DE102022133465A1 - Kraftstoffversorgungssystem eines mit gasförmigem Kraftstoff betrieben Verbrennungsmotors und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Kraftstoffversorgungssystem eines mit gasförmigem Kraftstoff betrieben Verbrennungsmotors und Verfahren zu dessen Betrieb Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem eines mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, umfassend- ein Steuergerät zur Steuerung des Motors und des Kraftstoffversorgungssystems- eine erste Kraftstoffleitung, einen ersten Hochdruckbehälter, eine Common-Rail-Vorrichtung und mehrere Injektoren, wobei die Common-Rail-Vorrichtung mit den Injektoren verbunden ist und über die erste Kraftstoffleitung aus dem ersten Hochdruckbehälter mit gasförmigem Kraftstoff versorgt wird, und- a) eine zweite Kraftstoffleitung, einen Zwischendruckspeicher und ein Speichersperrventil, wobei die zweite Kraftstoffleitung den Zwischendruckspeicher mit der Common-Rail-Vorrichtung verbindet und wobei das Speichersperrventil in der zweiten Kraftstoffleitung angeordnet ist, und/oder- b) mehrere Injektorsperrventile und Kraftstoffzuleitungen, wobei die Kraftstoffzuleitungen die Common-Rail-Vorrichtung mit dem Verbrennungsmotor verbinden und jeweils ein Injektorsperrventil in je einer Kraftstoffzuleitung angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem eines mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zur Steuerung des Kraftstoffversorgungssystems und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftstoffversorgungssystem .
  • Aus der DE 10 2017 105 251 A1 ist ein Verfahren zum Abschalten eines Verbrennungsmotors und Steuerung des Kraftstoffversorgungssystems des Motors bekannt. Das Kraftstoffversorgungssystem des Motors umfasst eine Gaszuleitung, in der mit Hilfe eines Ausgleichsvolumens der Druck im Kraftstoffversorgungssystem nach Abschalten des Motors reduziert wird.
  • Das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem eines mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, umfasst
    • - ein Steuergerät zur Steuerung des Motors und des Kraftstoffversorgungssystems
    • - eine erste Kraftstoffleitung, einen ersten Hochdruckbehälter, eine Common-Rail-Vorrichtung und mehrere Injektoren, wobei die Common-Rail-Vorrichtung mit den Injektoren verbunden ist und über die erste Kraftstoffleitung aus dem ersten Hochdruckbehälter mit gasförmigem Kraftstoff versorgt wird, und
    • - a) eine zweite Kraftstoffleitung, einen Zwischendruckspeicher und ein Speichersperrventil, wobei die zweite Kraftstoffleitung den Zwischendruckspeicher mit der Common-Rail-Vorrichtung verbindet und wobei das Speichersperrventil in der zweiten Kraftstoffleitung angeordnet ist, und/oder
    • - b) mehrere Injektorsperrventile und Kraftstoffzuleitungen, wobei die Kraftstoffzuleitungen die Common-Rail-Vorrichtung mit dem Verbrennungsmotor verbinden und jeweils ein Injektorsperrventil in je einer Kraftstoffzuleitung angeordnet ist.
  • Der erste Hochdruckbehälter ist geeignet gasförmigen Kraftstoff zu lagern und dem Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, wobei der gasförmige Kraftstoff bespielsweise Wasserstoff, CNG (Compressed Natural Gas) oder auch Methanol umfassen kann. Der Kraftstoff wird dabei beispielsweise bei einem Druck der Größenordnung 700 bar im Hochdruckbehälter gelagert. Die Common-Rail-Vorrichtung ist ein fluidführendes Verteilerrohr, welches mit einer Mehrzahl an Injektoren verbunden ist, die zum Einbringen von Kraftstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors eingerichtet sind. Die Common-Rail-Vorrichtung ist im Wesentlichen dazu ausgebildet bei Motorbetrieb, Kraftstoff aufzunehmen und bei einem Druck von beispielsweise 5 bis 50 bar den Injektoren zur Verfügung zu stellen. Die Injektorsperrventile sind beispielsweise 2-Wege Absperrventile, die den Kraftstofffluss zu den Injektoren ermöglichen oder verhindern können. Die Common-Rail-Vorrichtung kann über eine erste Kraftstoffleitung mit dem Hochdruckbehälter verbunden sein, wobei der Kraftstofffluss bzw. die Verbindung durch 2-Wege Absperrventile unterbrochen und hergestellt werden kann und der Druckgradient von Hochdruckbehälter zu Common-Rail-Vorrichtung beispielsweise mithilfe von Druckreglern angepasst werden kann. Die Druckregler können sich dabei stormaufwärts oder stormabwärts der Absperrventile befinden. Bei dem Speichersperrventil handelt es sich um ein Ventil, das geeignet ist, einen Kraftstofffluss zwischen dem Zwischendruckspeicher und der Common-Rail-Vorrichtung zu ermöglichen oder zu verhindern, beispielsweise um ein 2-Wege Absperrventil.
  • Das Steuergerät ist dazu geeignet und ausgebildet sämtliche Bauteile des Kraftstoffversorgungssystems durch Versenden elektrischer Signale zu steuern. So können sämtliche Ventile und Pumpen des Systems durch das Steuergerät angesteuert und dazu veranlasst werden ihren Zustand zu ändern, z.B. Öffnen und Schließen von Ventile oder das Starten oder Anhalten von Pumpen. Darüber hinaus wird das Steuergerät verwendet, um den Verbrennungsmotor zu steuern. Das Steuergerät kann dabei als ein einzelnes Gerät ausgebildet sein oder aber mehrere Teilgeräte mit unterschiedlichen Aufgabenbereichen umfassen, z.B. einem ersten Teilgerät zur Steuerung der Ventile des Kraftstoffversorgungssystems und einem zweiten Teilgerät zur Steuerung des Verbrennungsmotors.
  • Vorteilhafterweise erlaubt das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssytem eine Zwischenspeicherung von Kraftstoff bei Abstellen des Verbrennungsmotors. Damit einhergehend wird eine Senkung des Kraftstoffdrucks in der Rail nach Abschalten des Motors und/oder eine Reduzierung oder gar Verhinderung von Leckage von Kraftstoff aus der Rail ermöglicht. Auf diese Weise gelangt weniger Kraftstoff aus den Injektoren in die Brennräume des Motors und weiter in die Umgebung des Motors und des Kraftfahrzeugs, wenn der Motor abgestellt ist. Dadurch wird einerseits die Sicherheit des Kraftfahrzeugs erhöht und andererseits die Kraftstoffeffizienz gesteigert, da der Kraftstoff bis zum erneuten Start des Motors zwischengespeichert wird. Weiterhin wird auch die Gefahr einer unkontrollierten Verbrennung, z.B. Klopfen oder auch Früh- oder Selbstzündung, bei einem erneuten Start des Motors verringert.
  • Bevorzugt umfasst der Zwischendruckspeicher einen Membranspeicher mit zwei durch eine Membran voneinander getrennten Teilkammern, wobei eine erste Teilkammer mit Stickstoff oder Luft gefüllt ist und eine zweite Teilkammer zur Aufnahme des gasförmigen Kraftstoffes ausgelegt ist.
  • Diese Ausgestaltung erlaubt vorteilhafterweise eine signifikante Reduzierung des Kraftstoffdruckes in der Common-Rail-Vorrichtung nach Abschalten des Motors und demnach eine deutliche Verringerung der Leckage durch die Injektoren lediglich durch die Betätigung eines einzelnen Speichersperrventils.
  • Vorzugsweise umfasst das Kraftstoffversorgungssystem weiterhin, eine Gasleitung, einen Stickstoffbehälter, eine erste Druckpumpe, einen ersten Bypass und ein erstes Bypasssperrventil, wobei die erste Teilkammer des Membranspeichers über die Gasleitung mit dem Stickstoffbehälter verbunden ist und mithilfe der an der Gasleitung angeschlossenen ersten Druckpumpe, Stickstoff aus dem Stickstoffbehälter in die erste Teilkammer befördert werden kann und wobei das erste Bypasssperrventil in dem ersten Bypass angeordnet ist und über den die erste Druckpumpe umgehenden ersten Bypass, Stickstoff aus der ersten Teilkammer in den Stickstoffbehälter befördert werden kann.
  • Alternativ bevorzugt umfasst das Kraftstoffversorgungssystem, eine erste Luftleitung, eine zweite Luftleitung, ein Auslassventil und eine dritte Druckpumpe, wobei die erste Teilkammer des Membranspeichers über die erste Luftleitung mit der dritten Druckpumpe verbunden ist, welche Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs in die erste Teilkammer befördern kann, und wobei die zweite Luftleitung die Umgebung des Kraftfahrzeugs mit der ersten Teilkammer verbindet und das Auslassventil aufweist, und mithilfe des Auslassventils Luft aus der ersten Teilkammer in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgelassen werden kann.
  • Diese Ausgestaltungen ermöglichen vorteilhafterweise durch die Verwendung von zusätzlichen Ventilen, Behältern und Druckpumpen eine Speicherung einer größeren Menge an Kraftstoff nach Abschalten des Motors, damit eine stärkere Reduzierung des Drucks in der Common-Rail-Vorrichtung und eine geringere Leckage. Außerdem wird auch die Etablierung eines höheren Druckes in der Common-Rail-Vorrichtung unmittelbar vor dem erneuten Starten des Motors ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kraftstoffversorgungssystem einen Rail-Bypass und eine vierte Druckpumpe, wobei der Zwischendruckspeicher ein zweiter Druckbehälter für Kraftstoff ist, der stromabwärts des ersten Hochdruckbehälters und stromaufwärts der Common-Rail-Vorrichtung angeordnet ist und der erste Hochdruckbehälter durch die erste Kraftstoffleitung mit dem zweiten Druckbehälter verbunden ist und der zweite Druckbehälter durch die zweite Kraftstoffleitung mit der Common-Rail-Vorrichtung verbunden ist, und wobei der Rail-Bypass die Common-Rail-Vorrichtung mit dem zweiten Druckbehälter verbindet und die vierte Druckpumpe im Rail-Bypass angeordnet und dazu ausgebildet ist, Kraftstoff aus der Common-Rail-Vorrichtung in den zweiten Druckbehälter zu befördern.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist dazu ausgebildet das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem, zu steuern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • a) bei Übermitteln eines von dem Steuergerät gesendeten Motorabschaltbefehls,
      • I) Senden eines ersten Steuerbefehls an das Speichersperrventil, der dieses veranlasst derart zu schalten, dass ein Kraftstofffluss von der Common-Rail-Vorrichtung in den Zwischendruckspeicher ermöglicht wird und/oder
      • II) Ansteuern der Injektorsperrventile durch das Steuergerät, damit diese in einen geschlossenen Zustand schalten,
    • b) Zulassen eines Kraftstoffflusses von der Common-Rail-Vorrichtung in den Zwischendruckspeicher, bis der Kraftstoffdruck in der Common-Rail-Vorrichtung einen ersten Schwellwert erreicht, woraufhin
      • I) ein zweiter Steuerbefehl an das Speichersperrventil gesendet wird, der dieses veranlasst derart zu schalten, dass der beförderte Kraftstoff im Zwischendruckspeicher verbleibt und/oder
      • II) Ansteuern der Injektorsperrventile durch das Steuergerät, damit diese im geschlossenen Zustand verbleiben, und
    • c) vor Aussenden eines Motorstartbefehls,
      • I) Senden eines dritten Steuerbefehls durch das Steuergerät an das Speichersperrventil, der das Speichersperrventil veranlasst derart zu schalten, dass ein Kraftstofffluss von dem Zwischendruckspeicher in die Common-Rail-Vorrichtung ermöglicht wird bis der Kraftstoffdruck in der Common-Rail-Vorrichtung einen zweiten Schwellwert erreicht und/oder
      • II) Ansteuern der Injektorsperrventile durch das Steuergerät, damit diese in einen offenen Zustand schalten.
  • Der erste, zweite oder dritte Steuerbefehl, welcher das Speichersperrventil dazu veranlasst den Zustand zu ändern, kann sich je nach Ausgestaltung des Kraftstoffversorgungssystems bzw. der Anordnung des Zwischendruckspeichers relativ zur Common-Rail-Vorrichtung, unterscheiden. So kann durch den ersten, zweiten oder dritten Steuerbefehl ein einziger Schaltvorgang, zum Beispiel von offen nach geschlossen oder umgekehrt, bewirkt werden oder auch ein Verbleiben im zuletzt angenommenen Zustand.
  • Das Veranlassen eines Kraftstoffflusses von der Common-Rail-Vorrichtung in den Zwischendruckspeicher und umgekehrt kann ein passiver Vorgang sein, der lediglich durch die Druckdifferenz in der Common-Rail und dem Zwischendruckspeicher getrieben wird. In diesem Fall sind die Höhen der ersten und zweiten Schwellwerte durch die spezifische Ausgestaltung der Rail und des Speichers festgelegt, also zum Beispiel deren Volumina und Betriebsdruck vor Einleiten des Kraftstoffflusses. Alternativ kann der Kraftstofffluss auch aktiv unterstützt werden, beispielsweise durch eine Druckpumpe.
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor ist mit dem Kraftstoffversorgungssystem ausgestattet, das mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert wird.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
    • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgnungssystems,
    • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgnungssystems,
    • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgnungssystems,
    • 4 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgnungssystems und
    • 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgnungssystems.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 1 eines mit gasförmigem Kraftstoff (hier Wasserstoff) betriebenen Verbrennungsmotors 2 mit vier Zylindern in Reihenkonfiguration. Das Kraftstoffversorgungssystem 1 umfasst eine Common-Rail-Vorrichtung 3, welche über eine erste Kraftstoffleitung 31 aus einem ersten Hochdruckbehälter 10 mit Wasserstoff versorgt wird. Der Wasserstoff wird bei einem Druck von pH2=700 bar im ersten Hochdruckbehälter 10 gelagert. Der Kraftstofffluss in der ersten Kraftstoffleitung 31 wird mithilfe von ersten 21 und zweiten Absperrventilen 22 und Druckreglern (nicht dargestellt) auf Drücke pH2=60 bar zwischen dem ersten 21 und zweiten Absperrventil 22 und auf PCR=20 bar in der Common-Rail-Vorrichtung 3 geregelt. Die Common-Rail-Vorrichtung 3 ist über eine zweite Kraftstoffleitung 32 mit einem Membranspeicher 11 a verbunden, wobei durch ein Speichersperrventil 23 der Kraftstofffluss durch die zweite Kraftstoffleitung 32 unterbrochen oder ermöglicht werden kann. Der Membranspeicher 11a umfasst eine erste mit Stickstoff gefüllte Teilkammer 11 c und eine zweite Teilkammer 11 d, welche Wasserstoff aus der Common-Rail-Vorrichtung 3 aufnimmt, wobei die Teilkammern durch eine Membran 11b getrennt sind. Die Ventile des Kraftstoffversorgungssystems werden durch ein Steuergerät 100 (nicht dargestellt) gesteuert.
  • Das erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 1 wird gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt betrieben: Zur Abschaltung des Verbrennungsmotors 2 sendet das Steuergerät 100 einen Motorabschaltbefehl an den Verbrennungsmotor 2 und steuert die ersten 21 und zweiten Absperrventile 22 an in einen geschlossenen Zustand zu schalten, also den Kraftstofffluss aus dem ersten Hochdruckbehälter 10 zur Common-Rail-Vorrichtung 3 zu unterbrechen. Bei Senden des Motorabschaltbefehls wird das Speichersperrventil 23 durch einen ersten Steuerbefehl des Steuergerätes 100 veranlasst zu öffnen und einen Kraftstofffluss von der Common-Rail-Vorrichtung 3 in die zweite Teilkammer 1 1d des Membranspeichers 1 1a zuzulassen. Hierdurch beginnt der Wasserstoffdruck in der zweiten Teilkammer 11d von einem Anfangswert von pM=4,5 bar an anzusteigen, die Membran 11b des Membranspeichers 11a wird ausgelenkt und das Volumen der zweiten Teilkammer 11d wird auf Kosten des Volumens der ersten Teilkammer 11c vergrößert. Der Druck in der Common-Rail-Vorrichtung 3 wird während dessen durch einen Drucksensor (nicht dargestellt) gemessen und der Druckmesswert an das Steuergerät 100 übermittelt. Sobald der Druck in der Common-Rail-Vorrichtung 3 unterhalb einen ersten Schwellwert fällt, hier pCR=5 bar, sendet das Steuergerät 100 einen zweiten Steuerbefehl an das Speichersperrventil 23, um den Kraftstofffluss zu oder aus dem Membranspeicher 11a zu unterbinden. Der Druck in der zweiten Teilkammer 11d entspricht dann ebenfalls pM=5 bar. Nach einer gewissen Standzeit fällt der Druck pCR in der Common-Rail-Vorrichtung 3 auf Atmosphärendruck ab. Bei einem bevorstehenden Start des Verbrennungsmotors 2, sendet das Steuergerät 100 vor Aussenden des Motorstartbefehls einen dritten Steuerbefehl an das Speichersperrventil 23, damit dieses öffnet. Daraufhin findet ein Druckausgleich zwischen Membranspeicher 11a und Common-Rail-Vorrichtung 3 statt, wobei sich die Membran 11b entspannt und sich in dem gemeinsamen Volumen ein Druck von pCR= pM=4,5 bar einstellt, welcher dem zweiten Schwellwert entspricht. Sobald der Druckanstieg auf den zweiten Schwellwert in der Common-Rail-Vorrichtung 3 durch den Drucksensor erfasst und an das Steuergerät übermittelt wurde, sendet das Steuergerät einen Steuerbefehl an das Speichersperrventil 23, damit dieses schließt. Weitere Steuerbefehle an die ersten 21 und zweiten Absperrventile 22 bewirken deren Öffnen und ein Wiederherstellen des Kraftstoffflusses aus dem ersten Hochdruckbehälter 10 in die Common-Rail-Vorrichtung 3. Die Kraftstoff aufnehmenden Volumina des Membranspeichers 11a und der Common-Rail-Vorrichtung 3 sind gerade so gewählt, dass sich bei Durchführung des ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens die oben beschriebenen Drücke einstellen.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 1, das nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird. Das zweite Ausführungsbeispiel des Kraftstoffversorgungssystems 1 ist motorseitig des Speichersperrventils 23 im Wesentlichen analog zum ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Darüber hinaus umfasst dieses Ausführungsbeispiel des Versorgungssystems 1 auch einen Membranspeicher 11a mit einer Membran 11b und zwei Teilkammern, wobei die erste Teilkammer 11c Stickstoff und die zweite Teilkammer 11d Wasserstoff aufnimmt. Eine zweite Druckpumpe 42 ist in der zweiten Kraftstoffleitung 32 angeordnet und dazu eingerichtet Wasserstoff aus der zweiten Teilkammer 11d in die Common-Rail-Vorrichtung 3 zu befördern. Eine erste Druckpumpe 41 ist in einer Gasleitung 33 angeordnet und dazu eingerichtet Stickstoff aus einem Stickstoffbehälter 12 in die erste Teilkammer 11c zu fördern. Weiterhin umfasst das Ausführungsbeispiel des Versorgungssystems 1 einen ersten 51 und einen zweiten Bypass 52, welche jeweils die erste 41 und die zweite Druckpumpe 42 umgehend, den Stickstoffbehälter 12 mit der ersten Teilkammer 11c und die Common-Rail-Vorrichtung 3 mit der zweiten Teilkammer 11d verbinden. Im ersten Bypass 51 ist ein erstes 24 und im zweiten Bypass 52 ein zweites Bypasssperrventil 25 angeordnet.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 1 wird gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt betrieben:
    • Vor Abschalten des Motors 2 ist der Membranspeicher 11a mit Stickstoff befüllt, wobei die erste Teilkammer 11c im Wesentlichen das gesamte Volumen des Membranspeichers 11 a einnimmt. In der ersten Teilkammer 11c des Membranspeichers 11a herrscht ein Druck von pM=1 bar. Im Stickstoffbehälter 12 herrscht ein Grobvakuum, das bedeutet pN2<100 mbar. Bei Senden eines Motorabschaltbefehls, wird ein erster Steuerbefehl an das Speichersperrventil 23 gesendet, damit dieses öffnet. Darüberhinaus werden die ersten 24 und zweiten 25, zunächst geschlossenen, Bypasssperrventile zum Öffnen angesteuert. Hierdurch wird ein Kraftstofffluss aus der Common-Rail-Vorrichtung 3 in den Membranspeicher 11a zugelassen. Der Druck in der Common-Rail-Vorrichtung sinkt von pCR=20 bar auf Atmosphärendruck (entspricht hier dem ersten Schwellwert), der Stickstoff aus der ersten Teilkammer 11c wird in den Stickstoffbehälter 12 verdrängt und der Wasserstoff aus der Common-Rail-Vorrichtung 3 befüllt die zweite Teilkammer 11d. Daraufhin wird das Speichersperrventil 23 durch einen zweiten Steuerbefehl zum Schließen angesteuert und die Bypasssperrventile geschlossen. Vor einem bevorstehenden Motorstart wird das Speichersperrventil 23 durch einen dritten Steuerbefehl zum Öffnen veranlasst und die ersten 41 und zweiten 42 Druckpumpen werden durch das Steuergerät 100 in Betrieb genommen, um Wasserstoff aus der zweiten Teilkammer 11 d in die Common-Rail-Vorrichtung 3 und Stickstoff aus dem Stickstoffbehälter 12 in die erste Teilkammer 11c zu entleeren, wobei im Stickstoffbehälter 12 ein Grobvakuum erzeugt wird. Sobald der Druck in der Common-Rail-Vorrichtung 3 einen zweiten Schwellwert von pCR=20 bar erreicht hat, wird das Speichersperrventil 23 durch einen dritten Steuerbefehl geschlossen und die Druckpumpen 41, 42 werden abgeschaltet. Die ersten 21 und zweiten 22 Absperrventile werden analog zum ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens betrieben. Die Volumina der Common-Rail-Vorrichtung 3, des Membranspeichers 11a und des Stickstoffbehälters 12 werden gerade so gewählt, dass sich bei Durchführung des zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens die oben beschriebenen Drücke einstellen.
  • 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 1, das nach einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird. Das dritte Ausführungsbeispiel des Kraftstoffversorgungssystems 1 ist motorseitig des Speichersperrventils 23 im Wesentlichen analog zum ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Darüber hinaus umfasst dieses Ausführungsbeispiel des Versorgungssystems 1 auch einen Membranspeicher 11a mit einer Membran 11b und zwei Teilkammern, wobei die erste Teilkammer 11c Luft und die zweite Teilkammer 11 d Wasserstoff aufnimmt. Außerdem schließen an die erste Teilkammer 11c eine dritte Druckpumpe 43 über eine erste Luftleitung 34 und ein Auslassventil 26 über eine zweite Luftleitung 35 an. Durch Öffnen des Auslassventils 26 kann Luft aus der ersten Teilkammer 11c in die Umgebung abgelassen werden und durch Betrieb der dritten Druckpumpe 43 Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs angesaugt und in die erste Teilkammer 11c befördert werden.
  • Das dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 1 wird gemäß des dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt betrieben:
    • Vor Abschalten des Motors 2 ist der Membranspeicher 11a mit Luft befüllt, wobei die erste Teilkammer 11c im Wesentlichen das gesamte Volumen des Membranspeichers 11a einnimmt. In der ersten Teilkammer 11c des Membranspeichers 11a herrscht ein Druck von pM=1 bar. Bei Senden eines Motorabschaltbefehls wird das Speichersperrventil 23 durch einen ersten Steuerbefehl veranlasst zu öffnen und das Auslassventil 26 ebenfalls geöffnet. Ein Großteil des in der Common-Rail-Vorrichtung 3 vorhandenen Wasserstoffs fließt daraufhin in die zweite Teilkammer 11d des Membranspeichers 11a, die daraufhin im Wesentlichen das gesamte Volumen des Membranspeichers 11a ausfüllt. Der Druck in der Common-Rail-Vorrichtung 3 sinkt von pCR=20 bar auf den ersten Schwellwert pCR=1,5 bar und steigt in der zweiten Teilkammer 11d des Membranspeichers auf pCR=1,5 bar an, woraufhin das Speichersperrventil 23 durch einen zweiten Steuerbefehl veranlasst wird zu schließen und das Auslassventil 26 ebenfalls geschlossen wird. Vor einem folgenden Motorstart wird das Speichersperrventil 23 durch Senden eines dritten Steuerbefehls geöffnet und die dritte Druckpumpe 43 wird in Betrieb genommen. Die dritte Druckpumpe 43 saugt Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs an und pumpt diese in die erste Teilkammer 11c der Membranspeichers 11a, wodurch der Druck in der Common-Rail-Vorrichtung 3 steigt. Sobald ein zweiter Schwellwert von pCR=20 bar erreicht ist, wird das Speichersperrventil 23 nach Senden eines dritten Steuerbefehls geschlossen, die dritte Druckpumpe 43 wird abgeschaltet und das Auslassventil 26 derart angesteuert, dass sich in der ersten Teilkammer 11c ein Druck von pM=1 bar einstellt. Die ersten 21 und zweiten Absperrventile 22 werden analog zum ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens betrieben. Die Volumina der Common-Rail-Vorrichtung 3, des Membranspeichers 11a und des Stickstoffbehälters 12 werden gerade so gewählt, dass sich bei Durchführung des dritten Ausführungsbeispiels des Verfahrens die oben beschriebenen Drücke einstellen.
  • 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 1, das nach einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird. Im vierten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffversorgungssystems 1 wird das zweite Absperrventil 22 durch das Speichersperrventil 23 ersetzt bzw. übernimmt dessen Aufgabe. Dieses Ausführungsbeispiel ist ohne Membranspeicher 11a ausgebildet und umfasst stattdessen einen zweiten Druckbehälter 13. Der zweite Druckbehälter 13 ist durch die erste Kraftstoffleitung 31 mit dem ersten Hochdruckbehälter 10 und durch die zweite Kraftstoffleitung 32 mit der Common-Rail-Vorrichtung 3 verbunden und befindet sich demnach zwischen dem ersten Absperrventil 21 und dem Speichersperrventil 23. Der zweite Druckbehälter 13 speichert Wasserstoff bei einem Druck von pD2=60 bar. Das vierte Ausführungsbeispiel umfasst außerdem eine vierte Druckpumpe 44 und einen Rail-Bypass 53, wobei die vierte Druckpumpe 44 im Rail-Bypass 53 angeordnet ist. Der Rail-Bypass 53 umgeht das Speichersperrventil 23 und verbindet die Common-Rail-Vorrichtung 3 mit dem zweiten Druckbehälter 13. Zusätzlich ist ein Rückschlagventil (nicht dargestellt) im Rail-Bypass 53 angeordnet, welches nur einen Kraftstofffluss von der Common-Rail-Vorrichtung 3 in den zweiten Druckbehälter 13 zulässt.
  • Gemäß des vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Senden eines Motorabschaltbefehls durch das Steuergerät 100 ein erster Steuerbefehl an das Speichersperrventil 23 gesendet, damit dieses schließt, wobei auch das erste Absperrventil 21 geschlossen wird. Anschließend wird die vierte Druckpumpe 44 durch das Steuergerät 100 gestartet und Wasserstoff aus der Common-Rail-Vorrichtung 3 in den zweiten Druckbehälter 13 befördert, bis der Druck in der Common-Rail-Vorrichtung 3 einen ersten Schwellwert von pCR=1 bar erreicht. Daraufhin wird die Druckpumpe 44 abgeschaltet.
    Ein zweiter Steuerbefehl des Steuergeräts 100 veranlasst das Speichersperrventil 23 im geschlossenen Zustand zu verbleiben. Vor einem folgenden Motorstart wird das Speichersperrventil 23 durch Senden eines dritten Steuerbefehls geöffnet und das erste Absperrventil 21 geöffnet, wodurch die Common-Rail-Vorrichtung 3 wieder mit Wasserstoff aus dem zweiten Druckbehälter 13 befüllt wird bis ein Druck von pCR=20 erreicht ist.
  • 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 1, das nach einem fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird. Das Kraftstoffversorgungssystem 1 ist mit einem mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotor 2 in Reihenvierzylinderkonfiguration verbunden. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst einen ersten Hochdruckbehälter 10, eine erste Kraftstoffleitung 31, ein erstes 21 und zweites Absperrventil 22, eine Common-Rail-Vorrichtung 3, Kraftstoffzuleitungen 30 und Injektorsperrventile 27. Die Drücke in den jeweiligen Abschnitten der ersten Kraftstoffleitung 31 sind analog zum ersten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffversorgungssystem 1 eingestellt. Die Injektorsperrventile 27 sind zwischen der Common-Rail-Vorrichtung 3 und dem Motor 2 angeordnet, wobei sich in je einer Kraftstoffzuleitung 30 ein Injektorsperrventil 27 befindet.
  • Gemäß des fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei Abschaltung des Motors 2 durch das Steuergerät 100 auch die Injektorsperrventile 27 angesteuert in einen geschlossenen Zustand zu schalten. Auf diese Weise wird der Wasserstoff in der Common-Rail-Vorrichtung 3 zwischengespeichert, während der Motor 2 abgeschaltet ist. Vor Inbetriebnahme des Motors 2 werden die Injektorsperrventile 27 geöffnet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017105251 A1 [0002]

Claims (7)

  1. Kraftstoffversorgungssystem (1) eines mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors (2) eines Kraftfahrzeugs, umfassend - ein Steuergerät (100) zur Steuerung des Motors (2) und des Kraftstoffversorgungssystems (1) - eine erste Kraftstoffleitung (31), einen ersten Hochdruckbehälter (10), eine Common-Rail-Vorrichtung (3) und mehrere Injektoren, wobei die Common-Rail-Vorrichtung (3) mit den Injektoren verbunden ist und über die erste Kraftstoffleitung (31) aus dem ersten Hochdruckbehälter (10) mit gasförmigem Kraftstoff versorgt wird, und - a) eine zweite Kraftstoffleitung (32), einen Zwischendruckspeicher (11) und ein Speichersperrventil (23), wobei die zweite Kraftstoffleitung (32) den Zwischendruckspeicher (11) mit der Common-Rail-Vorrichtung (3) verbindet und wobei das Speichersperrventil (23) in der zweiten Kraftstoffleitung (32) angeordnet ist, und/oder - b) mehrere Injektorsperrventile (27) und Kraftstoffzuleitungen (30), wobei die Kraftstoffzuleitungen (30) die Common-Rail-Vorrichtung (3) mit dem Verbrennungsmotor (2) verbinden und jeweils ein Injektorsperrventil (27) in je einer Kraftstoffzuleitung (30) angeordnet ist.
  2. Kraftstoffversorgungssystem (1) nach Anspruch 1, wobei der Zwischendruckspeicher (11) einen Membranspeicher (11a) mit zwei durch eine Membran (11b) voneinander getrennten Teilkammern umfasst, wobei eine erste Teilkammer (11c) mit Stickstoff oder Luft gefüllt ist und eine zweite Teilkammer (11d) zur Aufnahme des gasförmigen Kraftstoffes ausgelegt ist.
  3. Kraftstoffversorgungssystem (1) nach Anspruch 2, weiterhin umfassend, eine Gasleitung (33), einen Stickstoffbehälter (13), eine erste Druckpumpe (41), einen ersten Bypass (51) und ein erstes Bypasssperrventil (24), wobei die erste Teilkammer (11c) des Membranspeichers (11a) über die Gasleitung (33) mit dem Stickstoffbehälter (12) verbunden ist und mithilfe der an der Gasleitung (33) angeschlossenen ersten Druckpumpe (41), Stickstoff aus dem Stickstoffbehälter (12) in die erste Teilkammer (11c) befördert werden kann und wobei das erste Bypasssperrventil (24) in dem ersten Bypass (51) angeordnet ist und über den die erste Druckpumpe (41) umgehenden ersten Bypass (51), Stickstoff aus der ersten Teilkammer (11c) in den Stickstoffbehälter (12) befördert werden kann.
  4. Kraftstoffversorgungssystem (1) nach Anspruch 2, weiterhin umfassend, eine erste Luftleitung (34), eine zweite Luftleitung (35), ein Auslassventil (26) und eine dritte Druckpumpe (43), wobei die erste Teilkammer (11c) des Membranspeichers (11a) über die erste Luftleitung (34) mit der dritten Druckpumpe (43) verbunden ist, welche Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs in die erste Teilkammer (11c) befördern kann, und wobei die zweite Luftleitung (35) die Umgebung des Kraftfahrzeugs mit der ersten Teilkammer (11c) verbindet und das Auslassventil (26) aufweist, und mithilfe des Auslassventils (26) Luft aus der ersten Teilkammer (11c) in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgelassen werden kann.
  5. Kraftstoffversorgungssystem (1) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend, einen Rail-Bypass (53) und eine vierte Druckpumpe (44), wobei der Zwischendruckspeicher (11) ein zweiter Druckbehälter (13) für Kraftstoff ist, der stromabwärts des ersten Hochdruckbehälters (10) und stromaufwärts der Common-Rail-Vorrichtung (3) angeordnet ist und der erste Hochdruckbehälter (10) durch die erste Kraftstoffleitung (31) mit dem zweiten Druckbehälter (13) verbunden ist und der zweite Druckbehälter (13) durch die zweite Kraftstoffleitung (32) mit der Common-Rail-Vorrichtung (3) verbunden ist, und wobei der Rail-Bypass (53) die Common-Rail-Vorrichtung (3) mit dem zweiten Druckbehälter (13) verbindet und die vierte Druckpumpe (44) im Rail-Bypass (53) angeordnet und dazu ausgebildet ist, Kraftstoff aus der Common-Rail-Vorrichtung (3) in den zweiten Druckbehälter (13) zu befördern.
  6. Verfahren zur Steuerung des Kraftstoffversorgungssytems (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) bei Übermitteln eines von dem Steuergerät (100) gesendeten Motorabschaltbefehls, I) Senden eines ersten Steuerbefehls an das Speichersperrventil (23), der dieses veranlasst derart zu schalten, dass ein Kraftstofffluss von der Common-Rail-Vorrichtung (3) in den Zwischendruckspeicher (11) ermöglicht wird und/oder II) Ansteuern der Injektorsperrventile (27) durch das Steuergerät (100), damit diese in einen geschlossenen Zustand schalten, b) Zulassen eines Kraftstoffflusses von der Common-Rail-Vorrichtung (3) in den Zwischendruckspeicher (11), bis der Kraftstoffdruck in der Common-Rail-Vorrichtung (3) einen ersten Schwellwert erreicht, woraufhin I) ein zweiter Steuerbefehl an das Speichersperrventil (23) gesendet wird, der dieses veranlasst derart zu schalten, dass der beförderte Kraftstoff im Zwischendruckspeicher (11) verbleibt und/oder II) Ansteuern der Injektorsperrventile (27) durch das Steuergerät (100), damit diese im geschlossenen Zustand verbleiben, und c) vor Aussenden eines Motorstartbefehls, I) Senden eines dritten Steuerbefehls durch das Steuergerät (100) an das Speichersperrventil (23), der das Speichersperrventil (23) veranlasst derart zu schalten, dass ein Kraftstofffluss von dem Zwischendruckspeicher (11) in die Common-Rail-Vorrichtung (3) ermöglicht wird bis der Kraftstoffdruck in der Common-Rail-Vorrichtung (3) einen zweiten Schwellwert erreicht und/oder II) Ansteuern der Injektorsperrventile (27) durch das Steuergerät (100), damit diese in einen offenen Zustand schalten.
  7. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zum Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff und mit einem Kraftstoffversorgungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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