversorgung für ein mit verflüssigtem oder verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug, umfassend eine zumindest teilweise in einem Motorraum angeordnete Kraftstoffversorgungseinrichtung und Kraftstoffeinblasvorrichtung, mittels denen das Gas mindestens einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeuges zugeführt wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Motorraum mindestens eine Abgaszuführungseinrichtung einer Zuheizvorrichtung zugeordnet ist, oder im Motorraum die Zuheizvorrichtung und die Abgaszuführungseinrichtung angeordnet sind, wobei die Abgaszuführungseinrichtung im Betrieb mittels des in den Motorraum strömenden Abgasstromes der Zuheizvorrichtung für eine Erwärmung mindestens einer zu der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder zu der Kraftstoffeinblasvorrichtung gehörenden Komponente sorgt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer monovalenten Kraftstoffversorgung für ein mit verflüssigtem oder verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug, zu der eine zumindest teilweise in einem Motorraum angeordnete Kraftstoffversorgungseinrichtung und Kraftstoffeinblasvorrichtung gehört, mittels denen das Gas zum Zeitpunkt eines Betriebsbeginns mindestens einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine Fahrzeuges zugeführt wird.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass dem Motorraum mindestens eine Abgaszuführungseinrichtung einer Zuheizvorrichtung zugeordnet ist, die in Abhängigkeit vorgebbarer Startbedingungen gestartet wird, wobei die Abgaszuführungseinrichtung im Betrieb mittels des in den Motorraum strömenden Abgasstromes der Zuheizvorrichtung für eine Erwärmung mindestens einer zu der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder zu der Kraftstoffeinblasvorrichtung gehörenden Komponente sorgt.
Als Startbedingungen für Zuheizvorrichtung werden erfindungsgemäß bevorzugt folgende Bedingungen einzeln oder in Kombination vorgeschlagen.
Bevorzugt wird die Zuheizvorrichtung als Bedingung/en in Abhängigkeit von der Außentemperatur und/oder dem Erwärmungszustand des Motors zum Zeitpunkt des Betriebsbeginns der Verbrennungskraftmaschine gestartet.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung erfolgt der Start der Zuheizvorrichtung vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine bedingungsabhängig, beispielsweise durch Telemetrie, durch Vorgabe eines Ablaufplans, durch Auswertung von Fahrprofilen des Fahrzeuges beziehungsweise einer damit beauftragten dritten Stelle, durch die voraussichtliche Erkennung des anstehenden Betriebsbeginns der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise an ein Öffnungssystem, insbesondere eines fernerkennbaren Schlüssels, durch Öffnen einer Tür des Fahrzeuges mittels eines mechanischen oder digitalen Schlüssels, durch mechanisches Öffnen der Fahrertür und entsprechender Erfassung durch einen Sensor, durch Belegung des mindestens eines Fahrzeugsitzes mittels eines Belegungssensors oder dergleichen, insbesondere Belegungserkennung des Fahrersitzes, durch Einführen des Zündschlüssels mittels einer Erkennungsvorrichtung im Zündschloss des Fahrzeuges vor dem eigentlichen Start der Verbrennungskraftmaschine.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Starten - auch nur für einen kurzen Moment - bedarfsabhängig in Abhängigkeit von der Außentemperatur und/oder dem Erwärmungszustand der Verbrennungskraftmaschine erfolgt, wobei die Zeitspanne sowie gegebenenfalls Durchflussmenge des Kraftstoffs, insbesondere des Gases in Abhängigkeit der Außentemperatur oder auch eines Datums eines bestimmten Tages innerhalb eines Jahres statisch oder dynamisch festgelegt wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Erwärmung mindestens einer zu der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder zu der Kraftstoffeinblasvorrichtung gehörenden Komponente, in einer Ausführungsvariante ausschließlich durch den in den Motorraum strömenden Abgasstrom der Abgaszuführungseinrichtung der Zuheizvorrichtung oder in einer anderen Ausführungsvariante zusätzlich durch die Strahlungswärme der Zuheizvorrichtung bewirkt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvarianten ist vorgesehen, dass eine Erwärmung mindestens einer zu der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder zu der Kraftstoffeinblasvorrichtung gehörenden Komponente,

• in einer Ausführungsvariante - durch Zuführung mindestens eines ungerichteten Abgasstromes in den Motorraum oder
• in einer andern Ausführungsvariante - durch Zuführung mindestens eines gerichteten Abgasstromes zielgerichtet zu der mindestens einen in dem Motorraum angeordneten Komponente bewirkt wird.

Schließlich ist das Verfahren betreffend bevorzugt vorgesehen, dass die Zuheizvorrichtung selbst mittels einer Druckregelung und/oder einer Durchflussregelung und/oder einer Temperaturregelung und/oder einer Zuführungsleitung für Luft mit einer Regelvorrichtung für die Durchflussmenge betrieben wird, wodurch die Regelung einer abgasstromseitigen dem Motorraum zuzuführenden Wärmemenge durchgeführt wird. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass als zusätzliche Regelungsparameter eine Umgebungstemperatur und/oder die Motorraumtemperatur und/oder eine Last der Verbrennungskraftmaschine aufschaltbar ist/sind, der/die in die Regelung der in den Motorraum zuzuführenden Wärmemenge einbezogen wird/werden.
Vorgesehen ist, dass die Druckregelung und/oder eine Durchflussregelung und/oder eine Temperaturregelung über Regelvorrichtungen, insbesondere ein Drosselventil und/oder eine Drosselklappe entweder vor einer Aufspaltung der abgasstromseitigen Leiteinrichtungen zur gemeinsamen Regelung in einer Hauptleitung, der mehrere Abzweigungen nachfolgen oder eine Druckregelung und/oder eine Durchflussregelung und/oder eine Temperaturregelung über Regelvorrichtungen, insbesondere ein Drosselventil und/oder eine Drosselklappe in jedem Abzweig mithin in jeder der abgasstromseitig abzweigenden Leiteinrichtung für sich erfolgt.
Zur Durchführung des Verfahrens ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung strukturell vorgesehen, dass der den Motorraum bildende Raum in einer Ausführungsvariante weitestgehend gekapselt oder in einer anderen Ausführungsvariante gekapselt und wärmeisoliert ausgebildet ist.
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abgasstrom zur Erwärmung der mindestens einen zu erwärmenden Komponente in einer Ausführungsvariante zielgerichtet zugeführt wird, indem im Motorraum mindestens eine Leiteinrichtung angeordnet ist, die den Abgasstrom oder in einer Ausführungsvariante die Teilabgasströme des Abgasstromes zielgerichtet zu der mindestens einen Komponente leitet.
Außerdem wird bevorzugt vorgesehen, dass die zur Erwärmung im Motorraum vorgesehen Komponenten der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder der Kraftstoffeinblasvorrichtung,

• mindestens ein Druckminderer in der Kraftstoffzufuhreinrichtung und/oder
• mindestens ein Leitungsstrang in der Kraftstoffzufuhreinrichtung und/oder
• mindestens ein Injektor der Kraftstoffeinblasvorrichtung und/oder
• mindestens ein Leitungsstrang, insbesondere eine Kraftstoffverteilerleiste der
• Kraftstoffeinblasvorrichtung

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Zuheizvorrichtung ein Brenner mit einer offenen abgeschirmten Flamme oder ein flammenloser Brenner ist, wobei bevorzugt als flammenloser Brenner ein Katalyse-Brenner vorgeschlagen wird, der in vorteilhafter Weise flammenlos betrieben werden kann, sodass eine Abschirmung einer offenen Flamme nicht nötig ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Figuren erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ermöglichung einer Kaltabfahrt bei Fahrzeugen mit einer monovalenten gasförmigen Kraftstoffversorgung und
2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Ermöglichung der Kaltabfahrt bei Fahrzeugen mit der monovalenten gasförmigen Kraftstoffversorgung.

Nachfolgend wird unter einem verdichteten Gas ein gasförmiger Kraftstoff verstanden, der im Fahrzeug in einem Druckbehälter vorgehalten wird. Unter einem verflüssigten Gas wird nachfolgend ein unter Normalbedingungen gasförmiger Kraftstoff verstanden, der durch Abkühlung auf tiefe Temperaturen und/oder Kompression verflüssigt ist. Beispielsweise werden darunter Erdgas, Methan oder Wasserstoff verstanden.
Die Erfindung wird anhand einer Verbrennungskraftmaschine erläutert, welche über eine Kraftstoffzufuhreinrichtung verfügt, die mindestens einer Brennkammer Kraftstoff, insbesondere verdichtetes Erdgas (englisch „compressed natural gas“, CNG) zuführt. Dabei kann es sich bei dem Kraftstoff auch um Methan oder Wasserstoff handeln, der/die ebenfalls als Energieträger analog zu dem in der nachfolgenden Beschreibung in den Mittelpunkt gestellten verdichteten Erdgas „CNG“ geeignet ist/sind.
Bei dieser Kraftstoffzufuhreinrichtung ist eine Druckminderungseinrichtung vorgesehen, um einen Tankdruck eines Tanks von beispielsweise 250 bar auf den niedrigeren Systemdruck einer Einblasvorrichtung zu reduzieren.
Die 1 und 2 werden in der nachfolgenden Beschreibung in einer Zusammenschau erläutert.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ermöglichung einer Kaltabfahrt bei Fahrzeugen mit Erdgasantrieb, während die 2 die im Blockschaltbild gemäß 1 darstellten Komponenten gegenständlicher zeigt.
Ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 40 mit einer Anzahl von je einen Brennraum aufweisenden Zylindern in einem Motorraum 1, in denen als Kraftstoff Erdgas, insbesondere verdichtetes Erdgas verbrannt wird.
In der gezeigten Ausführungsform weist die Verbrennungskraftmaschine 40 vier Zylinder auf, wobei jedem Zylinder respektive jedem Brennraum Erdgas einblasende Injektoren 30 zugeordnet sind.
Der Kraftstoff - Erdgas - gelangt somit über die Injektoren 30 eines insgesamt als Kraftstoffeinblasvorrichtung bezeichneten Systems in die nicht explizit gezeigten Brennräume.
Über einen den Brennräumen vorgeschalteten Ansaugtrakt wird Verbrennungsluft aufbereitet und dem Erdgas zugeführt.
Der Kraftstoffeinblasvorrichtung vorgeschaltet ist der Kraftstoffzufuhreinrichtung zugeordnet eine Kraftstoffverteilerleiste, von der stromauf angeordneten Zuleitung Erdgas zu den einzelnen Injektoren 30 geführt und in die den Zylindern zugeordneten Injektoren verteilt wird.
Innerhalb der Kraftstoffzufuhreinrichtung - in der Zuleitung zu der Kraftstoffverteilerleiste - ist eine Druckminderungseinrichtung 20, kurz gesagt ein Druckminderer oder Gasdruckregler, vorgesehen, um einen Tankdruck des in einem Tank 10 vorgehalten komprimierten Erdgases von beispielsweise 250 bar auf den niedrigeren Systemdruck der Injektoren 30 zu reduzieren.
In einer besonders kritischen Betriebsphase, insbesondere einer Kaltabfahrt eines Fahrzeuges, dessen Verbrennungskraftmaschine mit einem verdichtetem Gas betrieben wird, besteht das Problem, dass bei Aufnahme des Betriebes der Komponenten 20, 30, die der Verbrennungskraftmaschine 40 zugeordnet sind, das heißt bei einem Fahrzeugstart, insbesondere der Gasdruckregler 20 oder andere Komponenten, wie die bereits genannten Injektoren 30 in Abhängigkeit der Außentemperatur vereisen können.
Zur Reduzierung des Drucks wird das verdichtete Gas im Betrieb der Kraftstoffzufuhreinrichtung im Gasdruckregler 20 entspannt. Dabei kühlt sich der Gasdruckregler 20 erheblich ab. Im Gasdruckregler 20 fällt somit im Betrieb Kälte an. Ein ähnliches Verhalten zeigen die Injektoren 30, wenn das Gas im Betrieb in den Ansaugtrakt eingeblasen und der Druck des Gases weiter reduziert wird.
Bisher wurde zumindest der Gasdruckregler 20 zu dessen Erwärmung an einen Kühlkreislauf des Fahrzeuges angeschlossen. In diesem Fall ist jedoch in nachteiliger Weise eine Betriebszeit von mehreren Fahrkilometern mit dem Fahrzeug nötig, um die geforderte Wärmemenge an den Gasdruckregler 20 übertragen zu können. Zu diesem Zeitpunkt ist der Gasdruckregler oder sind gegebenenfalls die Injektoren 30 bereits eingefroren.
Abhilfe schafft bei herkömmlichen Lösungen eine Standheizung, welche auf Grund der großen thermischen Trägheit des Systems in nachteiliger Weise jedoch ausreichend früh in Betrieb genommen werden muss. Dieses Verfahren bedarf somit in nachteiliger Weise einer entsprechenden Vorplanung durch den Benutzer und die Standheizung verbraucht zudem verhältnismäßig viel Kraftstoff.
Eine weitere typische Lösung besteht derzeit darin, ein bivalentes Kraftstoffsystem vorzuhalten, bei dem der Kaltstart und die Kaltabfahrt durch die Zuführung von Benzin als Kraftstoff erfolgen, wobei anschließend auf einen anderen Kraftstoff umgeschaltet wird, sobald die Komponenten ausreichend erwärmt worden sind.
Erfindungsgemäß wird somit nach einer Lösung gesucht, bei der das Fahrzeug hinsichtlich des Energieträgers monovalent ausgebildet ist, das heißt das Fahrzeug soll mit einem einzigen Energieträger betrieben werden, wobei die genannten Nachteile vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht im Grundsatz darin, dass dem Motorraum 1 ein mit Erdgas oder Methan oder Wasserstoff betriebener Brenner 50 zugeordnet wird.
Der Brenner 50 verbrennt erfindungsgemäß den auch für die Verbrennungskraftmaschine 40 bereitgestellten Kraftstoff und erzeugt eine vorgebbare Menge warmes Abgas mit einer vorgebbaren Temperatur, welches dem Motorraum 1 zugeführt wird. Somit ist ein monovalentes Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine 40 und einer Zuheizvorrichtung 50 ausgebildet, die erfindungsgemäß den gleichen Kraftstoff verbrennen.
Die Wärme des Abgases des Brenners 50 wird von der Kraftstoffzufuhreinrichtung, insbesondere dem Druckminderer 20, den Leitungssträngen der Kraftstoffzufuhreinrichtung sowie der Kraftstoffeinblasvorrichtung, insbesondere Injektoren 30 und den Leitungssträngen der Kraftstoffeinblasvorrichtung, insbesondere der Kraftstoffverteilerleiste aufgenommen, sodass mit anderen Worten ein Einfrieren der Komponenten, die sich im Motorraum 1 befinden, insbesondere des Druckminderers 20 und/oder der Injektoren 30 vermieden wird.
Der Vorteil der Anordnung eines Brenners 50 im Motorraum 1 besteht insbesondere darin, dass die Wärme schnell in dem ein geringes Volumen aufweisenden Motorraum 1 wirkt, in dem sich die hinsichtlich der Einfriergefahr kritischen Komponenten 20, 30 befinden.
Die im Vergleich zur bekannten Lösung benötigte insgesamt aufzubringende Wärmemenge wird auch dadurch deutlich reduziert, da die Wärme erfindungsgemäß nicht zielgerichtet, das heißt ungerichtet (wie noch erläutert wird) oder ungerichtet und zielgerichtet (wie noch erläutert wird) der/den zu wärmenden Komponente/n zugeführt wird, und keine Wärme zum Erwärmen der Verbrennungskraftmaschine 40 selbst oder eines zu erwärmenden Mediums, insbesondere eines Wasserkreislaufs der Verbrennungskraftmaschine 40 benötigt wird.
Das beschriebene System kann kompakt aufgebaut werden, wobei nachfolgend verschiedene Ausführungsvarianten erläutert werden.
In einer ersten Ausführungsvariante ist der Motorraum 1 weitestgehend gekapselt, jedoch nicht luftdicht ausgeführt, sodass in den Motorraum 1 eingebrachte Wärme des warmen Abgases nur langsam verloren geht und im Motorraum ihre Wirkung entfaltet.
Das warme Abgas wird in einer Ausführungsvariante nicht zielgerichtet zu den Komponenten geleitet, das heißt das warme Abgas wird in den Motorraum 1 geführt, ohne dass der Abgasstrom direkt auf die Komponenten gerichtet ist. Dabei wirkt als Wärmequelle das warme Abgas sowie die Strahlungswärme des Brenners 50 selbst, letzteres unter Voraussetzung, dass der Brenner 50 innerhalb des Motorraum 1 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsvariante ist der Brenner 50 somit ohne eine Leitvorrichtung ausgeführt.
Das warme Abgas wird in einer weiteren Ausführungsvariante zielgerichtet zu den Komponenten geleitet, das heißt das warme Abgas wird nicht nur in einfacher Weise dem Motorraum 1 geführt, sondern der Abgasstrom wird direkt auf die Komponenten gerichtet. Dabei wirkt als Wärmequelle das warme Abgas zielgerichtet direkt an der jeweiligen Komponente und die Strahlungswärme des Brenners 50 selbst wirkt weiterhin als indirekte ungerichtete Wärmequelle, jedoch nicht zielgerichtet, letzteres unter Voraussetzung, dass der Brenner ebenfalls im Motorraum 1 angeordnet ist.
Eine zielgerichtete Zuführung des warmen Abgasstromes zu mindestens einer der Komponenten wird durch (Abgasstrom)-Leiteinrichtungen gewährleistet, die erfindungsgemäß an vorgebbaren Positionen im Motorraum 1 zwischen dem Brenner 50 und der jeweiligen Komponenten 20, 30 angeordnet werden.
Die 1 und 2 verdeutlichen zwei Leiteinrichtungen 50-1 und 50-2 des Brenners 50, mittels denen ein vorgebbarer Teil-Abgasstrom A₁ , A₂ eines Gesamt-Abgasstroms A_Ges auf zwei Komponenten 20, 30 verteilt wird, wobei die Teil-Abgasströme A₁ , A₂ im Ausführungsbeispiel zielgerichtet dem Druckminderer 20 und den Injektoren zugeführt werden. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird der Gesamt-Abgasstroms A_Ges oder werden die Teil-Abgasströme A1, A2 mittels einer Leiteinrichtung in einer Ausführungsvariante in Form eines Rohres so zu mindestens einer der Komponenten 20, 30 geführt, dass die warmen Abgase zielgerichtet an dem kritischen Komponenten wirken.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass zur genaueren Regulation der Beheizungstemperatur und dem Bauteilschutz der zu beheizenden zu wärmenden Komponenten 20, 30 die Beheizungstemperatur einstellbar ist, wobei zudem eine Drosselventil oder eine Drosselklappe in die Leiteinrichtungen 50-1 und 50-2 oder in die stromauf der Leiteinrichtungen 50-1 und 50-2 liegende verzweigte Abgasleitung des Brenners 50 eingebaut werden, die eine teilweise Vermischung mit Frischluft ermöglicht. Ein Drosselventil oder eine Drosselklappe ist bevorzugt über ein kurzes Rohrstück mit der jeweiligen Leiteinrichtung 50-1 und 50-2 verbunden oder in die jeweilige Leiteinrichtung 50-1 und 50-2 integriert angeordnet.
Die Leitvorrichtung/en 50-1 und 50-2 kann/können in einer Ausführungsvariante in Form eines Bleches, insbesondere eines profilierten Bleches, welches offene oder geschlossene Leitkanäle aufweist, ausgebildet werden.
Durch den Einsatz einer oder mehrerer Leitvorrichtung/en 50-1 und 50-2 kann der Brenner 50 örtlich getrennt der zu beheizenden respektive zu wärmenden Komponenten 20, 30 im Motorraum 1 oder sogar außerhalb des Motorraums 1 angeordnet werden, wobei bei einer Anordnung außerhalb des Motorraums 1 die Strahlungswärme des Brenners 50 zur Beheizung der mindestens eine Komponenten 20, 30 im Motorraum 1 verloren geht.
In einer anderen Ausführungsvariante erfolgt die Anordnung des Brenners 50 bewusst nahe der Kraftstoffzufuhreinrichtung, insbesondere dem Druckminderer 20, oder den Leitungssträngen der Kraftstoffzufuhreinrichtung oder der Kraftstoffeinblasvorrichtung, insbesondere den Injektoren 30 oder den Leitungssträngen der Kraftstoffeinblasvorrichtung, insbesondere der Kraftstoffverteilerleiste, sodass ein Einfrieren der Komponenten, die sich im Motorraum 1 befinden, bereits durch die Strahlungswärme des Brenners 50 weitestgehend vermieden wird, wobei die Wirkung der Strahlungswärme des Brenners 50 nahe der mindestens einen Komponente 20, 30 mit den zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten zur zielgerichteten oder nicht zielgerichteten Zuführung des warmes Abgases zu der mindestens einen Komponente 20, 30 im Motorraum 1 kombiniert wird.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Brenner 50 mit einer Druckregelung und/oder einer Durchflussregelung ausgeführt wird, sodass die Wärmemenge noch genauer reguliert werden kann, wobei als beispielhafte Regelungsparameter erfindungsgemäß die Umgebungstemperatur und/oder die Motorraumtemperatur und/oder eine Last der Verbrennungskraftmaschine 40 in die Regulierung der Wärmemenge einbezogen wird.
Durch eine Regelung kann der Brennstoffbedarf und das Temperaturniveau des Brenners 50 bedarfsgerecht angepasst werden, sodass der CO₂-Ausstoß verringert und die Reichweite des kraftstoffseitig monovalenten Fahrzeuges erhöht wird.
In einer einfachen Ausführungsvariante wird auf eine aufwändige Regelung der Wärmemenge verzichtet und eine einfachere Ausführung in der Art einer Zweipunktregelung eingesetzt.
Vorgesehen ist in einer weiteren Ausführungsvariantem, dass der Brenner 50 mit einer entsprechenden Leiteinrichtung so ausgerüstet werden, dass dessen Restwärme zu mindestens einer der Komponenten 20, 30 geführt wird, wodurch der Brenner 50 früher abgeschaltet werden, sodass trotz ausreichender Wärmezufuhr in Abhängigkeit der vorhandenen Restwärme in vorteilhafter Weise Kraftstoff zum Betrieb des Brenners 50 gespart wird.
Der Brenner 50 kann in einer Ausführungsvariante ein Brenner mit einer offenen Flamme sein. Erfindungsgemäß wird eine besondere Abschirmung der Flamme vorgesehen.
In einer anderen Ausführungsvariante ist der Brenner als Katalyse-Brenner ausgeführt. Ein Katalyse-Brenner 50 weist in vorteilhafter Weise keine offene Flamme auf, sodass eine Abschirmung einer Flamme im Motorraum 1 nicht benötigt wird. Flammenlose Brenner zur Verbrennung eines Brenngas-Luftgemisches sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 44 30 267 A1 und DE 40 22 295 A1 entnehmbar, die gemäß der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können.
In vorteilhafter Weise weist ein Katalyse-Brenner neben der bevorzugten flammenlosen Verbrennung ein flächiges Abstrahlprofil auf, welches bei einem konventionellen Brenner nicht in gleicher Weise vorliegt.
Die Temperaturerhöhung im Motorraum 1 hat zudem den Effekt, dass Komponenten eines Abgasnachbehandlungssystems 60 der Verbrennungskraftmaschine 40, insbesondere ein Oxydationskatalysator der zumindest teilweise in dem Motorraum 1 (vergleiche 2) angeordnet ist, ebenfalls erwärmt wird und in vorteilhafter Weise seine Betriebstemperatur schneller erreicht.
Insgesamt besteht der Vorteil der beschriebenen Anordnung neben den beschriebenen vorteilhaften Effekten darin, dass eine Kaltabfahrt bei tieferen Temperaturen als bisher möglich ist. Durch die beschriebene Lösung wird der Motorraum 1 vorgeheizt und bei kalten Temperaturen kann früher ein Regelbetrieb der Verbrennungskraftmaschine aufgenommen werden, der zu einer Verminderung der abgasseitigen Emissionen des Fahrzeuges führt.
Bezugszeichenliste

1: Motorraum
10: Tank
20: Druckminderer, Gasdruckregler
30: Injektor
40: Verbrennungskraftmaschine
50: Zuheizvorrichtung
50-1: erste Leitvorrichtung zu 20
50-2: zweite Leitvorrichtung zu 30
60: Abgasnachbehandlungssystem
A_Ges: Katalysebrenner-Abgasstrom
A₁: erster Teilabgasstrom zu 20
A₂: zweiter Teilabgasstrom zu 30

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0165971 A1 [0002, 0004]
DE 102013213470 A1 [0005]
DE 102016107207 A1 [0005]
DE 19721439 A1 [0005]
DE 2014219500 A1 [0005]
DE 4430267 A1 [0061]
DE 4022295 A1 [0061]

Claims

Vorrichtung zur monovalenten Kraftstoffversorgung für ein mit verflüssigtem oder verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug, umfassend eine zumindest teilweise in einem Motorraum (1) angeordnete Kraftstoffversorgungseinrichtung und Kraftstoffeinblasvorrichtung, mittels denen das Gas mindestens einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine (40) des Fahrzeuges zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass • dem Motorraum (1) mindestens eine Abgaszuführungseinrichtung einer Zuheizvorrichtung (50) zugeordnet ist, oder • im Motorraum (1) die Zuheizvorrichtung (50) und die Abgaszuführungseinrichtung angeordnet sind, wobei die Abgaszuführungseinrichtung im Betrieb mittels des in den Motorraum (1) strömenden Abgasstromes der Zuheizvorrichtung (50) für eine Erwärmung mindestens einer zu der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder zu der Kraftstoffeinblasvorrichtung gehörenden Komponente (20, 30) sorgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Motorraum (1) bildende Raum weitestgehend gekapselt oder gekapselt und wärmeisoliert ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom zur Erwärmung der mindestens einen zu erwärmenden Komponente (20, 30) zugeführt wird, indem im Motorraum (1) mindestens eine Leiteinrichtung (50-1, 50-2) angeordnet ist, die den Abgasstrom zielgerichtet zu der mindestens einen Komponente (20, 30) leitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erwärmung im Motorraum (1) vorgesehen (20, 30) Komponenten der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder der Kraftstoffeinblasvorrichtung, • mindestens ein Druckminderer (20) in der Kraftstoffzufuhreinrichtung und/oder • mindestens ein Leitungsstrang in der Kraftstoffzufuhreinrichtung und/oder • mindestens ein Injektor (30) der Kraftstoffeinblasvorrichtung und/oder • mindestens ein Leitungsstrang, insbesondere eine Kraftstoffverteilerleiste der Kraftstoffei n blasvorrichtung ist/sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuheizvorrichtung (50) ein Brenner mit einer offenen abgeschirmten Flamme oder ein flammenloser Brenner ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass flammenlose Brenner ein Katalyse-Brenner ist.
Verfahren zum Betreiben einer monovalenten Kraftstoffversorgung für ein mit verflüssigtem oder verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug, zu der eine zumindest teilweise in einem Motorraum (1) angeordnete Kraftstoffversorgungseinrichtung und Kraftstoffeinblasvorrichtung gehören, mittels denen das Gas zum Zeitpunkt eines Betriebsbeginns mindestens einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine (40) des Fahrzeuges zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Motorraum (1) mindestens eine Abgaszuführungseinrichtung einer Zuheizvorrichtung (50) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit vorgebbarer Startbedingungen gestartet wird, wobei die Abgaszuführungseinrichtung im Betrieb mittels des in den Motorraum (1) strömenden Abgasstromes der Zuheizvorrichtung (50) für eine Erwärmung mindestens einer zu der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder zu der Kraftstoffeinblasvorrichtung gehörenden Komponente (20, 30) sorgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erwärmung mindestens einer zu der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder zu der Kraftstoffeinblasvorrichtung gehörenden Komponente (20, 30) nach Anspruch 4, ausschließlich durch den in dem Motorraum (1) strömenden Abgasstromes der Abgaszuführungseinrichtung der Zuheizvorrichtung (50) oder zusätzlich durch die Strahlungswärme der Zuheizvorrichtung (50) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erwärmung mindestens einer zu der Kraftstoffversorgungseinrichtung und/oder zu der Kraftstoffeinblasvorrichtung gehörenden Komponente (20, 30) nach Anspruch 4, durch Zuführung mindestens eines ungerichteten Abgasstromes in den Motorraum (1) oder durch Zuführung mindestens eines gerichteten Abgasstromes zielgerichtet zu der mindestens einen in dem Motorraum (1) angeordneten Komponente (20, 20) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuheizvorrichtung (50) selbst mittels einer Druckregelung und/oder einer Durchflussregelung und/oder einer Temperaturregelung betrieben wird, wodurch die Regelung einer abgasstromseitigen dem Motorraum (1) zuzuführenden Wärmemenge durchgeführt wird, wobei als zusätzliche Regelungsparameter eine Umgebungstemperatur und/oder die Motorraumtemperatur und/oder eine Last der Verbrennungskraftmaschine (40) aufschaltbar ist/sind, der/die in die Regelung der in den Motorraum (1) zuzuführenden Wärmemenge einbezogen wird/werden.