DE69500678T2

DE69500678T2 - Elektronisch gesteuerter Druckregler für mit gasförmigem Brennstoff insbesondere Methan, versorgter Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69500678T2
Application number: DE69500678T
Authority: DE
Inventors: Luigi I-10126 Torino Conti
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2015-06-03
Also published as: EP0685639B1; ITTO940459A0; ES2108551T3; DE69500678D1; EP0685639A2; ITTO940459A1; IT1267437B1; EP0685639A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Druckregelungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, die mit gasfsrmigem Brennstoff, insbesondere Methan, versorgt werden.
Bei Verbrennungsmotoren dieser Art wird gasförmiger Brennstoff an den Motor entweder bei atmosphärischem Druck mittels einer Drosselklappenvorrichtung im wesentlichen ähnlich zu einem Vergaser eines Benzinmotors zugeführt oder bei einem Druck von ungefähr 7 Bar mittels einer oder mehrerer Injektorvorrichtungen. Das von der Drosselklappenvorrichtung oder den Injektoren zugeführte Gas kommt von einem Tank, wo es unter einem hohem Druck (wie z.B. ungefähr 200 Bar) aufbewart wird, über eine Druckregelungsvorrichtung, die die Funktion aufweist, den Gasdruck von dem in dem Tank herrschenden Niveau auf das Niveau zur Versorgung der Drosselklappenvorrichtung oder der Injektoren zu bringen.
Gemäß dem herkömmlichen Verfahren umfaßt diese Druckregelungsvorrichtung ein Modulationsventil, das durch eine Membranvorrichtung gesteuert wird, die auf das Vakuum in dem Motoreinlaßleitungssystem anspricht.
Der hauptsächliche Nachteil dieser bekannten Technik liegt darin, daß der Gaszuführungsdruck Pulsen unterworfen wird, im wesentlichen aufgrund der Trägheit der beweglichen Teile der Druckregelungsvorrichtung (Membran, Federn und Steuerhebel), die eine sofortige Anpassung an die sich ändernden Motorbedingungen verhindern. Zudem bewirken die Fahrzeugbeschleunigungen oft schädliche Folgen für die Druckregulation. Eine Regelungsvorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichnet ist, ist aus der JP-A-04 086 362 bekannt und besitzt den Nachteil, daß die Verringerung der Gastemperatur aufgrund der Ausdehnung in der Vorrichtung einen unregelmäßigen Betrieb der Drosselklappenvorrichtung oder der Injektoren und eine Kondensation von in dem Gas vorhandenem Dampf hervorrufen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Druckregelungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, die mit gasfsrmigem Brennstoff, insbesondere Methan, versorgt werden, zu schaffen, die in der Lage ist, die oben erwähnten Nachteile zu überwinden.
Im Hinblick auf eine Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Druckregelungsvorrichtung durch die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale gekennzeichnet.
In einer Ausführungsform umfaßt der Heizkörper einen Metallkörper mit einem inneren Durchgang, der mit dem Motorkühlkreislauf verbunden ist. Die aus dem Motor herauskommende erwärmte Flüssigkeit wird diesem inneren Durchgang zugeführt, um den Heizkörper auf einer relativ hohen Temperatur zu halten.
Das zuvor erwähnte Druckmodulationsmagnetventil kann von jeder beliebigen Art sein (Tastgradventil, Ein-Aus-Ventil, Proportionalventil) und wird durch das elektronische Steuermittel angesteuert, das gegebenenfalls durch die herkömmliche elektronische Steuereinheit aufgebaut sein kann, die dem Verbrennungsmotor mit Brennstoffinjektion zugeordnet ist.
Die Erfindung ist auf die Brennstoffversorgung einer jeglichen Art von Motor, entweder des Zweitakt- oder des Viertakttyps, und auf jegliches Brennstoffzuführungssystem anwendbar, d.h. entweder ein Zuführungssystem mit Drosselklappenvorrichtung oder mit einem einzigen Injektor, der in dem Einlaßleitungssystem angeordnet ist, oder mit einer Vielzahl von Injektoren, die den verschiedenen Einlaßleitungen des Motorzylinders oder direkt den Verbrennungskammern des Zylinders zugeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich wesentlich vom Stand der Technik, da sie keine beweglichen Teile aufweist und durch das elektronische Steuermittel so steuerbar ist, daß Vorteile in dem Gaszuführungssystem im Hinblick auf ein schnelles Ansprechen und ein genaues Dosieren geschaffen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in bezug auf die begleitende Zeichnung deutlich werden, die nur zur Veranschaulichung eines nicht beschränkenden Beispiels angegeben ist und teilweise im Querschnitt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
In bezug auf die Zeichnung bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Hochdruck-Methan-Tank (200 Bar), dessen Ausgang durch ein Absperrventil 3 und eine Leitung 4 mit einer erfindungsgemäßen Druckregelungsvorrichtung 5 verbunden werden kann, die einen mit einem System zur Zuführung von Methan an einen Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) verbundenen Ausgang 6 aufweist. Wie bereits gezeigt, kann das Zuführungssystem von jeglicher bekannter Art sein, beispielsweise mit einer Drosselklappenvorrichtung, in der das Methan bei atmosphärischem Druck zugeführt wird, oder mit einem oder mehreren Injektoren, wobei in diesem Fall der Einspeisungsdruck des Methans ungefähr 7 Bar ist.
Die Druckregelungsvorrichtung 5 besitzt den Zweck, den Druck des Methans von dem hohen Wert, unter dem das Methan in dem Tank 1 gespeichert ist, auf den Wert des Zuführungsdrucks zu bringen unter Vermeidung von Pulsen dieses Einspeisungsdrucks, die in den bekannten Vorrichtungen auftreten.
Die Druckregelungsvorrichtung besitzt einen im wesentlichen zylindrischen Körper 7 mit einem rohrförmigen Element 8 mit einem inneren zylindrischen Hohlraum 9, der an seinen Enden durch zwei Abdeckungen 10, 11 abgeschlossen ist, die an Endflanschen 8a, 8b des rohrförmigen Körpers 8 durch Schrauben, von denen nur die Achsen 12 gezeigt sind, befestigt sind.
Die Endabdeckung 10 haltert auffreitragende Weise innerhalb des Hohlraums 9 einen Heizkörper 13 mit im wesentlichen zylindrischer Form mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Hohlraums 9. Der Heizkörper 13 weist einen inneren Durchgang auf, der durch öffnungen 10, 15, 16 bestimmt ist und dessen Enden jeweils mit einer Einlaßöffnung 17 und einer Auslaßöffnung 18 für das Motorenkühlmittel in Verbindung stehen. Diese Flüssigkeit kommt zur Einlaßöffnung 17, nachdem sie den Motor gekühlt hat und folglich eine relativ hohe Temperatur besitzt, und kommt aus der Öffnung 18 heraus, um zurück zu dem Motor zu fließen, um somit den Heizkörper 13 auf einer relativ hohen Temperatur zu halten. Dieser Körper weist an seinem Ende gegenüberliegend zu der Abdeckung 10 einen vergrößerten Kopf 13a auf, der einen eingeschnürten, ringförmigen Durchgang 19 zusammen mit der Wand des Hohlraums 9 bestimmt. Der eingeschnürte Durchgang 19 verbindet eine erste Kammer 20, die durch den ringförmigen Raum zwischen dem Heizkörper 13 und der Wand des Hohlraums 9 gebildet wird, mit einer zweiten Kammer 21, die durch den verbleibenden Teil des Hohlraums 9 gebildet wird.
Der Körper 7 der Druckregelungsvorrichtung weist eine erste Öffnung 22 auf, die in der Wand des rohrförmigen Körpers 8 ausgebildet ist, zur Verbindung der Kammer 20 mit dem Hochdruckgastank 1 und eine zweite Öffnung 23 zur Verbindung der Kammer 21 mit der Leitung 7 zum Zuführen des Gases zu dem Motor. An dem rohrförmigen Element 8 ist der Körper eines Druckmodulationsmagnetventils 24 angebracht, das in der Verbindung zwischen der Öffnung 22 und der Leitung 4, die aus dem Hochdruckgastank 1 kommt, eingefügt ist. Das Magnetventil 24 kann von jeglicher Art sein (Tastgrad, Ein-Aus, Proportional) und wird durch eine elektronische Steuereinheit 25 gemäß einer Rückkopplungsschleifenlogik angesteuert in Abhängigkeit von dem Signal, das von einem Drucksensor 26 innerhalb der Kammer 21 kommt, um den Druck in der Kammer 21 bei einem konstanten vorbestimmten Pegel (z.B. bei atmosphärischem Druck oder bei einem Druck von 7 Bar) zu halten.
Beim Betrieb geht das aus dem Hochdrucktank 1 herauskommende Gas durch die Leitung 4 zu dem Magnetventil 24, das den Gasfluß zur öffnung 22 steuert, und von dem letzteren durch die Kammer 20, den ringförmigen eingeschnürten Durchgang 19 und die Kammer 21 zu der Auslaßöffnung 23, von der aus das Gas an einer Leitung 6 ankommen kann, die mit dem System zur Zuführung des Gases zum Motor verbunden ist.
Die Abkühlung, der das Gas als Folge seiner Ausdehnung durch das Magnetventil 24 unterworfen sein wird, wird durch den Heizkörper 13 ausgeglichen, der die Wärme des Motorskühlmittels ausnützt.
Wie bereits angedeutet wurde, l"st die erfindungsgemäße Vorrichtung das Problem des Ausschließens von Druckpulsen in dem dem Motor zugeführten Gas, das Problem seiner Temperaturverringerung als Folge der Ausdehnung, der es ausgesetzt ist, um von dem hohen Speicherdruck innerhalb des Tanks 1 auf den Verwendungsdruck zu kommen, und das Ganze mit einem relativ einfachen und billigen Aufbau.
Die Zuordnung eines Magnetventils 24 zu einer elektronischen Steuerung, die mit dem Drucksensor 26 in einer Rückkopplungsschleife arbeitet, stellt die Effizienz der Vorrichtung sicher. Das Magnetventil 24 kann mit weiteren Sensoren, die bei der Steuerung des Motors verwendet werden, in Beziehung gesetzt werden.

Claims

1. Eine Druckregelungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, die mit gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Methan, versorgt werden, mit:

einem Hohlkörper (7) mit einer ersten und einer zweiten Kammer (20, 21), die miteinander über eine eingeschnürte Verbindung (19) miteinander in Verbindung stehen, und mit einer ersten Öffnung (22) zur Verbindung der ersten Kammer (20) mit einem Hochdruckgastank (1) und einer zweiten Öffnung (23) zur Verbindung der zweiten Kammer (21) mit dem System zur Gaszuführung zu dem Motor,

einem Drucksensormittel (26), das mit der zweiten Kammer (21) in Beziehung steht, zum Detektieren des Drucks in der zweiten Kammer,

einem Druckmodulationsmagnetventil (24), und

einem elektronischen Steuermittel (25) mit einer Rückkopplungsschleifenlogik zum Ansteuern des Druckmodulationsmagnet ventus (24) als Funktion des aus dem Drucksensormittel (26) herauskommenden Signals und von jeglichem anderem Signal, das für die Motorbetriebsbedingungen repräsentativ ist, um zu bewirken, daß das aus der zweiten Öffnung (23) herauskommendes Gas bei einem vorbestimmten Druck niedriger als der Druck des Tanks und im wesentlichen frei von Pulsen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmodulationsmagnetventil (24) in der Verbindung zwischen der ersten Öffnung (22) und dem Hochdruckgastank eingefügt ist, und daß in der ersten Kammer (20) ein Heizkörper (13) angeordnet ist, der koaxial in dem Hohlraum (9) des Hohlkörpers der Regelungsvorrichtung (7) angeordnet ist und einen vergrößerten Endkopf (13a) aufweist, der zusammen mit der Wand (9) des Hohlraums (9) die eingeschnürte ringförmige Verbindung (19) bestimmt, die den ringförmigen Raum, der zwischen dem Heizkörper (13) und der Wand des Hohlraums (9) bestimmt ist und der die erste Kammer (20) bildet, von dem verbleibenden Teil des Hohlraums (9), der die zweite Kammer (21) bildet, trennt.

2. Regelungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (13) durch einen Metallkörper mit einem inneren Durchgang (14, 15, 16), der mit dem Motorkühlkreislauf verbunden ist, gebildet ist.

3. Regelungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (7) der Regelungsvorrichtung (5) ein rohrförmiges Element (8) umfaßt, das mit zwei Endabdeckungen (10, 11) versehen ist, wobei an einer davon (10) der Heizkörper (13) freitragend einseitig befestigt ist, wobei die gegenüberliegende Abdeckung (11) die zweite Öffnung (23) aufweist, und wobei die erste Öffnung (22) in der Wand des rohrförmigen Elements (8) ausgebildet ist.