DE202015100650U1 - Device for providing an additional fuel in gaseous state - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung, um einem Dieselmotor einen Zusatzkraftstoff in gasförmigem Zustand bereitzustellen, wobei die Vorrichtung umfasst: – einen Kraftstoffeinlass zum Aufnehmen des Zusatzkraftstoffs; – einen Kraftstoffauslass, um den Zusatzkraftstoff in im Wesentlichen gasförmigem Zustand bereitzustellen; – ein Ventilmodul zum Steuern eines Kraftstoffstroms vom Kraftstoffeinlass zum Kraftstoffauslass; – einen ersten Kraftstoffkanal zwischen dem Kraftstoffeinlass und dem Ventilmodul; – ein Heizmodul zum Heizen von Kraftstoff im ersten Kraftstoffkanal; – einen Steuereingang zum Aufnehmen eines Einlassluftsignals, wobei das Signal Informationen über einen Luftstrom in den Dieselmotor bereitstellt; wobei der Steuereingang mit dem Ventilmodul verbunden ist, um das Ventil so zu steuern, dass ein positives Verhältnis zwischen dem Luftstrom und dem Kraftstoffstrom eingestellt wird.Apparatus for providing an auxiliary fuel in the gaseous state to a diesel engine, the apparatus comprising: - a fuel inlet for receiving the supplemental fuel; A fuel outlet to provide the supplemental fuel in a substantially gaseous state; A valve module for controlling fuel flow from the fuel inlet to the fuel outlet; A first fuel passage between the fuel inlet and the valve module; A heating module for heating fuel in the first fuel passage; A control input for receiving an intake air signal, the signal providing information about an air flow into the diesel engine; wherein the control input is connected to the valve module to control the valve so that a positive relationship between the air flow and the fuel flow is adjusted.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Aspekte beziehen sich auf Systeme zur Kraftstoffversorgung von Dieselmotoren und Systeme, um Dieselmotoren mit einem Kraftstoffzusatz in gasförmigem Zustand zu versorgen.Aspects relate to systems for fueling diesel engines and systems to supply diesel engines with a gaseous fuel additive.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Dieselmotoren stoßen Kohlendioxid und Schadstoffe wie zum Beispiel Feinstaub aus. Zunehmende Lobbyanstrengungen aufseiten von Umweltorganisationen haben Gesetzgeber dazu bewegt, Maßnahmen einzuführen, die darauf abzielen, den Ausstoß dieser Substanzen zu reduzieren. Dies hat zur Entwicklung und Herstellung von saubereren Lastkraftwagen und anderen dieselmotorbetriebenen Fahrzeugen geführt. Es besteht jedoch immer noch ein Altbestand von Fahrzeugen und anderen dieselbetriebenen Maschinen, bei denen es sehr wünschenswert wäre, dass sie auf einem saubereren Niveau und mit einem geringerem Ausstoß von Kohlendioxid arbeiten.Diesel engines emit carbon dioxide and pollutants such as particulate matter. Increasing lobbying by environmental organizations has led lawmakers to introduce measures aimed at reducing their emissions. This has led to the development and manufacture of cleaner trucks and other diesel powered vehicles. However, there is still a legacy of vehicles and other diesel-powered machinery where it would be highly desirable for them to operate at a cleaner level and with lower carbon dioxide emissions.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Vorzugsweise wird eine Vorrichtung zur Verbesserung des Betriebs von Dieselmotoren bereitgestellt.Preferably, an apparatus for improving the operation of diesel engines is provided.
Ein erster Aspekt stellt eine Vorrichtung bereit, um einem Dieselmotor einen Zusatzkraftstoff in gasförmigem Zustand bereitzustellen. Die Vorrichtung weist einen Kraftstoffeinlass zum Aufnehmen des Zusatzkraftstoffes in im Wesentlichen flüssigem Zustand auf; einen Kraftstoffauslass, um den Zusatzkraftstoff in im Wesentlichen gasförmigem Zustand bereitzustellen, und ein Ventilmodul zum Steuern eines Kraftstoffstroms vom Kraftstoffeinlass zum Kraftstoffauslass. Die Vorrichtung umfasst darüber hinaus einen ersten Kraftstoffkanal zwischen dem Kraftstoffeinlass und dem Ventilmodul, ein Heizmodul zum Heizen von Kraftstoff im ersten Kraftstoffkanal, einen Steuereingang zum Aufnehmen eines Einlassluftsignals, wobei das Signal Informationen über einen Luftstrom in den Dieselmotor bereitstellt. In dieser Vorrichtung ist der Steuereingang mit dem Ventilmodul verbunden, um das Ventil so zu steuern, dass sich ein positives Verhältnis zwischen dem Luftstrom und dem Kraftstoffstrom einstellt.A first aspect provides an apparatus for providing additional fuel in a gaseous state to a diesel engine. The device has a fuel inlet for receiving the supplemental fuel in a substantially liquid state; a fuel outlet to provide the supplemental fuel in a substantially gaseous state; and a valve module for controlling fuel flow from the fuel inlet to the fuel outlet. The apparatus further includes a first fuel passage between the fuel inlet and the valve module, a heating module for heating fuel in the first fuel passage, a control input for receiving an intake air signal, the signal providing information about an air flow into the diesel engine. In this device, the control input is connected to the valve module to control the valve so that a positive relationship between the air flow and the fuel flow is established.
Experimente haben gezeigt, dass diese Vorrichtung, wenn sie an einen Dieselmotor angeschlossen ist, zu einem um bis zu 20% geringeren Kraftstoffverbrauch führt. Dies ergibt einen geringeren Ausstoß von Kohlendioxid. Der Luftstrom in den Motor ist ein Maß für eine vom Motor verbrannte Menge an Kraftstoff wie zum Beispiel Dieselkraftstoff. Durch Einstellen der Menge an Gas, die dem Dieselmotor im Ansprechen auf einen Luftstrom bereitgestellt wird, wird mehr gasförmiger Kraftstoff zugeführt, wenn mehr Diesel bereitgestellt wird. Somit ist ein positives Verhältnis zwischen dem Dieselverbrauch und der Gasversorgung hergestellt. Mittels des den Kanal umgebenden Heizmoduls, das als Verdampfungsmodul wirkt, wenn Gas in einem flüssigen Zustand bereitgestellt wird, wird die Rückumwandlung des gasförmigen Kraftstoffs in einen flüssigen Zustand verhindert.Experiments have shown that this device, when connected to a diesel engine, results in up to 20% lower fuel consumption. This results in a lower emission of carbon dioxide. The flow of air into the engine is a measure of an amount of fuel burned by the engine, such as diesel fuel. By adjusting the amount of gas provided to the diesel engine in response to airflow, more gaseous fuel is supplied as more diesel is provided. Thus, a positive relationship between the diesel consumption and the gas supply is established. By means of the heating module surrounding the channel, which acts as an evaporation module when gas is provided in a liquid state, the back conversion of the gaseous fuel to a liquid state is prevented.
In einer Ausführungsform weist der Steuereingang eine Öffnung auf. Des Weiteren umfasst das Ventilmodul eine flexible Membran, eine erste Membrankammer, die an einer ersten Seite der Membran vorgesehen ist, eine zweite Membrankammer, die an einer zweiten Seite der Membran vorgesehen ist, und ein erstes Ventil, über das der erste Kraftstoffkanal mit der zweiten Membrankammer verbunden ist, wobei das Ventil in Wirkverbindung mit der Membran steht, um den Betrieb des Ventils zu steuern. Die Vorrichtung weist darüber hinaus einen Steuerkanal auf, der den Steuereingang mit der ersten Membrankammer verbindet.In one embodiment, the control input has an opening. Furthermore, the valve module comprises a flexible diaphragm, a first diaphragm chamber provided on a first side of the diaphragm, a second diaphragm chamber provided on a second side of the diaphragm, and a first valve via which the first fuel passage communicates with the second Diaphragm chamber is connected, wherein the valve is in operative connection with the membrane to control the operation of the valve. The device also has a control channel which connects the control input to the first diaphragm chamber.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass sie ohne jegliche elektrische oder elektronische Elemente zum Steuern des Betriebs der Vorrichtung aufgebaut werden kann. Es können elektrisch betriebene Sicherheitsventile eingesetzt werden und auch erwünscht sein, wobei diese jedoch für den Betrieb der Vorrichtung nicht unbedingt erforderlich sind. Indem Luftströme und eine Membran verwendet werden, die mit dem Ventil so verbunden ist, dass es den Kraftstoffstrom steuert, kann eine Verbindung auf mechanische Art und Weise hergestellt werden.An advantage of this embodiment is that it can be constructed without any electrical or electronic elements for controlling the operation of the device. Electrically operated safety valves can be used and also desired, but these are not absolutely necessary for the operation of the device. By using air streams and a diaphragm connected to the valve to control the fuel flow, a connection can be made in a mechanical manner.
In einer anderen Ausführungsform ist die erste Seite der Membran zur zweiten Seite der Membran entgegengesetzt, und das Ventil und die Membran sind so verbunden, dass das Ventil einen erhöhten Kraftstoffstrom vom ersten Kraftstoffkanal zur zweiten Membrankammer zulässt, wenn ein erster Druck in der ersten Membrankammer relativ zu einem zweiten Druck in der zweiten Membrankammer ansteigt.In another embodiment, the first side of the diaphragm is opposed to the second side of the diaphragm and the valve and diaphragm are connected such that the valve permits increased fuel flow from the first fuel channel to the second diaphragm chamber when a first pressure in the first diaphragm chamber is relative rises to a second pressure in the second diaphragm chamber.
Diese Ausführungsform funktioniert am besten bei einem Turbodieselmotor. Der Steuereingang ist an den Lufteinlass zwischen dem Turbokompressor und dem Dieselmotor angeschlossen. Die Membran und damit das Ventil arbeitet im Ansprechen auf den Turbodruck, der wiederum ein Maß für die angesaugte Luftmenge ist. Dies hat sich als einfache, aber dennoch effektive Möglichkeit zur Verbesserung bestimmter Leistungscharakteristika eines Dieselmotorsystems erwiesen.This embodiment works best with a turbo diesel engine. The control input is connected to the air inlet between the turbocharger and the diesel engine. The diaphragm and thus the valve operates in response to the turbo pressure, which in turn is a measure of the intake air quantity. This has proven to be a simple yet effective way to improve certain performance characteristics of a diesel engine system.
In noch einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts weist das Heizmodul einen Heizeinlass, einen Heizauslass und einen Heizkanal auf, der zwischen dem Heizeinlass und dem Heizauslass vorgesehen ist und dazu dient, ein Heizfluid zum Heizen von Kraftstoff im ersten Kraftstoffkanal aufzunehmen. In still another embodiment of the first aspect, the heating module has a heating inlet, a heating outlet and a heating channel provided between the heating inlet and the heating outlet and serving to receive a heating fluid for heating fuel in the first fuel channel.
Bei dieser Ausführungsform wird Wärmeenergie, die ohnehin in einem Motorsystem vorhanden ist, zum Heizen des Kraftstoffeinlasses der Vorrichtung verwendet. Das ist energieeffizient. Wenn ferner flüssiges Propangas verwendet wird, verbieten sich in bestimmten Rechtsprechungsräumen elektrische Mittel zum Heizen. Diese Ausführungsform bietet eine Lösung für solche gesetzlichen Bestimmungen.In this embodiment, heat energy, which is present anyway in an engine system, is used to heat the fuel inlet of the device. That's energy efficient. Further, when liquid propane gas is used, electrical means for heating are prohibited in certain jurisdictions. This embodiment provides a solution to such legal regulations.
In noch einer weiteren Ausführungsform weist das Ventilmodul auf: ein erstes Ventil, über das der erste Kraftstoffkanal mit der zweiten Membrankammer verbunden ist, und ein elektromechanisches Stellglied, das in Wirkverbindung mit dem Ventil und dem Steuereinlass steht. Der Steuereinlass weist einen elektrischen Anschluss auf, und das erste Ventil steht in Wirkverbindung mit dem elektromechanischen Stellglied, um den Betrieb des Ventils zum Steuern des Kraftstoffstroms zu steuern.In yet another embodiment, the valve module comprises a first valve via which the first fuel passage is connected to the second diaphragm chamber, and an electromechanical actuator operatively connected to the valve and the control inlet. The control inlet has an electrical connection and the first valve is in operative communication with the electromechanical actuator to control operation of the valve to control fuel flow.
Während eine rein mechanische Lösung Vorteile vom Gesichtspunkt der Einfachheit, Wartungsfreundlichkeit und Kosteneffizienz her hat, ermöglicht eine elektronische Lösung die Verwendung mehrerer Eingangsparameter. Ein Grund hierfür besteht darin, dass ein solches elektromechanisches Stellglied von einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor gesteuert werden kann, in den zahlreiche Parameterbeträge eingespeist werden können. Bei solchen Parametern kann es sich um das Motorantriebswellendrehmoment, die Umdrehungszahl der Motorantriebswelle pro Minute, die Lufttemperatur, Motortemperatur und viele weitere Parameter handeln. Dies ermöglicht eine Optimierung des Leistungsverhaltens.While a purely mechanical solution has advantages in terms of simplicity, ease of maintenance and cost efficiency, an electronic solution allows the use of multiple input parameters. One reason for this is that such an electromechanical actuator can be controlled by a microcontroller or microprocessor into which numerous parameter amounts can be fed. Such parameters may include motor drive shaft torque, motor drive shaft RPM, air temperature, engine temperature, and many other parameters. This allows optimization of the performance.
Ein zweiter Aspekt stellt ein Dieselmotorsystem bereit. Das System weist einen Dieselmotor mit einem Dieseleinlass und einem Motorlufteinlass und die Vorrichtung nach dem ersten Aspekt auf. Bei diesem System ist der Kraftstoffauslass mit dem Motorlufteinlass verbunden, und der Steuereinlass steht in Wirkverbindung mit dem Motorlufteinlass, um Informationen über einen Luftstrom in den Dieselmotor zu erlangen.A second aspect provides a diesel engine system. The system includes a diesel engine with a diesel intake and an engine air intake, and the apparatus of the first aspect. In this system, the fuel outlet is connected to the engine air intake, and the control inlet is operatively connected to the engine air intake to obtain information about airflow into the diesel engine.
Während einige duale Kraftstoffsysteme – Gas und Diesel – dem Motor Gas zusammen mit Diesel über denselben Eingang oder einen separaten Eingang des Motors zuführen, wird bei diesem Aspekt dem Motor der gasförmige Kraftstoff über den Lufteinlass bereitgestellt. Dies erfordert nur minimale Modifikationen am Motor und dem umgebenden System.While some dual fuel systems - gas and diesel - supply gas to the engine along with diesel via the same input or a separate input to the engine, in this aspect the gaseous fuel is provided to the engine via the air inlet. This requires only minimal modifications to the engine and the surrounding system.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die verschiedenen Aspekte und deren Ausführungsformen werden nun in Verbindung mit Figuren näher erläutert.The various aspects and their embodiments will now be described in more detail in conjunction with figures.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
In
Der Lufteinlass
Das Dieselmotorsystem
Der Membranzapfen
Der obere Teil
Der untere Teil
Wie unmittelbar vorstehend erörtert, fließt im Betrieb erwärmtes Kühlmittel vom Dieselmotor
Wie erläutert, ist das Ventil
Während des Betriebs ist bei einem statischen Betrieb der Druck in der ersten Druckkammer
Vorzugsweise ist die Kombination aus dem Ventil
Ein Gasauslassanschluss
Das Gaszufuhrmodul
Das Steuermodul
Dies ermöglicht einen sicheren Betrieb des Gaszufuhrmoduls
Als praktisches Beispiel ist das Dieselmotorsystem
Die bisher offenbarten Ausführungsformen verwenden den Turbodruck zum Steuern der Gaszufuhr. Bei einem Motorsystem, das einem Dieselmotor Luft unter Atmosphärendruck bereitstellt, werden solche Ausführungsformen möglicherweise nicht funktionieren. In einer derartigen Situation kann eine über den Lufteinlass des Dieselmotors angesaugte Luftmenge auf andere Art gemessen werden. Ein solches Verfahren kann sich eines Durchflussmessers wie zum Beispiel eines Pitot-Rohrs oder eines massebezogenen Luftmengenmessers bedienen. Der Durchflussmesser kann mit der Membran einer vorstehend erläuterten Vorrichtung oder Ausführungsformen hiervon verbunden sein. Falls ein Pitot-Rohr eingesetzt wird, entsteht im Rohr ein Unterdruck, wobei der Druck abnimmt, wenn der erfasste Durchfluss zunimmt. Dieser mechanische Zusammenhang kann dazu verwendet werden, die Membran eines Gaszufuhrmoduls mechanisch anzutreiben. Das Ventil eines derartigen Gaszufuhrmoduls würde sich öffnen, wenn ein Druck in einer Zufuhrkammer größer wäre als der Druck in einer an das Pitot-Rohr angeschlossenen Erfassungskammer.The previously disclosed embodiments use the turbo-pressure to control the gas supply. In an engine system that provides air under atmospheric pressure to a diesel engine, such embodiments may not work. In such a situation, a quantity of air sucked in via the air inlet of the diesel engine can be measured in a different way. Such a method may utilize a flow meter such as a pitot tube or a mass air flow meter. The flowmeter may be connected to the membrane of an apparatus or embodiments described above, or embodiments thereof. If a Pitot tube is used, a negative pressure is created in the tube, the pressure decreasing as the detected flow increases. This mechanical relationship can be used to mechanically drive the diaphragm of a gas delivery module. The valve of such a gas delivery module would open if a pressure in a supply chamber were greater than the pressure in a detection chamber connected to the pitot tube.
Im Falle anderer Strömungssensoren, aber in dem vorstehenden Fall, könnte der erfasste Luftstrom oder eine erfasste Einheit, die bezeichnend für eine Menge des Luftstroms ist, in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Das elektrische Signal würde verarbeitet und dazu verwendet werden, ein Ventil zu betätigen, welches den Gasstrom zum Lufteinlass
Ausdrücke wie „aufweisen”, „umfassen”, „beinhalten”, „enthalten”, „ist” und „hat/haben” sind bei Interpretierung der Beschreibung und ihrer zugehörigen Ansprüche in einer nicht ausschließlichen Art und Weise auszulegen, genauer gesagt so aufzufassen, dass auch das Vorhandensein anderer Elemente oder Komponenten zulässig ist, die nicht explizit definiert sind. Die Bezugnahme auf den Singular sollte auch als Bezugnahme auf den Plural aufgefasst werden, und umgekehrt.Terms such as "comprise," "include," "include," "contain," "is," and "have / have" are to be construed in a non-exclusive manner when interpreting the description and its appended claims, and to be more particularly understood that the presence of other elements or components that are not explicitly defined is allowed. The reference to the singular should also be construed as a reference to the plural, and vice versa.
Wenn es heißt, dass ein Element wie zum Beispiel eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat als „an”, „auf” einem Element befindlich oder „mit” einem anderen Element „verbunden” ist, dann wird in der vorstehenden Beschreibung davon ausgegangen, dass sich das Element entweder direkt am anderen Element befindet bzw. mit diesem verbunden ist, aber auch dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können.If it is said that an element such as a layer, a region or a substrate is "on", "on" an element or "connected" to another element, then it is assumed in the above description that that the element is either directly on the other element or is connected to this, but also intermediate elements may be present.
Darüber hinaus kann die Erfindung auch mit weniger Komponenten als in den hier dargestellten Ausführungsformen ausgeführt sein, wobei eine Komponente dann mehrere Funktionen übernimmt. Die Erfindung kann aber auch unter Verwendung einer größeren Anzahl an Elementen verwirklicht werden, als in den Figuren dargestellt sind, wobei die Funktionen, die von einer Komponente in der Ausführungsform übernommen werden, dann auf mehrere Komponenten verteilt sind.In addition, the invention may also be embodied with fewer components than in the embodiments shown here, wherein a component then performs several functions. However, the invention can also be realized using a larger number of elements than shown in the figures, the functions which are taken over by a component in the embodiment then being distributed over several components.
Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen, dass verschiedene, in der Beschreibung dargelegte Parameter modifiziert und verschiedene offenbarte und/oder beanspruchte Ausführungsformen kombiniert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.Those skilled in the art will readily appreciate that various parameters set forth in the specification can be modified and various disclosed and / or claimed embodiments combined without departing from the scope of the invention.
Die Bezugszeichen in den Ansprüchen sollen den Umfang der Ansprüche nicht einschränken, sondern sind lediglich eingefügt, um die Lesbarkeit der Patentansprüche zu verbessern.The reference signs in the claims are not intended to limit the scope of the claims, but are merely included to enhance the readability of the claims.
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