DE102023202820A1 - Pressure control device for a fuel supply system for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel, and fuel supply system - Google Patents
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Abstract
Eine Druckregeleinrichtung (30) für ein Brennstoffversorgungssystem (10) zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff umfasst mindestens ein Druckregelventil (34), ein Gehäuse (52) und eine Befestigungseinrichtung (60) zum Befestigen des Gehäuses (52) an einem Halteabschnitt. Es wird vorgeschlagen, dass die Befestigungseinrichtung einen Befestigungsflansch (60) umfasst, der am Gehäuse (52) befestigt ist und mindestens einen Befestigungsabschnitt (72) aufweist, an dem ein Befestigungsmittel (74) angreifen kann, welches mit dem Halteabschnitt (62) befestigbar ist.A pressure control device (30) for a fuel supply system (10) for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel comprises at least one pressure control valve (34), a housing (52) and a fastening device (60) for fastening the housing (52) to a holding section. It is proposed that the fastening device comprises a fastening flange (60) which is fastened to the housing (52) and has at least one fastening section (72) on which a fastening means (74) can engage, which can be fastened to the holding section (62).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Druckregeleinrichtung für ein Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff sowie ein Brennstoffversorgungssystem nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.The invention relates to a pressure control device for a fuel supply system for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel and to a fuel supply system according to the preambles of the independent claims.
Eine Druckregeleinrichtung für ein Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, ist grundsätzlich beispielsweise aus der
Die Niederdruck-Druckregeleinrichtung wird auch als HIPR („Hydrogen Injection Pressure Regulator“) abgekürzt. Sie regelt entsprechend den spezifischen Anforderungen den Druck und somit den Massen- oder Volumenstrom in der Verteilerkammer bzw. zu der Verteilerkammer. Je nach Größe des geforderten Massen- oder Volumenstroms umfasst das HIPR aktuell ein oder zwei modifizierte sog. „HGIs“, bei denen es sich um Proportionalventile handelt. Die beiden HGls sind hydraulisch parallel zueinander angeordnet zwischen einem dem Gasspeicher zugewandten Einlass der Niederdruck-Druckregeleinrichtung und einem der Verteilerkammer zugewandten Auslass der Niederdruck-Druckregeleinrichtung. Zu der Niederdruck-Druckregeleinrichtung gehören typischerweise noch ein Drucksensor und ein Sicherheitsventil. Das Sicherheitsventil ist als Absperrventileinrichtung ausgeführt. Bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine ist die Absperrventileinrichtung geschlossen, und die Absperrventileinrichtung öffnet, wenn die Brennkraftmaschine gestartet werden soll. Die Absperrventileinrichtung soll bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine im Falle einer Leckage einen unerwünschten Gasaustritt in die Verteilerkammer verhindern.The low-pressure pressure regulator is also abbreviated as HIPR (“Hydrogen Injection Pressure Regulator”). It regulates the pressure and thus the mass or volume flow in the distribution chamber or to the distribution chamber according to the specific requirements. Depending on the size of the required mass or volume flow, the HIPR currently comprises one or two modified so-called “HGIs”, which are proportional valves. The two HGIs are hydraulically arranged parallel to one another between an inlet of the low-pressure pressure regulator facing the gas reservoir and an outlet of the low-pressure pressure regulator facing the distribution chamber. The low-pressure pressure regulator typically also includes a pressure sensor and a safety valve. The safety valve is designed as a shut-off valve device. When the internal combustion engine is switched off, the shut-off valve device is closed, and the shut-off valve device opens when the internal combustion engine is to be started. When the internal combustion engine is switched off, the shut-off valve device is intended to prevent unwanted gas escaping into the distribution chamber in the event of a leak.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Druckregeleinrichtung und ein Brennstoffversorgungssystem mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen genannt.The problem underlying the invention is solved by a pressure control device and a fuel supply system having the features of the independent claims. Advantageous further developments are mentioned in subclaims.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Druckregeleinrichtung ist, dass auch für unterschiedliche Brennkraftmaschinen und unterschiedliche Einbausituationen gleiche oder zumindest ähnliche Gehäuse für die Druckregeleinrichtung verwendet werden können, und lediglich der als vom Gehäuse separates Teil ausgebildete Befestigungsflansch an die individuelle Einbausituation und den individuellen Halteabschnitt angepasst werden muss. Es wird auch Material eingespart, da am Gehäuse selbst keine Befestigungsbohrungen für die Befestigung des Gehäuses am Halteabschnitt mehr notwendig sind. Auch wird die Flexibilität für das Design der Druckregeleinrichtung selbst bzw. des Gehäuses der Druckregeleinrichtung erhöht, da beispielsweise bei der Anordnung von Anschlüssen für Steuerleitungen oder Gasleitungen nicht mehr auf die Lage von Befestigungsbohrungen am Gehäuse geachtet werden muss.One advantage of the pressure control device according to the invention is that the same or at least similar housings can be used for the pressure control device for different internal combustion engines and different installation situations, and only the fastening flange, which is designed as a separate part from the housing, has to be adapted to the individual installation situation and the individual holding section. Material is also saved because no fastening holes are required on the housing itself for fastening the housing to the holding section. The flexibility for the design of the pressure control device itself or the housing of the pressure control device is also increased because, for example, when arranging connections for control lines or gas lines, the position of fastening holes on the housing no longer has to be taken into account.
Konkret wird dies erreicht durch eine Druckregeleinrichtung für ein Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff. Bei dem Brennstoff kann es sich beispielsweise um Wasserstoff, insbesondere gasförmigen Wasserstoff handeln. Der Wasserstoff wird also zur innermotorischen Verbrennung verwendet. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich um eine im wesentlichen typische Kolben-Brennkraftmaschine handeln, wie sie beispielsweise bei Kraftfahrzeugen oder stationären Generatoren eingesetzt wird.Specifically, this is achieved by a pressure control device for a fuel supply system for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel. The fuel can be, for example, hydrogen, in particular gaseous hydrogen. The hydrogen is therefore used for internal engine combustion. The internal combustion engine can essentially be a typical piston internal combustion engine, such as those used in motor vehicles or stationary generators.
Bei einem solchen Brennstoffversorgungssystem kann der Wasserstoff beispielsweise unter relativ hohem Druck, beispielsweise 700 bar, in flüssiger Form in einem Brennstoffspeicher gespeichert sein. Von dort kann er über eine Hochdruck-Druckregeleinrichtung zu einer Niederdruck-Druckregeleinrichtung und weiter zu einer Verteilerkammer gelangen, die funktional ähnlich ist wie das Kraftstoffrail bei einer Brennkraftmaschine mit Benzin- oder Diesel-Direkteinspritzung. Die Hochdruck-Druckregeleinrichtung regelt den Gasdruck typischerweise herunter auf beispielsweise ungefähr 40-50 bar, die Niederdruck-Druckregeleinrichtung (vereinfacht: „Druckregeleinrichtung“) regelt den Gasdruck weiter herunter typischerweise auf einen Druck von ungefähr 10-20 bar. An die Verteilerkammer können mehrere Injektoren angeschlossen sein, die den Brennstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine (H2-Direkteinspritzung) oder in eine Vorkammer einblasen (Port Fuel Injection).In such a fuel supply system, the hydrogen can be stored in liquid form in a fuel storage tank under relatively high pressure, for example 700 bar. From there it can pass through a high-pressure pressure control device to a low-pressure pressure control device and then to a distribution chamber, which is functionally similar to the fuel rail in an internal combustion engine with gasoline or diesel direct injection. The high-pressure pressure control device typically regulates the gas pressure down to, for example, approximately 40-50 bar, the low-pressure pressure control device (simplified: "pressure control device") regulates the gas pressure further down, typically to a pressure of around approximately 10-20 bar. Several injectors can be connected to the distribution chamber, which inject the fuel directly into the combustion chambers of the internal combustion engine (H2 direct injection) or into a pre-chamber (port fuel injection).
Die Niederdruck-Druckregeleinrichtung (HIPR) regelt entsprechend den spezifischen Anforderungen den Druck und somit den Massen- oder Volumenstrom in der Verteilerkammer bzw. zu der Verteilerkammer. Hierzu kann das HIPR mindestens ein Druckregelventil, typischerweise ein Proportionalventil umfassen.The low-pressure pressure control device (HIPR) regulates the pressure and thus the mass or volume flow in the distribution chamber or to the distribution chamber according to the specific requirements. For this purpose, the HIPR can comprise at least one pressure control valve, typically a proportional valve.
Die erfindungsgemäße Druckregeleinrichtung ist vorzugsweise die Niederdruck-Druckregeleinrichtung und umfasst ferner ein Gehäuse und eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Gehäuses an einem Halteabschnitt. Der Halteabschnitt kann beispielsweise zu dem Brennstoffversorgungssystem gehören, er kann an der Brennkraftmaschine sein, zu der das Brennstoffversorgungssystem gehört, oder er kann an einem Karosserieabschnitt eines Kraftfahrzeugs sein, welches von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, etc.. Bei der erfindungsgemäßen Druckregeleinrichtung umfasst die Befestigungseinrichtung einen Befestigungsflansch, der am Gehäuse der Druckregeleinrichtung befestigt ist und der mindestens einen Befestigungsabschnitt aufweist, an dem ein Befestigungsmittel angreifen kann, welches mit dem Halteabschnitt befestigbar ist. Bei dem Befestigungsmittel handelt es sich typischerweise um eine Schraube. In diesem Fall ist der Befestigungsabschnitt typischerweise ein Durchgangsloch, durch welches die Schraube hindurchgesteckt und am Halteabschnitt verschraubt werden kann.The pressure control device according to the invention is preferably the low-pressure pressure control device and further comprises a housing and a fastening device for fastening the housing to a holding section. The holding section can, for example, belong to the fuel supply system, it can be on the internal combustion engine to which the fuel supply system belongs, or it can be on a body section of a motor vehicle which is driven by the internal combustion engine, etc. In the pressure control device according to the invention, the fastening device comprises a fastening flange which is fastened to the housing of the pressure control device and which has at least one fastening section which can be engaged by a fastening means which can be fastened to the holding section. The fastening means is typically a screw. In this case, the fastening section is typically a through hole through which the screw can be inserted and screwed to the holding section.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Befestigungsflansch am Gehäuse durch eine Verschweißung befestigt ist. Beispielsweise kann die Verschweißung eine Laser-Verschweißung oder eine KEEP-Verschweißung sein. Dies ist einfach und zuverlässig.In a further development, the fastening flange is attached to the housing by welding. For example, the welding can be a laser weld or a KEEP weld. This is simple and reliable.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Befestigungsflansch am Gehäuse durch eine Verschraubung befestigt ist. Dies gestattet eine Befestigung auch bei Materialien, die für eine Verschweißung weniger infrage kommen.In a further development, the mounting flange is attached to the housing by means of a screw connection. This allows attachment even with materials that are less suitable for welding.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Befestigungsflansch am Gehäuse mittels Hybridschmieden befestigt ist. Bei dem Hybridschmieden sind das Gehäuse und der Befestigungsflansch aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Beispielsweise kann das Gehäuse ein weicheres Metallmaterial als der Befestigungsflansch aufweisen. Beispielsweise ist das Gehäuse aus Aluminium und der Befestigungsflansch aus Stahl gefertigt. In dieser Ausführungsform weist der Befestigungsflansch einen Verbindungsabschnitt auf, der zur Befestigung am Gehäuse dient und im befestigten, oder genauer gesagt im angeschmiedeten Zustand in das Gehäuse hineinragt. Bspw. kann der Verbindungsabschnitt im Wesentlichen säulenförmig bzw. zylindrisch ausgebildet sein.In a further development, it is provided that the fastening flange is fastened to the housing by means of hybrid forging. In hybrid forging, the housing and the fastening flange are made of different materials. For example, the housing can have a softer metal material than the fastening flange. For example, the housing is made of aluminum and the fastening flange is made of steel. In this embodiment, the fastening flange has a connecting section which is used for fastening to the housing and protrudes into the housing when fastened, or more precisely when forged. For example, the connecting section can be essentially column-shaped or cylindrical.
Der Befestigungsflansch und ein Materialrohling zur Bildung des Gehäuses werden beim Hybridschmieden in ein Schmiedewerkzeug eingelegt. Mit einer sehr hohen Umformkraft wird der Materialrohling im Schmiedewerkzeug zu dem Gehäuse umgeformt. Dabei wird der Materialrohling auch um den Verbindungsabschnitt des Befestigungsflansch gepresst, sodass der Befestigungsflansch nach dem Hybridschmieden an dem Gehäuse kraftschlüssig gehalten ist. Das Hybridschmieden ermöglicht einen Festigkeitsgewinn durch eine vorteilhafte Materialkombination. Es können auch Materialien kombiniert werden, die bspw. mit Schweißen nicht miteinander gefügt werden können. Dabei können sowohl die Verschleißfestigkeit als auch die Belastbarkeit des Befestigungsflansches durch Wahl eines harten Materials erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch Wahl eines leichten Materials für das Gehäuse sein Gewicht und somit das Gewicht der gesamten Druckregeleinrichtung vermindert werden. Darüber hinaus sind weitere Maßnahmen, mit denen die Befestigung zwischen Befestigungsflansch und Gehäuse verbessert wird, nicht zwingend notwendig.The mounting flange and a material blank for forming the housing are placed in a forging tool during hybrid forging. The material blank is formed into the housing in the forging tool using a very high forming force. The material blank is also pressed around the connecting section of the mounting flange so that the mounting flange is held firmly to the housing after hybrid forging. Hybrid forging enables strength to be gained through an advantageous combination of materials. Materials that cannot be joined together using welding, for example, can also be combined. Both the wear resistance and the load-bearing capacity of the mounting flange can be increased by choosing a hard material. Alternatively or additionally, choosing a light material for the housing can reduce its weight and thus the weight of the entire pressure control device. In addition, further measures to improve the fastening between the mounting flange and the housing are not absolutely necessary.
In einer Weiterbildung, in welcher der Befestigungsflansch an dem Gehäuse mittels Hybridschmieden befestigt ist, kann der Befestigungsflansch an dem Verbindungsabschnitt eine Hinterschneidung aufweisen. Beim Hybridschmieden kann das Material des Gehäuses während des Hybridschmiedevorgangs in die Hinterschneidung eindringen. Der Befestigungsflansch ist in diesem Fall nicht nur kraft-, sondern auch formschlüssig an dem Gehäuse gehalten. Dies ermöglicht eine besonders stabile Anbindung des Befestigungsflansches an das Gehäuse. Eine Hinterschneidung kann eine sich in Umfangsrichtung des Verbindungsabschnitts erstreckende Nut sein.In a further development in which the fastening flange is fastened to the housing by means of hybrid forging, the fastening flange can have an undercut on the connecting section. In hybrid forging, the material of the housing can penetrate into the undercut during the hybrid forging process. In this case, the fastening flange is held to the housing not only in a force-fitting manner, but also in a form-fitting manner. This enables a particularly stable connection of the fastening flange to the housing. An undercut can be a groove extending in the circumferential direction of the connecting section.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Befestigungsflansch am Gehäuse formschlüssig (bspw. mit der oben erwähnten Hinterschneidung) und/oder kraftschlüssig gehalten ist. Beispielsweise kann am Gehäuse ein zapfenartiger Vorsprung und am Befestigungsflansch eine entsprechende komplementäre Aufnahmeöffnung vorhanden sein. Hierdurch wird der Befestigungsflansch zusätzlich am Gehäuse gesichert, und die Befestigung beispielsweise durch eine Verschweißung oder durch eine Verschraubung wird vereinfacht. Hierdurch wird die Montage erleichtert.In a further development, it is provided that the fastening flange is held on the housing in a form-fitting manner (e.g. with the undercut mentioned above) and/or force-fitting manner. For example, there can be a pin-like projection on the housing and a corresponding complementary receiving opening on the fastening flange. This additionally secures the fastening flange to the housing and simplifies fastening, for example by welding or screwing. This makes assembly easier.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse mindestens bereichsweise geschmiedet ist. Ein solches Gehäuse ist besonders stabil.In a further development, the housing is forged at least in some areas. Such a housing is particularly stable.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse wenigstens bereichsweise gefräst ist. Ein solches Gehäuse kann in beliebiger Weise geformt sein.In a further development, the housing is milled at least in some areas. Such a housing can be shaped in any way.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse wenigstens bereichsweise durch 3D-Druck hergestellt ist. Ein solches Gehäuse kann in beliebiger Weise geformt sein.In a further development, it is provided that the housing is at least partially produced by 3D printing. Such a housing can be shaped in any way.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse wenigstens bereichsweise durch Drehen hergestellt ist. Dies ist besonders preiswert.In a further development, the housing is manufactured at least in parts by turning. This is particularly cost-effective.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Druckregeleinrichtung neben dem mindestens einen Druckregelventil ferner eine Absperrventileinrichtung und/oder einen Drucksensor umfasst. Eine solche Druckregeleinrichtung ist multifunktional, und auf eine separate Anordnung und Befestigung für den Drucksensor und die Absperrventileinrichtung kann verzichtet werden. Es wird auf diese Weise eine integrale Einheit geschaffen, die einfach montiert werden kann.In a further development, it is provided that the pressure control device comprises, in addition to the at least one pressure control valve, a shut-off valve device and/or a pressure sensor. Such a pressure control device is multifunctional and a separate arrangement and fastening for the pressure sensor and the shut-off valve device can be dispensed with. In this way, an integral unit is created that can be easily assembled.
Die Erfindung betrifft auch ein Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit vorzugsweise gasförmigem Brennstoff, umfassend einen Brennstoffspeicher, mindestens eine Druckregeleinrichtung der oben beschriebenen Art, eine stromabwärts von der Druckregeleinrichtung angeordnete Verteilerkammer und mindestens einen an die Verteilerkammer angeschlossenen Injektor.The invention also relates to a fuel supply system for supplying an internal combustion engine with preferably gaseous fuel, comprising a fuel reservoir, at least one pressure control device of the type described above, a distribution chamber arranged downstream of the pressure control device and at least one injector connected to the distribution chamber.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Druckregeleinrichtung für ein Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff, wobei die Druckregeleinrichtung über eine Befestigungseinrichtung an einem Halteabschnitt befestigbar ist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- Befestigen eines Befestigungsflansches der Befestigungseinrichtung mittels Hybridschmieden.
- Fastening a fastening flange of the fastening device using hybrid forging.
Die vorstehend genannten Vorteile der erfindungsgemäßen Druckregeleinrichtung gelten auch in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren. Denkbar ist daher auch, dass das Befestigen des Befestigungsflansches mittels Verschrauben oder Verschweißen erfolgen kann.The above-mentioned advantages of the pressure control device according to the invention also apply to the method according to the invention. It is therefore also conceivable that the fastening flange can be attached by screwing or welding.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Befestigungsflansch beim Befestigen am Gehäuse relativ zu diesem ausgerichtet, sodass der mindestens eine vor dem Befestigen des Befestigungsflansches an diesem ausgebildete Befestigungsabschnitt in einer vorbestimmten Position zum nachfolgenden Befestigen der Druckregeleinrichtung an dem Halteabschnitt vorliegt, oder die vorbestimmte Position des Befestigungsabschnitt durch die Bearbeitung des Befestigungsflansches nach seiner Befestigung an dem Gehäuse festgelegt wird.In a further development of the method, the fastening flange is aligned relative to the housing when it is fastened to the housing, so that the at least one fastening section formed thereon before the fastening flange is fastened thereto is in a predetermined position for the subsequent fastening of the pressure control device to the holding section, or the predetermined position of the fastening section is determined by machining the fastening flange after it has been fastened to the housing.
Es ist denkbar, dass der Befestigungsflansch in einer Vorfertigung mit dem zur Befestigung der Druckregeleinrichtung an einem Halteabschnitt notwendigen Befestigungsabschnitt gefertigt wird. Der Befestigungsabschnitt kann an eine individuelle Form eines Halteabschnitts angepasst werden. Dadurch, dass der Befestigungsflansch separat zu dem Gehäuse ausgebildet wird, ist es möglich, durch Ausrichten des Befestigungsflansches bei der Befestigung die Druckregeleinrichtung an unterschiedlich orientierte bzw. ausgebildete Halteabschnitte anzupassen.It is conceivable that the fastening flange is manufactured in a prefabricated manner with the fastening section required to fasten the pressure control device to a holding section. The fastening section can be adapted to an individual shape of a holding section. Because the fastening flange is designed separately from the housing, it is possible to adapt the pressure control device to differently oriented or designed holding sections by aligning the fastening flange during fastening.
Beispielsweise kann der Befestigungsflansch vor einer Befestigung am Gehäuse mit dem Gehäuse ausgerichtet werden. Wird der Befestigungsflansch mit dem Gehäuse verschraubt, können der Befestigungsflansch und das Gehäuse entsprechende Löcher aufweisen. Über diese Löcher können dann Befestigungsflansch und Gehäuse aufeinander ausgerichtet werden. Werden der Befestigungsflansch und das Gehäuse mittels Hybridschmieden aneinander befestigt, dann kann das Ausrichten des Befestigungsflansches durch mindestens ein in das Schmiedewerkzeug eingebrachtes Einlageelement beeinflusst werden. Das wenigstens eine Einlageelemente ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es beeinflusst, wie der Befestigungsflansch zu der im Schmiedewerkzeug vorgegebenen Form des Gehäuses positionierbar ist. Folglich kann mit dem wenigstens einen Einlageelement die Ausrichtung des Befestigungsflansches am Gehäuse geändert werden.For example, the fastening flange can be aligned with the housing before being fastened to the housing. If the fastening flange is screwed to the housing, the fastening flange and the housing can have corresponding holes. The fastening flange and the housing can then be aligned with one another via these holes. If the fastening flange and the housing are fastened to one another using hybrid forging, the alignment of the fastening flange can be influenced by at least one insert element introduced into the forging tool. The at least one insert element is preferably designed in such a way that it influences how the fastening flange can be positioned in relation to the shape of the housing specified in the forging tool. Consequently, the alignment of the fastening flange on the housing can be changed using the at least one insert element.
Ferner ist auch denkbar, dass der Befestigungsflansch in der Vorfertigung nur grob bearbeitet und erst nach der Befestigung fertig bearbeitet wird, oder der Befestigungsflansch und das Gehäuse zusammen fertig bearbeitet werden. Bei dieser Variante kann eine höhere Maßgenauigkeit des Befestigungsflansches zum Gehäuse erzielt werden. Möglich ist sogar, dass der Befestigungsflansch als ein Rohling an dem Gehäuse befestigt wird, der nur die für die Befestigung notwendigen Merkmale aufweist. Im Anschluss kann der als Rohling ausgebildete Befestigungsflansch an eine individuelle Einbausituation und einen individuellen Halteabschnitt angepasst werden. Ein Ausrichten des Befestigungsflansches am Gehäuse kann in diesem Fall möglicherweise sogar entfallen.It is also conceivable that the fastening flange is only roughly machined in prefabrication and only finished after fastening, or that the fastening flange and the housing are finished together. With this variant, a higher dimensional accuracy of the fastening flange to the housing can be achieved. It is even possible for the fastening flange to be attached to the housing as a blank that only has the features necessary for fastening. The fastening flange designed as a blank can then be adapted to an individual installation situation and an individual holding section. In this case, it may even be unnecessary to align the fastening flange to the housing.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffversorgungssystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff unter anderem mit einer Niederdruck-Druckregeleinrichtung; -
2 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Niederdruck-Druckregeleinrichtung von1 ; -
3 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Niederdruck-Druckregeleinrichtung von1 ; -
4 eine vereinfachte schematische Ansicht von unten auf eine dritte Ausführungsform der Niederdruck-Druckregeleinrichtung von1 mit einem Befestigungsflansch; -
5 eine schematische Seitenansicht auf die Niederdruck-Druckregeleinrichtung von4 ; -
6 eine Darstellung ähnlich zu4 einer vierten Ausführungsform der Niederdruck-Druckregeleinrichtung von1 mit einem Befestigungsflansch; -
7 eine Darstellung ähnlich zu5 der Niederdruck-Druckregeleinrichtung von6 . -
8 eine geschnittene Darstellung ähnlich zu der Niederdruck-Druckregeleinrichtung in4 mit einem alternativ befestigten Befestigungsflansch; -
9 eine geschnittene Darstellung ähnlich zu der Niederdruck-Druckregeleinrichtung in8 mit einem alternativ befestigten Befestigungsflansch; -
10 eine vereinfachte schematische Ansicht von oben auf eine Niederdruck-Druckregeleinrichtung ähnlich zu4 mit einem alternativ ausgeführten Befestigungsflansch; und -
11 ein schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Niederdruck-Druckregelei nri chtung.
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1 a schematic representation of a fuel supply system for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel, including a low-pressure pressure control device; -
2 a perspective view of a first embodiment of the low-pressure pressure control device of1 ; -
3 a perspective view of a second embodiment of the low-pressure pressure control device of1 ; -
4 a simplified schematic view from below of a third embodiment of the low-pressure pressure control device of1 with a mounting flange; -
5 a schematic side view of the low-pressure pressure control device of4 ; -
6 a representation similar to4 a fourth embodiment of the low-pressure pressure control device of1 with a mounting flange; -
7 a representation similar to5 the low-pressure pressure control device from6 . -
8th a sectional view similar to the low-pressure pressure control device in4 with an alternatively attached mounting flange; -
9 a sectional view similar to the low-pressure pressure control device in8th with an alternatively attached mounting flange; -
10 a simplified schematic view from above of a low-pressure pressure control device similar to4 with an alternative mounting flange; and -
11 a schematic representation of a method according to the invention for producing a low-pressure pressure control device.
Nachfolgend tragen funktionsäquivalente Elemente und Bereiche in unterschiedlichen Figuren und in unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen. Sie werden im Normalfall nur bei der ersten Erwähnung im Detail beschrieben. Darüber hinaus sind aus Gründen der Vereinfachung nicht in allen Figuren sämtliche Bezugszeichen eingetragen.In the following, functionally equivalent elements and areas in different figures and in different embodiments have the same reference symbols. They are normally only described in detail when they are first mentioned. In addition, for the sake of simplicity, not all reference symbols are entered in all figures.
Ein Brennstoffversorgungssystem trägt in
Der Wasserstoff ist in flüssiger Form unter hohem Druck, beispielsweise ungefähr 700 bar, in einem tankartigen Brennstoffspeicher 12 gespeichert. Dieser kann über einen Füllanschluss 14 befüllt werden. Am Brennstoffspeicher 12 ist ferner eine integrierte Einheit 16 aus einem Tankventil zur Befüllung und Abgabe von Wasserstoff in bzw. aus dem Brennstoffspeicher 12 und einem Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des aus dem Brennstoffspeicher 12 kommenden gasförmigen Wasserstoffs angeordnet.The hydrogen is stored in liquid form under high pressure, for example approximately 700 bar, in a tank-like
Der gasförmige Wasserstoff gelangt über eine Druckleitung 18 zunächst zu einem Filter 20 und von dort weiter zu einer Hochdruck-Druckregeleinrichtung 22. Diese reduziert den Druck des gasförmigen Wasserstoffs beispielsweise auf einen Druck im Bereich von 40-50, insbesondere 44 bar. Die Druckleitung 18 führt von der Hochdruck-Druckregeleinrichtung 22 weiter zu einem Drucksensor 24, einen weiteren Filter 26 und eine optionale Temperiereinrichtung 28 schließlich zu einer Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30.The gaseous hydrogen first reaches a
Die Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 (kurz: „Druckregeleinrichtung“) umfasst vorliegend beispielhaft eine Absperrventileinrichtung 32, stromabwärts von dieser zwei hydraulisch parallele Druckregelventile 34 und zwischen Absperrventileinrichtung 32 und den beiden Druckregelventilen 34 einen Niederdruck-Drucksensor 36. Die beiden Druckregelventile 34 sind identisch aufgebaut und sind typischerweise Proportionalventile. Durch die Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 wird der Druck in der Druckleitung 18 nochmals abgesenkt von dem eingangsseitigen vorliegend beispielhaften Druck von ungefähr 40-50 bar auf einen Druck beispielsweise von ungefähr 10-20, insbesondere von ungefähr 15 bar. Die den Druckregelventilen 34 vorgeschaltete Absperrventileinrichtung 32 ist dann, wenn das Brennstoffversorgungssystem 10 nicht in Betrieb ist, geschlossen. Hierdurch wird ein unerwünschter Gasaustritt verhindert.The low-pressure pressure control device 30 (short: “pressure control device”) comprises, in the present case, for example, a shut-off
Stromabwärts von der Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 führt die Druckleitung 18 zu einer Verteilerkammer 38, die beispielsweise als längliches Rohr ausgebildet sein kann in der Art eines typischen Kraftstoffrails, wie es von Benzin- und Diesel-Kraftstoffsystemen bekannt ist. Der in der Verteilerkammer 38 herrschende Gasdruck wird von einem Drucksensor 40 erfasst.Downstream of the low-pressure
An die Verteilerkammer 38 sind mehrere Injektoren 42 angeschlossen, die den gasförmigen Wasserstoff vorliegend beispielhaft in Brennräume 44 der Brennkraftmaschine direkt einblasen. Der gasförmige Wasserstoff wird in den Brennräumen 44 mit Luftsauerstoff gemischt, und dieses Gemisch wird durch eine jeweilige Zündeinrichtung 46 entzündet. Typischerweise handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um eine 2-Takt- oder 4-Takt-Kolben-Brennkraftmaschine von einer weitgehend üblichen Bauart. Beispielsweise wird eine solche Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Sie kann aber auch beispielsweise stationär zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung verwendet werden.
Gesteuert werden das Brennstoffversorgungssystem 10 und seine Komponenten durch eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 48, die über einen oder mehrere entsprechende Mikroprozessoren, einen Speicher für Programmcode, etc., verfügt. Diese erhält Signale unter anderem vom Temperatursensor 16, dem Drucksensor 24, dem Drucksensor 40, etc. Die Steuer- und Regeleinrichtung 48 steuert verschiedene Komponenten des Brennstoffversorgungssystems 10 an, unter anderem die Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 sowie die Zündeinrichtungen 46. Ferner wird auch eine Steuereinrichtung 50 von der Steuer- und Regeleinrichtung 48 angesteuert, die wiederum spezifisch den Betrieb des Brennstoffspeichers 12 steuert bzw. regelt.The
Die Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 ist in einer ersten Ausführungsform in
Bei einem zweiteiligen Gehäuse kann beispielsweise die Absperrventileinrichtung 32 über ein eigenes Gehäuse verfügen, welches an das Gehäuse 52, welches das Druckregelventil 34 und den Niederdruck-Drucksensor 36 beherbergt, angeschraubt oder in dieses eingeschraubt ist. Bei der in
Bei den Druckregelventilen 34 kann es sich beispielsweise um Proportionalventile handeln, wie sie im Hinblick auf den konstruktiven Aufbau beispielsweise aus der
Zu den Niederdruck-Druckregeleinrichtungen 30 der
- Das Gehäuse der Niederdruck-
Druckregeleinrichtung 30 ist vorliegend beispielhaft zweiteiligmit einem Gehäuse 52 für dieDruckregelventile 34 undden Niederdrucksensor 36 und einem Gehäuse 58 für dieAbsperrventileinrichtung 32. Wie oben erwähnt,ist das Gehäuse 58 indas Gehäuse 52 eingeschraubt bzw. mit diesem verschraubt. In einer weiteren Ausführungsform kann das Gehäuse für die Absperrventileinrichtung in Form einer Cartridge-Lösung auch in das Gehäuse für die Druckregelventile und den Niederdrucksensor direkt integriert sein, beispielweise indem es mittels eines Flansches angeschraubt wird.Das Gehäuse 52 ist einstückig und vorliegend beispielhaft aus einem geschmiedeten Gehäuserohling aus Metall hergestellt. Grundsätzlichkönnte das Gehäuse 52 aber auch zumindest bereichsweise durch einen Fräsvorgang oder mittels 3D-Druck hergestellt werden. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform könnte das Gehäuse auch beispielsweise rohrartig durch Drehen hergestellt sein.
- The housing of the low-pressure
pressure control device 30 is in the present example in two parts with ahousing 52 for thepressure control valves 34 and the low-pressure sensor 36 and ahousing 58 for the shut-offvalve device 32. As mentioned above, thehousing 58 is screwed into thehousing 52 or screwed to it. In a further embodiment, the housing for the shut-off valve device in the form of a cartridge solution can also be directly integrated into the housing for the pressure control valves and the low-pressure sensor, for example by being screwed on using a flange. Thehousing 52 is in one piece and in the present example is made from a forged housing blank made of metal. In principle, however, thehousing 52 could also be manufactured at least in part by a milling process or by means of 3D printing. In an embodiment not shown, the housing could also be manufactured in a tube-like manner by turning, for example.
Zu der Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 gehört ferner, wie oben bereits angedeutet wurde, ein Befestigungsflansch 60. Dieser ist vorliegend an der Unterseite des Gehäuses 52 befestigt und dient dazu, die Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 mit einem in
Der Befestigungsflansch 60 umfasst vorliegend beispielhaft einen durch eine kreisförmige Platte gebildeten Zentralabschnitt 64, von dem sich ebenfalls vorliegend beispielhaft in diametral entgegengesetzten Richtungen und in radialer Richtung zwei Arme 66 erstrecken. Bei nicht gezeigten Ausführungsformen sind auch weniger oder mehr Arme möglich. Der Befestigungsflansch 60 ist vorliegend beispielhaft im Bereich des Zentralabschnitts 64 mittels zwei Schrauben 68 mit der Unterseite des Gehäuses 52 verschraubt.In the present case, the
Aus der Ansicht von
Um die Montage des Befestigungsflansches 60 am Gehäuse 52 zu erleichtern, kann der Befestigungsflansch 60 am Gehäuse 52 formschlüssig gehalten sein. Dies ist in den
Bei der in den
Bei der in
Der in
In
Der zunächst als Rohling vorliegende Befestigungsflansch 60 muss die für die Befestigung an dem Gehäuse 52 notwendigen Merkmale wie bspw. den Verbindungsabschnitt 78 oder Schraubenlöcher aufweisen. Dies ermöglicht es, eine Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 herzustellen mit einem Befestigungsflansch 60, der noch nicht auf einen individuellen Halteabschnitt 62 zugeschnitten ist. Die derart hergestellte Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 kann je nach Anforderungen noch vor der Auslieferung an einen individuellen Halteabschnitt 62 angepasst werden oder kann mit dem Befestigungsflansch 60 im Rohzustand ausgeliefert werden, um diesen direkt vor der Montage an dem Halteabschnitt 62 fertig zu bearbeiten. Hierbei ist denkbar, dass bei einer Variante nur der Befestigungsflansch 60 fertig bearbeitet wird oder bei einer anderen Variante der Befestigungsflansch 60 und das Gehäuse 52 gemeinsam fertig bearbeitet werden. Beispielsweise können die abgerundeten Eckbereiche 84 auch erst beim Fertigbearbeiten des Befestigungsflansches 60 hergestellt werden.The
Der in
Man erkennt, dass durch den Befestigungsflansch 60 vorliegend beispielhaft nicht nur die Druckregelventile 34, sondern auch die Absperrventileinrichtung 32 und der Niederdrucksensor 36 sicher am Halteabschnitt 62 gehalten werden können. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Ausführungsformen die Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 auch beispielsweise nur die Druckregelventile 34 oder nur die Druckregelventile 34 und den Drucksensor 36 enthalten kann.It can be seen that in the present example, not only the
Bei dem in
Das Verfahren startet in einem Funktionsblock 90. Im dargestellten Verfahrensablauf wird der als Befestigungsflansch 60 ausgebildete Befestigungsabschnitt im ersten Verfahrensschritt 92 bearbeitet. Dabei kann der Befestigungsflansch 60 beispielsweise mit den Merkmalen wie in
In einem Verfahrensschritt 96 wird der Befestigungsflansch 60 an dem Gehäuse 52 befestigt bspw. mittels Schrauben 68, die in die Schraubenlöcher 86 im Zentralabschnitt 64 eingeführt werden, oder mittels Hybridschmieden, oder mittels Verschweißen. Alternativ denkbar ist auch, dass, wie obenstehend beschrieben, der Befestigungsflansch 60 nicht im ersten Verfahrensschritt 92 vor dem Befestigen fertig bearbeitet wird, sondern als Rohling im Verfahrensschritt 96 an dem Gehäuse 52 befestigt wird. Anschließend wird in einem hier nicht gezeigten Verfahrensschritt der Befestigungsabschnitt 72 am Befestigungsflansch 60 hergestellt und seine vorbestimmte Position an dem Gehäuse 52 festgelegt. Beispielsweise könnten nicht nur die Schraubenlöcher 72 als Halteabschnitt gefertigt werden, sondern auch der in
Das Verfahren endet in einem Endblock 98.The procedure ends in a
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102017210387 A1 [0002]DE 102017210387 A1 [0002]
- DE 102017210367 A1 [0039]DE 102017210367 A1 [0039]
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---|---|---|---|---|
DE102017210387A1 (en) | 2016-06-23 | 2017-12-28 | Yazaki Corporation | Shielded connector and method for mounting the shielded connector |
DE102017210367A1 (en) | 2017-06-21 | 2018-12-27 | Robert Bosch Gmbh | Proportional valve for controlling a gaseous medium |
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2023
- 2023-03-28 DE DE102023202820.4A patent/DE102023202820A1/en active Pending
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