DE10230958A1

DE10230958A1 - Kraftstoffdirekteinspritzsystem

Info

Publication number: DE10230958A1
Application number: DE2002130958
Authority: DE
Inventors: Karlheinrich Winkelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-01-22

Abstract

Flüssiggas wird von den gleichen Einspritzventilen wie der Otto-Kraftstoff direkt und flüssig in den Brennraum einer Brennkraftmaschine zum Antrieb von PKW eingespritzt. Das spart Kraftstoff, vermeidet Leistungsverlust und verringert den Aufwand an Bauteilen. Dazu wurde ein PKW mit Ottodirekteinspritzmotor mit einem (zusätzlichen) Flüssiggastank und mit mitteldruckdichten (PN > 25 bar) Zuleitungen bis zur Hochdruckpumpe des Einspritzsystems versehen, die an das vorhandene Kraftstoffzuführungssystem angekoppelt wurden. Durch Magnetventile und Rückschlagventile werden die beiden Kraftstoffsysteme gegeneinander verriegelt. Zwei hinereinander geschaltete Elektrokraftstoffpumpen sorgen dafür, dass der Druck des Flüssiggases auf dem Weg zur Hochdruckpumpe immer über dem Verdampfungsdruck des Flüssiggases liegt. Beide Kraftstoffe werden mit dem gleichen Einspritzsystem eingespritzt und von einer einzigen Einspritzregelung geregelt. Eine zusätzliche Einspritzregelung für das Flüssiggas, die der Regelung des vorhandenen Einspritzsystems überlagert wird, entfällt gleichermaßen wie eigene Einspritzventile für jeden der Kraftstoffe und damit mögliche daraus resultierende Probleme der Abgasreinigung ebenso wie Rückzündungsprobleme.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung beschreibt ein Kraftstoffdirekteinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-Direkteinspritzsystem zur direkten Einspritzung von Flüssiggas (LPG) oder anderer fremdgezündeten, flüssigen Kraftstoffen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Flüssiggas, auch LPG (Liquified-Petroleum-Gas) oder Autogas bezeichnet, ist ein Propan-Butan-Gemisch mit von Region zu Region unterschiedlichen Gemischanteilen, das aufgrund von Speicherung unter relativ geringem Überdruck (ca.7 bar bei Raumtemperatur) in flüssiger Form im Kraftstofftank vorliegt (aus diesem Grunde hier des weiteren mit „Mitteldruckkraftstoff" bezeichnet, in Abgrenzung zu den bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck flüssigen Kraftstoffen [„Niederdruckkraftstoffe"] , wie Benzin, Diesel, Alkohole oder ähnliche.), bei Atmosphärendruck aber gasförmig ist.
Stand der Technik bei der Zuführung von Niederdruckkraftstoffen ist die Direkteinspritzung, bei der Kraftstoff mit Hochdruck in den Brennraum der Brennkraftmaschine direkt eingespritzt wird, mit geschichteter Ladung bei Teillast bei fremdgezündeten Kraftstoffen („Innovationen für sicheres, sauberes und sparsames Autofahren [Komponenten, Module, Systeme]", Informationsbroschüre der Firma Bosch mit der Nummer 1 987 485-ZVW2-0100-D, Seite 4 –8). Deren Technik ist bekannt und wird hier deshalb nicht weiter erläutert
Bei den bisher bekannten und auf dem Markt erhältlichen Systemen zur Zuführung von Flüssiggas in den Brennraum einer Brennkraftmaschine drückte sich das Flüssiggas aus dem speziellen, druckfesten Flüssiggastank (Abblasüberdruck des Drucksicherheitsventils: 30 bar) durch den eigenen Überdruck in einen Verdampfer-Druckregler, wo es, durch Reduzierung des Überdrucks und unter Zuführung von Wärmeenergie zum Ausgleich der Verdampfungskälte, aus dem flüssigen in den gasförmigen Zustand überführt und in diesem gasförmigen Aggregatzustand dem Ansaugtrakt des Motors zugeführt wurde, entweder angesaugt durch den Unterdruck der im Ansaugtrakt strömenden Verbrennungsluft oder durch, über eine eigene, zusätzliche Regelungseinheit geregeltes, aktives Einblasen vor die Einlaßventile der Brennkraftmaschine.
Den aktuellen Stand der Technik bei der Zuführung von Flüssiggas repräsentiert die Zuführung des Flüssiggases in den Ansaugtrakt in flüssigem Zustand, wobei durch eine Pumpe in Verbindung mit einem Druckregler sicher gestellt werden soll, dass das Flüssiggas die Einspritzventile in der Flüssigphase erreicht, indem der Druck des Flüssiggases ständig 2–3 bar höher gehalten wird als der Flüssiggasdruck im Tank. (http://www.gasautogasanlagen.de/Autogasanlagen/autogasanlage.html und http://www.autogastechnik.de/technik.html). ( EP 0 725 208 B1 , EP 0922851 A2 )
Für den bivalenten Betrieb von Brennkraftmotoren mit fremdgezündeten Niederdruckkraftstoff in Kombination mit Flüssiggas werden bisher für jeden Kraftstoff ein eigenes Kraftstoffzuführungssystem benutzt. Dies hat einen relativ hohen Bauaufwand zur Folge.
Weiter führt die Einspritzung von Flüssiggas vor die Einlaßventile nach wie vor zur Verdrängung von angesaugter Luft durch das verdampfende Brenngas und damit zur Verringerung der zur Verbrennung zur Verfügung stehenden Gemischmasse.
Außerdem ist mit der Einspritzung von Kraftstoff vor die Einlaßventile kein Betrieb mit geschichteter Ladung möglich.
Die in EP 0 725 208 B1 beschriebene Konfiguration zur Sicherung der Flüssigphase von Flüssiggas bis vor die Einspritzventile mit Druck- oder Temperaturmessung im Flüssiggaskraftstofftank hat den Nachteil, dass sie die erwünschte Funktion nicht sicherstellen kann, da sie die Erwärmung des Flüssiggases auf seinem Weg in die Einspritzventile nicht berücksichtigt, die insbesondere in der Nähe des Motorblockes in betriebswarmen Zustand erheblich ist und durch 2–3 bar Druckdifferenz nicht in jedem Betriebszustand abgefedert werden kann. Auch lässt sich ein Druck von 22 bar nicht mit einer einzigen elektrisch angetriebenen In-Tank-Kraftstoffpumpe herkömmlicher Art erzeugen, da die maximalen Betriebsdrücke bei 6,5 bar enden.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass eine zusätzliche elektronische Kontrolleinheit die Druckschwankungen durch Variation der Flüssiggaseinspritzventilöffnungszeiten ausgleichen muß. Bei bivalentem Betrieb muß sie dazu die Signale der elektronischen Regelung des Benzineinspritzsystems modifizieren. Wenn nun die Modifikationen der zusätzlichen elektronischen Kontrolleinheit nicht auch durch die Lambda-Sonde beeinflusst wird, gibt es Probleme mit der Abgasreinigung.
Vorteile der Erfindung
Diese Probleme werden durch die in den Patentansprüchen aufgeführten Merkmale gelöst, indem die vorliegende Erfindung bewirkt, daß

a) auch Flüssiggas direkt und flüssig in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, wodurch es u.a.
b) keinerlei Rückzündungsprobleme mehr gibt und daß,
c) durch das Zusammenführen der Benzin- und Flüssiggaskraftstoffleitungen vor der Hochdruckpumpe des Einspritzsystems, mit einem Einspritzsystem und einer Einspritzregeleinheit wahlweise sowohl Niederdruckkraftstoffe (Benzin oder Diesel oder ähnliches), als auch Mitteldruckkraftstoff (Flüssiggas = Autogas = LPG = Liquified-Petroleum-Gas) oder ein Gemisch aus beidem direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.
d) eine zusätzliche elektronische Kontrolleinheit, die Druckschwankungen des Flüssiggases durch Veränderung der Einspritzventilöffnungszeiten abfängt, überflüssig wird, da die Temperatur des Flüssiggases als beeinflussender Parameter durch die Hochdruckeinspritzung keine Rolle mehr spielt.
e) durch den Wegfall der konkurrierenden zusätzlichen Einspritzregelung beim Betrieb mit Flüssiggas die Funiction der Lambda-Sonde auch in diesem Betriebsmodus uneingeschränkt erhalten bleibt. Das hat zur Folge, dass es keine Abgasprobleme gibt.
f) durch die Messung der Flüssiggastemperatur am Hochdruckpumpeneingang statt im Tank der entscheidende Parameter gemessen wird, um den notwendigen Druck zu ermitteln, der das Flüssiggas in der Flüssigphase hält.

Weitere Vorteile der Erfindung:

a) Flüssiggas ist ein Produkt, welches bei der Verarbeitung von Rohöl zu Kraftstoffen automatisch anfällt. Seine Nutzung erhöht somit den Ausnutzungsgrad des Rohöls.
b) gegenüber Systemen mit Benzindirekteinspritzung:
1. die höhere Energiedichte (ca.2%) des LPG-Luft-Gemisches steigert die Leistung
2. die höhere Oktanzahl von LPG und die bessere innere Gemischkühlung erlauben eine höhere Verdichtung, die wiederum auch bei Volllast den Wirkungsgrad, das Drehmoment und die Leistung steigert.
3. die Rohemissionen von umweltbelastenden Schadstoffen verringert sich, insbesondere beim Kaltstart, weil eine Anfettung des Kraftstoff-Luftgemisches nicht nötig ist.
4. die CO2-Emission verringert sich um bis zu 20 %
5. da Flüssiggas so gut wie kein Schwefel enthält wird die Abgasreinigung vereinfacht
6. gesundheitsschädliche toxische Emissionen von PAK, Aldehyden, Benzol, Toluol vermindern sich
7. keine Grundwassergefährdung durch LPG, da es nicht wasserlöslich ist
8. die Lebensdauer von Motor und Zündkerzen verlängert sich durch die Verminderung aggressiver Säuren und Kohlenstoffablagerungen und geringere Verwässerung des Schmieröls
c) Gegenüber Flüssiggassystemen mit Saugrohreinspritzung:
1. Reduzierter Kraftstoffverbrauch durch die Direkteinspritzung. Im europäischen Fahrzyklus (NEFZ) beträgt die Einsparung gegenüber Motoren mit herkömmlichen Kraftstoffzuführungsverfahren für Flüssiggas 15–20 %. Hinzu kommt noch die Kraftstoffeinsparung durch die vollständige Füllung der Zylinder mit Verbrennungsluft, wodurch in der Summe Kraftstoffeinsparungen bis zu 30 % möglich sind
2. es wird kein zweites Einspritzsystem benötigt und auch keine zusätzliche Regelfunktion für den Mitteldruckkraftstoff wie in EP 0 725 208 B1 beschrieben.

Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigen 1 die Systembereiche der Kraftstoffdirekteinspritzung, 2 eine monovalente Ausführung des Kraftstoffdirekteinspritzsystems für den Mitteldruckkraftstoff Flüssiggas in der Variante mit einem Niederdruckdruckregler 6 und zwei Kraftstoffrückführungsleitungen 16 aus dem Hochdruckbereich, die den unverbrauchten Kraftstoff in den Tank zurückführen (4), 3 eine monovalente Ausführung des Brennstoffdirekteinspritzsystem für den Mitteldruckkraftstoff Flüssiggas in der Variante mit einer Kraftstoffrückführungsleitung 19 (3), 4 eine bivalente Variante von 2 für Mitteldruck- und Niederdruckkraftstoffe. Diese Variante ist gekennzeichnet durch einen Niederdruckregler 6 und zwei Kraftstoffrückführungsleitungen 16 im Niederdrucksystem, die im Niederdruckkraftstofftank enden. 5 zeigt ebenfalls eine bivalente Ausführung, nämlich die von 3. Sie unterscheidet sich in der Anordnung von Hochdruckpumpe 5 und Hochdruckregler 8 im Hochdruckteil von der in 4 dargestellten Variante. Außerdem besitzt sie keinen gesonderten Niederdruckdruckregler und nur eine Kraftstoffrückführungsleitung 16, deren Niederdruckzweig nicht im Niederdrucktank endet, sondern vor der Hochdruckpumpe in die Kraftstoffzuführungsleitung 20 mündet.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Erfindung basiert auf am Markt käuflichen Brennkraftmaschinen mit einem Direkteinspritzsystem für Niederdruckkraftstoffe, das üblicherweise aus einem Niederdruckkraftstofftank mit einer In-Tank-Pumpe als Bestandteil eines Kraftstofffördermoduls gespeist wird. Aus diesem Grunde wird in 1 nur das, bei diesen Brennkraftmaschinen übliche, prinzipielle Zusammenwirken der Systembereiche Kraftstoffversorgung A (hier bestehend aus einer Mitteldruckkraftstoffversorgung A1 oder einer Mitteldruckkraftstoffversorgung A1 und einer Niederdruckkraftstoffversorgung A2 einschließlich einer Umschaltregelung E, die das Umschalten zwischen den beiden Kraftstoffen regelt ), Hochdruckteil B, der elektronischen Regelung C und der Peripherie D dargestellt und auf die weitere Erläuterung der Bereiche B, C und D verzichtet, da einer der Vorteile der hier beschriebenen Erfindung es ja ist, daß nicht in diese Bereiche eingegriffen werden muß, um Flüssiggas direkt einzuspritzen.
In 2 ist eine monovalente Ausführung des Kraftstoffdirekteinspritzsystems gezeigt, bei der das Niederdruckkraftstoffsystem A2 durch ein Mitteldruckkraftstoffsystem A1 ersetzt ist. Aus einem mitteldruckfesten Kraftstofftank 10 (Abblasdruck 30 bar) wird durch die Kraftstoffpumpe 1 nach Öffnen des Magnetventils 3 Flüssiggas 18 in die Zuleitung 12 gedrückt, durchfließt den Kraftstoffkühler 14 und gelangt anschließend an den Eingang der Mitteldruckkraftstoffpumpe 4. Die Kraftstoffpumpe 4 erhöht, falls nötig, nochmals den Druck des Flüssiggases 18 und sorgt dadurch zusammen mit dem Niederdruck-Druckregler 6 dafür, daß das Flüssiggas 18 in flüssigem Zustand zum Eingang der Hochdruckpumpe 5 gelangt. Damit dieses auch bei Temperaturspitzen, hervorgerufen durch Wärmeleitung und Wärmeabstrahlung der Brennkraftmaschine an die motornahe Hochdruckkraftstoffpumpe und auch an die Kraftstoffleitungen, sicher gewährleistet ist, muß der Dampfdruck des LPG am Hochdruckpumpeneintritt immer niedriger sein als der Gesamtdruck des Kraftstoffes im Kraftstoffkreislauf A. Das kann durch eine zweite Druckstufe im Niederdruck-Druckregler 6, deren Öffnungsdruck über dem maximalen im Betrieb entstehenden Verdampfungsdruck liegt oder eine variable Veränderung des Öffnungsdrucks gesteuert durch eine Steuereinheit 27 die den Druck oder die Temperatur des Flüssiggases als Steuergröße verarbeitet oder durch Aufheizen des LPGs im Kraftstofftank 10 oder Kühlung des Flüssiggases 14 erreicht werden . Dargestellt ist in 2 die Variante mit einem im Kraftstofftank plazierten elektrischen Heizstab 23 als Wärmequelle. Eingeschaltet wird die Kraftstoffheizung von der Steuereinheit 27, wenn die Differenz der Temperaturmeßwerte der beiden Temperaturfühler 17 einen vorgegebenen Sollwert überschreitet, ausgeschaltet wird sie, wenn die Temperaturdifferenz einen anderen vorgegebenen Sollwert unterschreitet. Zusätzlich besitzt die Heizung 23 aus Sicherheitsgründen eine Temperaturbegrenzung.
Die Hochdruckpumpe 5 drückt das Flüssiggas, falls notwendig, mit einem gegenüber Niederdruckkraftstoff um den Kraftstoffdichtefaktor (Dichte Niederdruckkraftstoff zu Dichte Flüssiggas) und den Luftbedarfsfaktor veränderten Druck, über die Einspritzventile in den Brennraum der Brennkraftmaschine, geregelt von der elektronischen Regelung C. Nicht verbrauchter, überschüssiger Kraftstoff wird über die Rückführungsleitungen 16 und 19 in den Flüssiggastank 10 zurückgeführt.
3 zeigt ebenfalls eine monovalente Ausführung der Flüssiggasdirekteinspritzung aber mit einer anderen Konfiguration des Hochdruckteils B. Hier sind Rail 7 und Hochdruckdruckregler 8 miteinander verbunden.
Die 4 erläutert den hydraulischen Schaltplan einer bivalenten Kraftstoffdirekteinspritzanlage mit einer Abzweigleitung 13 in der Kraftstoffzuleitung zur Zuführung von Niederdruckkraftstoff in den Flüssiggastank 10 und zwei separaten Kraftstoffrückleitungen 16 zum Kraftstofftank Abgebildet ist ein Mitteldruckkraftstoffsystem A1 mit einer Zuführungsleitung 26 aus dem Niederdruckkraftstofftank (nicht abgebildet), in dem sich, wie üblich, eine In-Tank-Pumpe als Bestandteil eines Kraftstofffördermoduls befindet, die zu einer Hochdruckkraftstoffpumpe 5 führt. Über das Kraftstoffverteilerrohr (Common-Rail) 7 führt die Kraftstoffhochdruckleitung zum Kraftstoffhochdruckregler 8. Sowohl vom Hochdruckregler 8 als auch von der Hochdruckkraftstoffpumpe 5 führt jeweils eine Kraftstoffrücklaufleitung 16 zurück in den Kraftstofftank.
An die Niederdruckkraftstoffleitung 26 ist die Zuleitung für das Flüssiggas 12 angeschlossen, die aus dem Drucktank 10 für das Flüssiggas kommt. Durch Magnetventile 3 in Kombination mit Rückschlagventilen 2 wird sichergestellt, daß nur aus einem der beiden Kraftstofftanks Kraftstoff zur Hochdruckpumpe 5 fließt und das Flüssiggas mit seinem höheren Druckniveau nicht in den Niederdruckkraftstofftank drückt.
Die zweite Kraftstoffpumpe 9 in dieser Leitung dient zur kurzzeitigen Druckerhöhung im Niederdruckkraftstoffsystem in der Phase des Umschaltens aus dem Flüssiggasmodus in den Niederdruckkraftstoffmodus. Ohne diese zweite Kraftstoffpumpe 9 würde nach dem Abschal ten der Mitteldruckkraftstoffpumpe 4 das Druckniveau in den Kraftstoffzuführungsleitungen 1 und 20 auf das Druckniveau des Niederdruckkreislaufs sinken, also unter den Druck, der das Flüssiggas daran hindert zu verdampfen. Es befinden sich aber zum Zeitpunkt des Umschaltens und auch noch einige Weile danach Flüssiggasreste im Einspritzsystem, die durch den erhöhten Druck am Verdampfen gehindert werden. Der erhöhte Druck wird im Niederdruckbetriebsmodus von der zweiten Niederdruckkraftstoffpumpe 9 so lange aufrechterhalten, bis sämtliches Flüssiggas im gesamten Leitungssystem durch Niederdruckkraftstoff ersetzt ist. Das Niederdruckregelventil 6 sorgt für konstanten Druck am Eingang der Hochdruckkraftstoffpumpe 5. Analog zu 2 erhöht die Kraftstoffpumpe 4 den Druck des Flüssiggases und bildet damit die Voraussetzung dafür, daß das Flüssiggas, auch bei Erwärmung, die HD-Pumpe 5 im flüssigen Zustand erreicht. Von den oben beschriebenen Möglichkeiten das Flüssiggas flüssig zu halten sind in 4 die Varianten Kraftstoffkühlung und temperaturgesteuerte Druckerhöhung abgebildet.
Bei der Variante mit Kühlung des Flüssiggases dient ein Kraftstoffkühler 14, der vor der Kraftstoffpumpe 4 angebracht ist, dem gewünschten Zweck. Überschreitet die Kraftstofftemperaturdifferenz zwischen Kraftstofftank 10 und Hochdruckpumpeneingang 5 einen kritischen Wert (ca. 30°C), dann wird über die Temperaturfühler 17 der Kühlprozeß gestartet, bei dem Kühlung durch ein verdampfendes Medium, entweder durch das Kältemittel des Kühlkreislaufs der Klimaanlage oder einen abgezweigten Teil des Flüssiggases 18 bewirkt wird. Abgebildet ist die Variante mit abgezweigtem Flüssiggas 18. Durch die Temperaturfühler 17 wird das Magnetventil 21 geschaltet, das dem Flüssiggas den Weg zu der Drossel 24 des Kraftstoffkühlers 14 freigibt, wo es verdampft und durch seine Verdampfungskälte den Kraftstoff kühlt. Anschließend wird der gasförmige Kraftstoff über den Kreislauf für verdampften Kraftstoff dem Ansaugtrakt des Motors zugeführt.
Die temperaturgesteuerte Druckerhöhung wird hier durch eine, von der Flüssiggastemperatur gesteuerte, Pumpe 28 bewirkt, die die, mit einer Membran zum Druckraum hin abgedichtete, Ausgleichskammer des Druckreglers 6 unter Druck setzt, der sich zu dem Federdruck der Druckfeder hinzuaddiert. Der Druck in der Ausgleichskammer steigt analog zu der Temperatur des Flüssiggases und erhöht dadurch den notwendigen Öffnungsdruck für das Flüssiggas.
Die zusätzliche Kraftstoffpumpe 9 eröffnet gleichzeitig die Möglichkeit über eine weitere Abzweigleitung 13, die in die Rücklaufleitung für das Flüssiggas 16 mündet und zusammen mit dieser in die Füllleitung 11 für das Flüssiggas geführt wird, Niederdruckkraftstoff in den Flüssiggastank zu pumpen, wodurch ein Niederdruckkraftstoff-Flüssiggasgemisch mit frei wählbaren Gemischanteilen erzeugt werden kann. Gesteuert wird dieser Prozeß über ein separat schaltbares Magnetventil 15. Durch die Beimischung von Niederdruckkraftstoff zum Flüssiggas werden Schmierungsprobleme im System vermieden.
Von der Kraftstoffzuführungsleitung 20 zweigt vor der Hochdruckpumpe 5 eine Steuerleitung 22 ab, die den Steuerkolben des Hochdruckreglers 8 bei Betrieb mit Flüssiggas mit einem Druck beaufschlagt, der sich zu einer Federspannung hinzuaddiert und dadurch, wenn nötig, den notwendigen höheren Einspritzdruck im Flüssiggasmodus erzeugt.
Im Flüssiggasbetriebsmodus wird das, über den Bedarf des Motors hinaus geförderte, überschüssige Flüssiggas über die Rückleitung für den Mitteldruckkraftstoff 19 in die Flüssiggasfüllleitung 11 geführt und gelangt von dort zurück in den Flüssiggastank 10. Rückschlagventile 2 verhindern ein Ausströmen des Flüssiggases 18.
Die Erfindung hat Vorteile auf mehreren Ebenen. Weil das Flüssiggas nun direkt und flüssig in den Brennraum eingespritzt wird, verdrängt es keine Ansaugluft mehr. Dadurch erhöht sich der Füllungsgrad der Zylinder gegenüber Einspritzung in den Ansaugtrakt und damit auch die Leistung des Motors. Gleichzeitig bleiben alle Vorteile des Direkteinspritzverfahrens erhalten. Die zweite Vorteilsebene ist die bauliche Vereinfachung beim Flüssiggassystem. Der Gas-Luftmischer, der Verdampfer-Druckregler, die Kraftstoffpumpe und Einspritzdüsen für das Flüssiggas fallen weg.
Die dritte Vorteilsebene ist die regelungstechnische Vereinfachung. Weil das vorhandene Regelungssystem für den Niederdruckkraftstoff für beide Kraftstoffarten genutzt werden kann, ist ein eigenes Meß- und Regelsystem für das Flüssiggas entbehrlich und somit treten auch keine konkurrierenden Regelgrößen auf, die Einfluß auf die Zumessung der Kraftstoffmasse nehmen.
5 zeigt ebenfalls eine bivalente Ausführung der Kraftstoffdirekteinspritzung aber mit einer anderen Konfiguration des Hochdruckteile B. Hier sind Rail 7 und Hochdruckdruckregler 8 miteinander verbunden. Der überschüssige Kraftstoff wird im Niederdruckmodus über die Kraftstoffrückleitung 16 vor der Hochdruckpumpe 5 wieder in die Zuführungsleitung 20 zurückgeführt, im Mitteldruckmodus aber in den Flüssiggastank 10.
Abgebildet ist ein Kraftstoffbehälter für Flüssiggas 10, von dem eine Kraftstoffleitung 12 wegführt und ein Direkteinspritzsystem B, bestehend aus einer Hochdruckpumpe 5, einem Verteilerrohr 7 mit zu Hochdruckeinspritzventilen führenden Hochdruckleitungen 21 und einem Drucksteuerventil 8, von dem aus eine Kraftstoffrückleitung 16 vor der Hochdruckpumpe 5 in die gemeinsame Kraftstoffzuführungsleitung 20 mündet. Die Funktionsweise der Baugruppen entspricht ansonsten der 4.

1: Kraftstoffpumpe der Mitteldruckkraftstoffversorgung (LPG-System)
2: Rückschlagventil
3: Magnetventil
4: Kraftstoffpumpe der Mitteldruckkraftstoffversorgung (LPG-System)
5: Hochdruckpumpe
6: Niederdruck-Druckregler
7: Kraftstoffverteilerrohr (Common-Rail)
8: Hochdruckregler
9: 2. Kraftstoffpumpe der Niederdruckkraftstoffversorgung
10: Druckfester Tank für den Mitteldruckkraftstoff (LPG)
11: Füllleitung der Mitteldruckkraftstoffversorgung
12: Zuleitung für den Mitteldruckkraftstoff
13: Kurzschlußleitung
14: Kraftstoffkühler
15: Magnetventil in der Kurzschlußleitung
16: Rückleitung für den Niederdruckkraftstoff
17: Temperaturfühler
18: Flüssiggas (LPG)
19: Rückleitung für den Mitteldruckkraftstoff
20: Gemeinsame Kraftstoffleitung
21: Magnetventil für die Kühlmittelzuführung
22: Steuerleitung
23: Kraftstoffheizung
24: Drossel
25: Messfühler
26: Niederdruckkraftstoffleitung
: (von der Kraftstoffpumpe im Niederdruckkraftstofftank kommend)
27: Steuereinheit zur Druckerhöhung im Flüssiggasmodus
28: Pumpe

Claims

Kraftstoffdirekteinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffversorgung A, bestehend entweder aus einer Mitteldruckkraftstoffversorgung A1 (PN = 25 bar), einschließlich mitteldruckfestem Kraftstofftank (Abblasdruck des Sicherheitsventils = 30 bar) oder aus einer Mitteldruckkraftstoffversorgung A1 und einer Niederdruckkraftstoffversorgung A2 (PN = 3–4 bar), einem Hochdruckteil B, einer elektronischen Regelung C, sowie Peripherie D (z. B. Turbolader oder Abgasrückführung) dadurch gekennzeichnet, daß die Mitteldruckkraftstoffversorgung A1 oder die Mitteldruckkraftstoffversorgung A1 und die Niederdruckkraftstoffversorgung A2 ab der Koppelungsstelle von Mitteldruckteil A1 und Niederdruckteil A2 durch geeignete Verbindungssysteme mitteldruckfest (PN = 25 bar) gestaltet sind, z. B. durch Schneidringverschraubung der Kraftstoffleitungsanschlüsse und mitteldruckfeste Kraftstoffschläuche mit mitteldruckfest verpressten Schraubanschlüssen oder andere geeignete mitteldruckfeste Verbindungssysteme.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftstoff Flüssiggas 18, auch als LPG bezeichnet (LPG = Liquified-Petroleum-Gas = Propan-Butan-Gasgemisch mit unterschiedlichen Prozentanteilen, im folgenden als Mitteldruckkraftstoff bezeichnet), im flüssigen Aggregatzustand direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem. nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffversorgung des Mitteldruckteils A1 durch zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Kraftstoffpumpen 1, 4 in der Lage ist, einen Druck zu erzeugen, der, bei al-len im Betrieb am Eingang zur Hochdruckpumpe 5 auftretenden Kraftstofftemperaturen, über dem Verdampfungsdruck des Flüssiggases liegt, wobei die Kraftstoffpumpe 1 in dem druckfesten Flüssiggastank 10 (Abblasdruck 30 bar) platziert ist.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass bei einem System mit Kraftstoffniederdruckdruckregler 6 dieser direkt am Eingang zur Hochdruckpumpe 5 für den Kraftstoffkreislauf A platziert ist, und sein Öffnungsdruck entweder konstant eingestellt ist oder zwei Öffnungsdruckstufen aufweist, eine für den Ottokraftstoff und eine für das Flüssiggas oder über eine Regelung beeinflussbar ist, wobei die bestimmende Regelgröße die temperaturabhängige Dampfdruckkurve des Flüssiggases, gemessen am Eingang zu der Hochdruckpumpe, darstellt.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff vor Eintritt in den Hochdruckteil B durch eine oder mehrere Kühlvorrichtungen 14 gekühlt werden kann.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstofftemperatur durch die Kühlung regelbar ist.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung 14 von abgezweigtem, verdampfenden Flüssiggas gekühlt wird.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssiggastank 10 beheizt werden kann, z. B. durch einen im Tank 10 angebrachten elektrischen Heizstab 23 oder elektrisch beheizte Wärmematten um den Tank oder durch abgezweigte Kühlflüssigkeit oder durch die Wärme-strahlung der Abgasleitung oder andere geeignete Mittel.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssiggastank wärmeisoliert ist.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Niederdruckkraftstoffversorgung A2 einschließlich Niederdruckkraftstofftank und Kraftstoffpumpe, vor dem Hochdruckteil B so mit den Kraftstoffleitungen des Mitteldrucksystems A1 verbunden und durch, von einer Regellogik E, angesteuerte Ventile 3 wechselweise geöffnet oder verriegelt wird, dass mit nur einem Einspritzsystem B und der dazugehörigen Einspritzregelung C sowohl Flüssiggas (Mitteldruckkraftstoff) als auch, alternativ, fremdgezündete Kraftstoffe, die bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur flüssig sind (Niederdruckkraftstoffe), in den Brennraum der Brennkraftmaschine direkt und flüssig eingespritzt werden können. (Bivalentes Kraftstoffdirekteinspritzsystem)
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckkraftstoffversorgung A2 und die Mitteldruckkraftstoffversorgung A1 durch schaltbare Ventile 3 und Rückschlagventile 2 durch die Regellogik E so gegeneinander verriegelt werden, dass der Niederdruckkraftstofftank nicht mit dem höheren Druck des Mitteldruckkraftstoffsystems A1 beaufschlagt wird.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß, zur Kompensation der unterschiedlichen Kennwerte der verschiedenen Kraftstoffe, insbesondere Kraftstoffdichte oder Luftbedarfszahl, die von der Hochdruckpumpe 5 erzeugten Einspritzdrücke, gesteuert durch das Hochdruckregelventil 8, diesen Kraftstoffkennwerten entsprechend verändert werden können, falls diese unterschiedlichen Kennwerte den Regelbereich der Lambda-Sonde der Einspritzregelung überschreiten.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten aus dem Betrieb im Mitteldruckmodus in den Niederdruckmodus die Regellogik E den Druck in den von beiden Kraftstoffen durchströmten Bauteilen im Kraftstoffkreislauf A so lange auf dem Niveau des Mitteldruckkraftstoffkreislaufes A1 hält, bis der Niederdruckkraftstoff den Mitteldruckkraftstoff dort vollständig verdrängt hat.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß eine Messvorrichtung 25 beim Wechsel der Kraftstoffsorte ein Steuersignal erzeugt, welches die Öffnung der Ventile 3 in den Rückführleitungen 16 zum Niederdrucktank und die Rückführung der Kraftstoffpumpenleistung im Niederdruckkraftstoffsystem auf das für dieses System, zu diesem Zeitpunkt, notwendige Niveau, z. B. durch Abschaltung der zusätzlichen Kraftstoffpumpe 9 der Niederdruckkraftstoffversorgung A2, steuert.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoffpumpen, die für die Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff aktuell nicht benötigt werden, z. B. weil der notwendige Systemdruck von einer einzigen Pumpe erzeugt werden kann, durch die Regellogik E abgeschaltet werden, wobei die bestimmende Regelgröße wieder die Dampfdruckkurve des Flüssiggases ist.
Kraftstoffdirekteinspritzsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Kraftstoffzulauf des Niederdrucksystems A2 vor der Hochdruckpumpe 5 eine Kraftstoffleitung 13 abzweigt, die an die Rücklaufleitung für den Mitteldruckkraftstoff 19 druckfest angekoppelt wird und durch ein Ventil 15 zu öffnen und zu schließen ist, wodurch es möglich wird, dem Flüssiggas Niederdruckkraftstoff beizumischen.