DE102022105147A1 - Internal combustion engine assembly for burning a gaseous fuel - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verbrennungsmotoranordnung (1) zum Verbrennen eines gasförmigen Kraftstoffes, umfassend- einen ersten Tank (3) zum Speichern eines ersten Kraftstoffes,- ein Saugrohr (8) zum Zuführen eines Kraftstofflustgemisches zu einem Brennraum (14),- eine Niederdruckleitung (7) zum Führen von erstem Kraftstoff aus dem ersten Tank (3) zu dem Saugrohr (8),- einen Verdampfer (6) zum Verdampfen von erstem Kraftstoff aus dem ersten Tank (3), wobei der Verdampfer (6) innerhalb der Niederdruckleitung (7) angeordnet ist,- einen Behälter (2) zum Speichern von Kraftstoff aus der Niederdruckleitung (7)- eine erste Zuleitung (5) zum Führen von erstem Kraftstoff aus der Niederdruckleitung (7) zu dem Behälter (2) und- eine erste Kraftstoffleitung (9) zum Führen von Kraftstoff aus dem Behälter (2) zu dem Saugrohr (8).The invention relates to an internal combustion engine arrangement (1) for burning a gaseous fuel, comprising - a first tank (3) for storing a first fuel, - an intake manifold (8) for supplying a fuel mixture to a combustion chamber (14), - a low-pressure line (7 ) for conducting first fuel from the first tank (3) to the intake manifold (8), - an evaporator (6) for evaporating first fuel from the first tank (3), the evaporator (6) being located within the low-pressure line (7 ) is arranged, - a container (2) for storing fuel from the low-pressure line (7) - a first supply line (5) for conducting first fuel from the low-pressure line (7) to the container (2) and - a first fuel line ( 9) for conducting fuel from the tank (2) to the intake manifold (8).
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsmotoranordnung zum Verbrennen eines gasförmigen Kraftstoffes.The invention relates to an internal combustion engine arrangement for combusting a gaseous fuel.
Die
Ein erfindungsgemäße Verbrennungsmotoranordnung zum Verbrennen eines gasförmigen Kraftstoffes umfasst einen ersten Tank zum Speichern eines ersten Kraftstoffes. Die Verbrennungsmotoranordnung umfasst zudem ein Saugrohr zum Zuführen eines Kraftstofflustgemisches zu einem Brennraum. Die Verbrennungsmotoranordnung umfasst zudem eine Niederdruckleitung zum Führen von erstem Kraftstoff aus dem ersten Tank zu dem Saugrohr. Die Verbrennungsmotoranordnung umfasst zudem einen Verdampfer zum Verdampfen von erstem Kraftstoff aus dem ersten Tank. Der Verdampfer ist innerhalb der Niederdruckleitung angeordnet. Die Verbrennungsmotoranordnung umfasst zudem einen Behälter zum Speichern von Kraftstoff aus der Niederdruckleitung. Die Verbrennungsmotoranordnung umfasst zudem eine erste Zuleitung zum Führen von erstem Kraftstoff aus der Niederdruckleitung zu dem Behälter. Die Verbrennungsmotoranordnung umfasst zudem eine erste Kraftstoffleitung zum Führen von Kraftstoff aus dem Behälter zu dem Saugrohr.An internal combustion engine arrangement according to the invention for combusting a gaseous fuel comprises a first tank for storing a first fuel. The internal combustion engine arrangement also includes an intake manifold for supplying a fuel mixture to a combustion chamber. The internal combustion engine arrangement also includes a low-pressure line for conducting first fuel from the first tank to the intake manifold. The internal combustion engine assembly also includes an evaporator for evaporating first fuel from the first tank. The evaporator is located inside the low-pressure line. The engine assembly also includes a reservoir for storing fuel from the low pressure line. The internal combustion engine arrangement also includes a first feed line for conducting first fuel from the low-pressure line to the container. The internal combustion engine assembly also includes a first fuel line for conducting fuel from the canister to the intake manifold.
Dadurch, dass der Behälter Kraftstoff aus der Niederdruckleitung aufnehmen kann, wird es ermöglicht, dass Druck in der Niederdruckleitung, der durch Kraftstoff hervorgerufen wird, verringert wird. Dies ermöglicht es, strukturell schädliche Druckerhöhungen innerhalb der Niederdruckleitung zu verhindern.Allowing the reservoir to receive fuel from the low pressure line allows pressure in the low pressure line caused by fuel to be reduced. This makes it possible to prevent structurally damaging pressure increases within the low-pressure line.
Verbrennungsmotoren, die gasförmige Kraftstoffe verbrennen, weisen in der Regel Niederdruckleitungen auf, in der sich mindestens zeitweise gasförmiger Kraftstoff befindet. Je nach aktuellem Betriebszustand des Verbrennungsmotors, beispielsweise nach Abstellen des Motors direkt anschießend an eine hohe Leistungsanforderung, oder beim Betreiben des Verbrennungsmotors bei hohen Umgebungstemperaturen und/oder unter direkter Sonneneinstrahlung kann es zu hohen Drücken innerhalb der Niederdruckleitung kommen. Der Druck wird insbesondere auch dadurch erhöht, wenn sich zusätzlich zu gasförmigen Kraftstoff auch flüssiger Kraftstoff innerhalb der Niederdruckleitung befindet. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn gasförmiger Kraftstoff innerhalb der Niederdruckleitung kondensiert. Wenn dieser flüssige Kraftstoff verdampft, führt das zu einem Druckanstieg in der Niederdruckleitung. Hohe Drücke innerhalb der Niederdruckleitung können zum Einen zu höheren Emissionen während des Betriebs des Verbrennungsmotor führen. Zum anderen können hohe Drücke zu Schäden an der Niederdruckleitung und/oder der Verbrennungsmotoranordnung führen.Internal combustion engines that burn gaseous fuels generally have low-pressure lines that contain gaseous fuel at least at times. Depending on the current operating state of the internal combustion engine, for example after switching off the engine immediately following a high power requirement, or when operating the internal combustion engine at high ambient temperatures and/or under direct sunlight, high pressures can occur within the low-pressure line. The pressure is also increased in particular when there is also liquid fuel inside the low-pressure line in addition to gaseous fuel. This can be the case, for example, when gaseous fuel condenses within the low-pressure line. When this liquid fuel vaporizes, it causes the pressure in the low-pressure line to rise. On the one hand, high pressures within the low-pressure line can lead to higher emissions during operation of the internal combustion engine. On the other hand, high pressures can lead to damage to the low-pressure line and/or the internal combustion engine arrangement.
Bevorzugt umfasst der Behälter einen Aktivkohlefilter. Dies ermöglicht es, gasförmige Kraftstoffe in dem Behälter zu binden, so dass sie nicht in die Umgebung entweichen. Dies ermöglicht eine Reduktion von Emissionen während eines Betriebs des Verbrennungsmotors.The container preferably comprises an activated carbon filter. This makes it possible to bind gaseous fuels in the container so that they do not escape into the environment. This enables emissions to be reduced during operation of the internal combustion engine.
Weiterhin wird es ermöglicht, in dem Behälter gebundene Kraftstoffe für Brennräume der Verbrennungsmotoranordnung verfügbar zu machen, so dass sie dort verbrannt werden können. Dies ermöglicht eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors.Furthermore, it is made possible to make fuels bound in the container available for combustion chambers of the internal combustion engine arrangement, so that they can be burned there. This enables the fuel consumption of the internal combustion engine to be reduced.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The dependent claims describe advantageous embodiments of the invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figur näher erläutert.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einererfindungsgemäßen Verbrennungsmotoranordnung 1 zum Verbrennen eines gasförmigen Kraftstoffes.
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1 shows an embodiment of an internalcombustion engine arrangement 1 according to the invention for burning a gaseous fuel.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungsmotoranordnung 1 ausgebildet und eingerichtet, ein Fahrzeug anzutreiben.In this exemplary embodiment, the internal
Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst einen ersten Tank 3 zum Speichern eines ersten Kraftstoffes. Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem ein Saugrohr 8 zum Zuführen eines Kraftstofflustgemisches zu einem Brennraum 14. Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem eine Niederdruckleitung 7 zum Führen von erstem Kraftstoff aus dem ersten Tank 3 zu dem Saugrohr 8. Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem einen Verdampfer 6 zum Verdampfen von erstem Kraftstoff aus dem ersten Tank 3, wobei der Verdampfer 6 innerhalb der Niederdruckleitung 7 angeordnet ist. Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem einen Behälter 2 zum Speichern von Kraftstoff aus der Niederdruckleitung 7. Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem eine erste Zuleitung 5 zum Führen von erstem Kraftstoff aus der Niederdruckleitung 7 zu dem Behälter 2. Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem eine erste Kraftstoffleitung 9 zum Führen von Kraftstoff aus dem Behälter 2 zu dem Saugrohr 8.The internal
Der erste Tank 3 ist ausgebildet, um Liquefied Petroleum Gas, auch LPG oder Autogas zu speichern. Das Volumen beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 40 I.The
Durch Betreiben der Verbrennungsmotoranordnung 1 stellt sich ein Druck in der Niederdruckleitung 7 ein. Dieser Druck übersteigt in der Regel 5 bar nicht.A pressure is set in the low-
Der Behälter 2 umfasst einen Aktivkohlefilter 20. Dies ermöglicht es, Kraftstoff, beispielsweise aus der Niederdruckleitung 7 in dem Behälter 2 so zu binden, dass er weiterhin der Verbrennungsmotoranordnung 1 zur Verfügung stehen kann.The
Der Behälter 2 umfasst ein Volumen von maximal 10% eines Volumens des ersten Tanks 3. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Behälter 2 ein Volumen von 4 I. Damit beträgt das Volumen 10% des Volumens des ersten Tanks 3. Dies ermöglicht es, dass 10% an Kraftstoff aus dem ersten Tank 3 in dem Behälter 2 gespeichert werden kann. Alternativ beträgt das Volumen des Behälts 1 bis 3 I. Dies ermöglicht eine bauraumsparende Ausgestaltung des Behälters 2.The
Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem ein erstes Ventil 4 zum Regeln eines Kraftstoffstroms von erstem Kraftstoff von der Niederdruckleitung 7 in die erste Zuleitung 5. Das erste Ventil 4 ist stromabwärts des Verdampfers 6 angeordnet.The internal
Das erste Ventil 4 ist als steuerbares Druckventil ausgebildet.The
Dies ermöglicht es, dass, abhängig von einem aktuellen Druck in der Niederdruckleitung 7, Kraftstoff aus der Niederdruckleitung 7 in den Behälter 2 transferiert werden kann. Weiterhin wird es dadurch ermöglicht, einen kritischen hohen Druck in der Niederdruckleitung 7 und damit verbundene Schänden zu verhindern.This makes it possible for fuel to be transferred from the low-
Üblicherweise werden schädliche Drücke, ab etwa 6 bar in der Niederdruckleitung 7 mittels eines Sicherheitsventils in eine Umgebung der Verbrennungsmotoranordnung 1 abgelassen. Kraftstoff, welcher so in die Umgebung abgelassen wird, ist für die Verbrennungsmotoranordnung 1 verloren und steht nicht für eine Verbrennung zur Verfügung. Durch das erste Ventil 4 wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Ablassen von schädlichen Drücken in den Behälter 2 ermöglicht, so dass der Kraftstoff weiterhin für eine Verbrennung zur Verfügung steht.Harmful pressures above about 6 bar in the low-
Der Verdampfer 6 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein weiteres Ventil zum Regeln des Kraftstoffdrucks in der Niederdruckleitung 7. In dem Fall, dass in der Niederdruckleitung 7 ein unerwünscht hoher Druck auftritt, wird mittels des ersten Ventils 4 überschüssiger Kraftstoff in den Behälter 2 abgelassen.In this exemplary embodiment, the
Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem einen zweiten Tank 12 zum Speichern eines zweiten Kraftstoffes. Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem eine zweite Zuleitung 13 zum Führen von zweitem Kraftstoff aus dem zweiten Tank 12 zu dem Behälter 2.The internal
In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Tank 12 ausgebildet, Ottokraftsoff aufzunehmen. Bei Fahrzeugen, die einen Tank zum Speichern von Otto- oder Dieselkraftstoff umfassen, ist das Vorhandensein eines Behälters zum Speichern von insbesondere gasförmigem Kraftstoff aus dem Tank in vielen Regionen gesetzlich vorgeschrieben. Da in diesem Ausführungsbeispiel derselbe Behälter 2 genutzt wird, um Kraftstoff aus dem der Niederdruckleitung 7 und dem zweiten Tank 12 zu speichern, wird eine vorteilhafte Bauraum- und Gewichtsreduktion der Verbrennungsmotoranordnung 1 ermöglicht.In this exemplary embodiment, the
Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem ein zweites Ventil 10 zum Regeln eines Kraftstoffstroms von der ersten Kraftstoffleitung 9 in das Saugrohr 8.The internal
Das zweite Ventil 10 ist als steuerbares Taktventil ausgebildet. Der Kraftstoffstrom ist hier ein Kraftstoff-Luftgemisch. Für den Fall, dass kein Kraftstoff in dem Behälter 2 vorliegt, ist der Anteil des Kraftstoffes in dem Kraftstoff-Luftgemisch Null. Dementsprechend regelt das Ventil 10 in dem beschriebenen Fall einen reinen Luftstrom. Der Luftstrom wird aus Umgebungsluft gespeist, mit welcher der Behälter 2 gespült wird.The
Dies ermöglicht es, dass Kraftstoff aus dem Behälter dem Brennraum 14 zugeführt wird.This allows fuel to be delivered to the
Die Verbrennungsmotoranordnung 1 umfasst zudem ein drittes Ventil 15 zum Regeln eines Kraftstoffstroms von erstem Kraftstoff aus dem ersten Tank 3 in die Niederdruckleitung 7. Das dritte Ventil 15 übernimmt in diesem Ausführungsbeispiel die Funktion eines Abschaltventils, welches ausgebildet und eingerichtet ist, eine Kraftstoffzufuhr zu dem Verdampfer 6 zu unterbrechen und/oder freizugeben.The internal
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Verbrennungsmotoranordnung 1 einen ersten Injektor 16 zum Einführen von erstem Kraftstoff aus der Niederdruckleitung 7 in das Saugrohr 8. Durch Ansteuern des dritten Ventils 15, des Verdampfers 6 und des ersten Injektors 16 wird es ermöglicht, dem Brennraum 14 eine Menge ersten Kraftstoffes zuzuführen. Die Menge des ersten Kraftstoffs ist dabei auf einen Leistungsbedarf der Verbrennungsmotoranordnung 1 angepasst gewählt.In this exemplary embodiment, the internal
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Verbrennungsmotoranordnung 1 zudem einen zweiten Injektor zum Zuführen einer Menge zweiten Kraftstoffs aus einer zweiten Kraftstoffleitung 11 in das Saugrohr 8. Die Menge des zweiten Kraftstoffs ist dabei ebenfalls auf einen Leistungsbedarf der Verbrennungsmotoranordnung 1 angepasst gewählt.In this exemplary embodiment, the internal
Injektoren zum Einführen von Kraftstoffen in Brennräumen können in der Regel keine Kleinstmengen an Kraftstoff injizieren. Eine minimale Menge, die mittels des zweiten Injektors injiziert werden kann, ist dabei abhängig von einem Druck in der Niederdruckleitung 7. Je geringer der Druck ist, desto kleiner ist die minimale Einspritzmenge. Dies führt insbesondere bei sehr kleinen Leitungsanforderungen an Verbrennungsmotoranordnungen und hohen Drücken in der Niederdruckleitung 7 dazu, dass mehr Kraftstoff dem Brennraum zugeführt wird, als eigentlich benötigt. Dies erhöht unvorteilhaft einen Kraftstoffverbrauch dieser Verbrennungsmotoranordnungen.As a rule, injectors for introducing fuels into combustion chambers cannot inject very small amounts of fuel. A minimum quantity that can be injected using the second injector is dependent on a pressure in the low-
Die Verbrennungsmotoranordnung 1 ist im Gegensatz dazu mittels des Behälters 2, der ersten Kraftstoffleitung 9 und des zweiten Ventils 10 ausgebildet und eingerichtet, Kleinstmengen an Kraftstoff aus dem Behälter 2 dem Saugrohr 8 zuzuführen. Dies ermöglicht ein kraftstoffsparendes und effizientes Betreiben der Verbrennungsmotoranordnung 1. Dabei ist zu beachten, dass dies nur dann möglich ist, wenn Kraftstoff in dem Behälter 2 gespeichert ist. Sollte dies nicht der Fall sein, wird auf Kraftstoff aus dem ersten Tank 3 und/oder dem zweiten Tank 12 zurückgegriffen.In contrast to this, the internal
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