DE102021206328A1

DE102021206328A1 - Gasspeichervorrichtung, Gasversorgungssystem sowie Gasmotor

Info

Publication number: DE102021206328A1
Application number: DE102021206328.4A
Authority: DE
Inventors: Oezguer Tuerker; Marco Beier; Gerhard Suenderhauf; Fabian Fischer; Torsten Burock; Daniel Bosse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-12-22
Also published as: KR20240023609A; CN117881880A; WO2022268567A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasspeichervorrichtung (1), insbesondere ein Gas-Rail, umfassend mindestens einen Anschlussbereich (2) für den Anschluss eines Injektors (3) oder einer Injektorgruppe (4), wobei in den Anschlussbereich (2) ein ansteuerbares Ventil (5) zum Abschalten des Injektors (3) oder der Injektorgruppe (4) integriert ist.Ferner betrifft die Erfindung ein Gasversorgungssystem (12) sowie einen Gasmotor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasspeichereinrichtung, insbesondere ein Gas-Rail. Bei der Gasspeichervorrichtung kann es sich demnach insbesondere um eine Gasspeicherleitung handeln, an die mehrere Injektoren - jeweils einzeln oder in Gruppen zusammengefasst - zum Eindosieren von Gas angeschlossen sind.
Bevorzugter Anwendungsbereich der Gasspeichervorrichtung ist ein Gasversorgungssystem zur Versorgung eines Gasmotors mit Gas, so dass die Erfindung ferner ein Gasversorgungssystem mit einer erfindungsgemäßen Gasspeichervorrichtung sowie einen Gasmotor mit einem erfindungsgemäßen Gasversorgungssystem betrifft.
Bei dem Gas, das in der Gasspeichervorrichtung gespeichert wird, kann es sich insbesondere um Wasserstoff oder Methan handeln.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Injektoren zum Einspritzen oder Einblasen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Dichtsitz dieser Injektoren ist in der Regel brennraumnah angeordnet, so dass die thermische Belastung groß ist.
Da Injektoren zum Einblasen von Gas, beispielsweise Wasserstoff oder Methan, erhöhten Dichtheitsanforderungen genügen müssen, wird der Dichtsitz üblicherweise aus einem elastischen Material, insbesondere Kunststoff, beispielsweise einem Polymer, gefertigt. Die Elastizität des Materials führt zu einer höheren Dichtheit. Zugleich steigt jedoch die Temperaturempfindlichkeit, so dass bei einer brennraumnahen Anordnung des Dichtsitzes die Lebensdauer des Injektors begrenzt ist.
Es wurden daher bereits Gasinjektoren vorgeschlagen, bei denen der Dichtsitz weiter entfernt vom Brennraum angeordnet ist. Darüber hinaus wurden Injektoren mit einem passiven Schaltelement vorgeschlagen, dass eine Abdichtung des Brennraums bei einem Anstieg des Brennraumdrucks ermöglicht. Ferner sind Gasinjektoren mit einem integrierten zweiten Aktor zur Realisierung einer Absperrfunktion bekannt. Diese Lösung besitzt jedoch den Nachteil, dass der Bauraumbedarf eines solchen Injektors vergleichsweise groß ist.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein selektives Abschalten eines Injektors oder einer Injektorgruppe ohne integrierten zweiten Aktor zu ermöglichen. Auf diese Weise soll der Bauraumbedarf gesenkt werden. Durch selektives Abschalten soll im Fehlerfall, das heißt bei einem einzelnen defekten Injektor, weiterhin ein Notlaufbetrieb möglich sein.
Zur Lösung der Aufgabe werden die Gasspeichervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das Gasversorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie der Gasmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Vorgeschlagen wird eine Gasspeichervorrichtung, insbesondere ein Gas-Rail, das mindestens einen Anschlussbereich für den Anschluss eines Injektors oder einer Injektorgruppe umfasst. In den Anschlussbereich ist dabei ein ansteuerbares Ventil zum Abschalten des Injektors oder der Injektorgruppe integriert. Mit Hilfe des ansteuerbaren Ventils kann der Injektor oder die Injektorgruppe gezielt abgeschaltet werden. Das Ventil ist dabei nicht in den Injektor bzw. in die Injektorgruppe integriert, sondern in die Gasspeichervorrichtung. Der Bauraumbedarf des Injektors bzw. der Injektorgruppe bleibt somit unverändert.
Die über das ansteuerbare Ventil realisierte Abschaltfunktion kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn an die Gasspeichervorrichtung mehrere Injektoren angeschlossen sind, entweder einzeln oder in Gruppen zusammengefasst. Denn dann kann im Fehlerfall gezielt ein Injektor oder eine Injektorgruppe abgeschaltet werden, um einen Notlaufbetrieb zu ermöglichen.
In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass die Gasspeichervorrichtung mehrere parallel angeordnete Anschlussbereiche aufweist, in denen jeweils ein ansteuerbares Ventil integriert ist, das über mindestens eine Injektorzuleitung mit einem Injektor oder einer Injektorgruppe verbunden oder verbindbar ist. Über die vorgeschlagene parallele Anordnung der Anschlussbereiche sowie der hierin integrierten an steuerbaren Ventile wird eine Verteilerfunktion realisiert, die eine gleichmäßige Gasverteilung auf alle Ventile ermöglicht. Zugleich wird der zur Verfügung stehende Bauraum optimal genutzt, da die Gasspeichervorrichtung, insbesondere in der Ausgestaltung als Gas-Rail, eine längliche Grundform aufweist. Bevorzugt weist die Gasspeichervorrichtung eine Hauptspeicherleitung mit mehreren Abzweigen auf, welche die mehreren parallel angeordneten Anschlussbereiche ausbilden.
Das mindestens eine ansteuerbare Ventil zum Abschalten eines Injektors oder einer Injektorgruppe ist vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar und umfasst eine ringförmige Magnetspule zum Einwirken auf einen beweglichen Magnetanker, der in Richtung eines Dichtsitzes ist von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Bei stromloser Magnetspule drückt die Feder den Magnetanker in Richtung des Dichtsitzes, so dass ein sicheres Schließen des Ventils gewährleistet ist.
Bevorzugt ist der Magnetanker zumindest abschnittsweise von der Magnetspule umgeben. Das heißt, dass der Magnetanker als Tauchanker ausgebildet ist bzw. nach dem Tauchankerprinzip arbeitet. Auf diese Weise kann eine sehr kompaktbauende Anordnung geschaffen werden, die sich einfach in die Gasspeichervorrichtung integrieren lässt.
Ferner bevorzugt ist der Magnetanker mit einem Ventilschließelement gekoppelt oder bildet ein Ventilschließelement aus. Sofern ein separates Ventilschließelement vorgesehen ist, kann dieses aus einem anderen Material als der Magnetanker gefertigt sein, so dass eine bessere Materialabstimmung möglich ist. Die Integration der Funktion des Ventilschließelements in den Magnetanker ermöglicht eine noch kompaktere Bauform des Ventils.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Gasspeichervorrichtung einen Anschluss aufweist, über den der Gasspeichervorrichtung Gas aus einem Tanksystem zuführbar ist. Im Tanksystem kann das Gas bevorratet und an Bord eines mit Gas betriebenen Fahrzeugs mitgeführt werden. Der Anschluss an das Tanksystem ist vorzugsweise stutzenartig ausgeführt. Dies erleichtert den Anschluss einer Gasleitung, über die vorzugsweise das Tanksystem mit der Gasspeichervorrichtung verbunden ist. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Anschluss an einer Stirnseite der Gasspeichervorrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise wird der zur Verfügung stehende Baum optimal genutzt.
Darüber hinaus wird ein Gasversorgungssystem zur Versorgung eines Gasmotors mit Gas, beispielsweise mit Wasserstoff oder Methan, vorgeschlagen. Das Gasversorgungssystem umfasst eine erfindungsgemäße Gasspeichervorrichtung sowie mindestens einen Injektor oder eine Injektorgruppe, der bzw. die über das in den Anschlussbereich integrierte ansteuerbaren Ventil an die Gasspeichervorrichtung angeschlossen ist. Vorzugsweise sind mehrere Injektoren bzw. Injektorgruppe vorgesehen, die jeweils einem Zylinder des Gasmotors zugeordnet sind. Das heißt, dass in die Gasspeichervorrichtung mehrere ansteuerbare Ventile integriert sind, um die Injektoren bzw. Injektorgruppen selektiv, vorzugsweise zylinderindividuell, abschalten zu können.
Das Gasversorgungssystem unterscheidet sich von der Gasspeichervorrichtung dadurch, dass die Injektoren bzw. Injektorgruppen Bestandteil des Systems sind. Weiterer Bestandteil des Gasversorgungssystems kann ein Tanksystem sein, das über einen weiteren Anschluss mit der Gasspeichervorrichtung verbunden ist.
Ferner wird ein mehrere Zylinder aufweisender Gasmotor mit einem erfindungsgemäßen Gasversorgungssystem vorgeschlagen. Jedem Zylinder ist dabei ein ansteuerbares Ventil mit dem dazugehörigen Injektor bzw. der dazugehörigen Injektorgruppe zugeordnet, so dass die Injektoren oder Injektorgruppen zylinderindividuell abschaltbar sind.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Gasversorgungssystems mit einer erfindungsgemäßen Gasspeichervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung eines Gasversorgungssystems mit einer erfindungsgemäßen Gasspeichervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
3 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der Ausführungsform der 1 und
4 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der Ausführungsform der 2.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Gasversorgungssystem 12 für einen Gasmotor dargestellt. Das dargestellte Gasversorgungssystem 12 umfasst eine erfindungsgemäße Gasspeichervorrichtung 1, die als Gas-Rail ausgeführt ist. An die Gasspeichervorrichtung 1 sind mehrere Injektoren 3 angeschlossen, mittels welcher Gas aus der Gasspeichervorrichtung 1 in einen Gasmotor (nicht dargestellt), insbesondere einen Zylinder eines Gasmotors, einblasbar ist. Jeder Injektor 3 ist dabei einem Zylinder zugeordnet.
Der Anschluss der Injektoren 3 erfolgt über Anschlussbereiche 2 der Gasspeichervorrichtung 1, in denen jeweils ein Ventil 5 angeordnet ist, das über eine Injektorzuleitung 6 mit einem Injektor 3 verbunden ist. Das Ventil 5 ist ansteuerbar, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar, so dass bei entsprechender Ansteuerung des Ventils 5 der zugehörige Injektor 3 gezielt abschaltbar ist. In einem Fehlerfall bzw. bei einem defekten Injektor 3 kann somit ein Notlaufbetrieb realisiert werden.
Die Anschlussbereiche 2 der Gasspeichervorrichtung 1 sind parallel zueinander angeordnet, so dass in der Gasspeichervorrichtung 1 vorhandenes Gas gleichmäßig auf die mehreren Injektoren 3 verteilt wird, sofern das vorgelagerte Ventil 5 geöffnet ist. Das Gas gelangt über einen Anschluss 11, über den die Gasspeichervorrichtung 1 mit einem Tanksystem (nicht dargestellt) verbindbar ist, in die Gasspeichervorrichtung 1. Der Anschluss 11 ist stutzenartig ausgeführt und stirnseitig angeordnet.
Der 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasversorgungssystem 12 zu entnehmen. Dieses unterscheidet sich von dem der 1 dadurch, dass jedes Ventil 5 mit einer Injektorgruppe 4 verbunden ist, so dass über das Ventil 5 die gesamte Injektorgruppe 4 abschaltbar ist. Jedes Ventil 5 ist hierzu über Injektorzuleitungen 6 mit mehreren Injektoren 3 verbunden.
3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasversorgungssystems 12. Analog der Ausführungsform gemäß der 1 ist jedes Ventil 5 mit jeweils einem Injektor 3 verbunden. Die Ventile 5 sind jeweils elektromagnetisch betätigbar. Wie beispielhaft in der 3 dargestellt, können Sie eine ringförmige Magnetspule 7 sowie einen hin und her beweglichen Magnetanker 8 aufweisen, der mit der Magnetspule 7 zusammenwirkt. Eine besonders kompaktbauende Anordnung wird geschaffen, wenn der Magnetanker 8 als Tauchanker ausgebildet ist und zugleich ein mit einem Dichtsitz 9 zusammenwirkendes Ventilschließelement ausbildet, so dass ein separates Ventilschließelement verzichtbar ist. Um bei unbestromter Magnetspule 7 das Ventil 5 sicher zu schließen, ist eine Feder 10 vorgesehen, deren Federkraft den Magnetanker 8 in Richtung des Dichtsitzes 9 drückt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasversorgungssystems 12 zeigt 4. Analog der Ausführungsform der 2 ist jedes Ventil 5 mit einer Injektorgruppe 4 verbunden, so dass bei entsprechender Ansteuerung eines Ventils 5 die gesamte Injektorgruppe 4 abgeschaltet wird. Jedes Ventil 5 ist hierzu über Injektorzuleitungen 6 mit mehreren Injektoren 3 verbunden. Im Übrigen kann die Ausführungsform der 4 gleich der Ausführungsform der 3 gestaltet sein.

Claims

Gasspeichervorrichtung (1), insbesondere Gas-Rail, umfassend mindestens einen Anschlussbereich (2) für den Anschluss eines Injektors (3) oder einer Injektorgruppe (4), wobei in den Anschlussbereich (2) ein ansteuerbares Ventil (5) zum Abschalten des Injektors (3) oder der Injektorgruppe (4) integriert ist.
Gasspeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasspeichervorrichtung (1) mehrere parallel angeordnete Anschlussbereiche (2) aufweist, in denen jeweils ein ansteuerbares Ventil (5) integriert ist, das über mindestens eine Injektorzuleitung (6) mit einem Injektor (3) oder einer Injektorgruppe (4) verbunden oder verbindbar ist.
Gasspeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ansteuerbare Ventil (5) elektromagnetisch betätigbar ist und eine ringförmige Magnetspule (7) zum Einwirken auf einen hubbeweglichen Magnetanker (8) umfasst, der in Richtung eines Dichtsitzes (9) von der Federkraft einer Feder (10) beaufschlagt ist.
Gasspeichervorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (8) zumindest abschnittsweise von der Magnetspule (7) umgeben ist.
Gasspeichervorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (8) mit einem Ventilschließelementgekoppelt ist oder ein Ventilschließelement ausbildet.
Gasspeichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasspeichervorrichtung (1) einen Anschluss (11) aufweist, über den der Gasspeichervorrichtung (1) Gas aus einem Tanksystem zuführbar ist.
Gasspeichervorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (11) stutzenartig ausgeführt und/oder an einer Stirnseite der Gasspeichervorrichtung (1) angeordnet ist.
Gasversorgungssystem (12) zur Versorgung eines Gasmotors mit Gas, beispielsweise mit Wasserstoff oder Methan, umfassend eine Gasspeichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie mindestens einen Injektor (3) oder eine Injektorgruppe (4), der bzw. die über das in den Anschlussbereich (2) integrierte ansteuerbare Ventil (5) an die Gasspeichervorrichtung (1) angeschlossen ist.
Gasmotor mit mehreren Zylindern und mit einem Gasversorgungssystem (12) nach Anspruch 8, wobei jedem Zylinder ein ansteuerbares Ventil (5) mit dem dazugehörigen Injektor (3) bzw. der dazugehörigen Injektorgruppe (4) zugeordnet ist, so dass die Injektoren (3) oder die Injektorgruppen (4) zylinderindividuell abschaltbar sind.