DE69901564T2

DE69901564T2 - Brennstoffsystem für flüssiggas

Info

Publication number: DE69901564T2
Application number: DE69901564T
Authority: DE
Inventors: Alfons Jaasma
Original assignee: Vialle Beheer BV
Current assignee: Vialle Alternative Fuel Systems BV
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: EP1095214B1; KR100427844B1; NL1009528C2; KR20010053291A; AU745799B2; WO2000000732A1; DE69901564D1; AU4659999A; EP1095214A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem für einen durch Flüssiggas getriebenen Verbrennungsmotor, umfassend einen Vorratstank für das Flüssiggas, eine Pumpe in Verbindung mit dem Inhalt des Vorratstanks, mit welcher Pumpe eine Versorgungsleitung verbunden ist, welche Versorgungsleitung am anderen Ende mit mindestens einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Flüssiggas in den Motor verbunden ist, wobei Drucksteuereinrichtungen vorhanden sind, welche die durch die Pumpe in der Versorgungsleitung gelieferte Druckerhöhung steuern und eine Steuereinheit umfassen.
Ein System von diesem Typ ist in der JP 60-222550A offenbart. In diesem bekannten System wird der Druck in der Versorgungsleitung um einen konstanten Wert über den Tankdruck erhöht. Erhöhen des Drucks mit Hilfe einer Pumpe ist notwendig, um eine vorzeitige Verdampfung des Flüssiggases, wie z. B. LPG, zu verhindern. Immerhin rufen Dampfblasen eine Unterbrechung des Betriebs des Motors hervor, weil die eingeleitete Kraftstoffmenge dramatisch sinkt, was zur Folge hat, dass keine zündfähige Mischung mehr vorhanden ist. Bei höherer Temperatur steigt der Druck im Tank an, und durch Steuern der angebrachten Drucksteuereinrichtung als Funktion dieses erhöhten Drucks bleibt der Zusatzdruck konstant. Eine andere Veröffentlichung, in der dies beschrieben ist, ist die japanische Patentanmeldung 62-243956A.
Es werden den Einspritzeinrichtungen, die zur Einspritzung in Verbrennungsmotoren verwendet werden, beträchtliche Anforderungen auferlegt. Immerhin wird der Bereich, über den solche Einspritzeinrichtungen zu arbeiten haben, zunehmend weiter, da die Leistung von solchen Motoren zunehmend höher wird und der Leerlaufverbrauch von solchen Motoren sogar niedriger wird. Dieser Bereich liegt zwischen Leerlauf und maximaler Leistung. Diese maximale Leistung wird mit verhältnismäßig hohen Drehzahlen erreicht, so dass die Zeit zur Einspritzung verhältnismäßig kurz ist.
Dies bedeutet, dass dem dynamischen Bereich von solchen Einspritzeinrichtungen beträchtliche Anforderungen auferlegt werden. Dieser dynamische Bereich wird durch das sogenannte Arbeitsbereichsverhältnis angezeigt, das der Quotient des abzugebenden maximalen Stroms und des abzugebenden minimalen Stroms ist. Diese Anforderungen können für Einspritzeinrichtungen für Benzinmotoren erfüllt werden, wo der Druck auf dem Kraftstoffverteilerrohr, d. h. der Versorgungsleitung, im Wesentlichen konstant ist. Wenn Flüssiggas eingespritzt wird, wird dieser dynamische Bereich sogar weiter erhöht, weil der Druck in der Versorgungsleitung im absoluten Sinn variiert. Wie oben beschrieben, variiert der Druck im Vorratstank als Funktion der Temperatur, und infolge der Kopplung des absoluten Drucks im Versorgungssystem mit dem absoluten Druck im Tank variiert dieser Druck auch. Infolgedessen werden den dynamischen Eigenschaften der Einspritzeinrichtung Anforderungen auferlegt, die man unmöglich erfüllen oder praktisch unmöglich erfüllen kann. Im Fall von Benzinmotoren, wo es eine einzelne Einspritzung für jeden Zylinder gibt, wird die Länge der Einlassrohre für den betreffenden Zylinder häufig so gewählt, dass sie so lang ist, dass eingespritztes Benzin sich niemals zu einem anderen Einlass eines anderen Zylinders bewegen kann, was zur Folge hat, dass der Einspritzzyklus für einen Viertaktmotor 720º, d. h. praktisch kontinuierlich, sein kann. Jedoch hat es wegen Umweltüberlegungen in den letzten Jahren eine zunehmende Verwendung von sequenzieller Einspritzung gegeben, bei der eine Einspritzung nur während der tatsächlichen Bewegung der Luftsäule durch die Einlassleitung stattfindet, d. h. der Zeit, während welcher das Einlassventil offen ist. Entsprechend Entwicklungen sogar noch neueren Datums ist dieser Bereich selbst weiter reduziert, um eine Verbrennung zu optimieren. Die Folge von allem diesem ist, dass die zur Einspritzung verfügbare Zeit abnimmt und dass Einspritzeinrichtungen zunehmend strengere Anforderungen auferlegt werden.
Das US-Patent 5 479 906 offenbart ein Kraftstoffsystem für Kraftstoff in Dampfform. Bei diesem System wird etwas Kraftstoff durch Einspritzeinrichtungen eingeleitet. Dies wird über eine Pumpe bewerkstelligt, wobei eine Rückführleitung angebracht ist. Eine Kraftstoffeinspritzung findet mit dem Kraftstoff in der Flüssigphase statt. Um zu vermeiden, dass die Temperatur im Tank als Folge der in der Pumpe geleisteten Arbeit zu sehr ansteigt, wird vorgeschlagen, eine Entlüftungsleitung oben auf dem Kraftstofftank einzurichten, mittels welcher Entlüftungsleitung Kraftstoff in Dampfform in den Einlasskanal des Verbrennungsmotors eingeleitet werden kann. Infolge des Übergangs von Flüssigkeit zu Dampf im Tank sinkt die Temperatur des Tanks. Es wird angegeben, dass der Druck im Kraftstoffversorgungsverteilerrohr für die Einspritzeinrichtungen als Funktion des gewünschten Auslassdrucks gesteuert werden kann. Wenn der Druck im Tank ansteigt, verdampft Flüssigkeit im Tank, genauso wie im Fall, wenn die Temperatur im Tank ansteigt, und wird über den separaten Kreis verbrannt.
Es ist aus der PCT-Anmeldung WO 92/08886 bekannt, die Druckdifferenz zwischen dem Tank und der Einspritzeinrichtungsleitung konstant zu halten.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, moderne Systeme dieses Typs realisieren zu können, wobei vorhandene Einspritzeinrichtungen verwendet werden, die größtenteils auf Benzin/Dieselmotortechnologie basieren, d. h. einen entsprechenden dynamischen Bereich aufweisen. Mit anderen Worten, das Ziel ist es, Einspritzeinrichtungen von einem beschränkten dynamischen Bereich zu verwenden und doch noch Flüssigkraftstoff in Verbrennungsmotoren einzuspritzen.
Dieses Ziel wird mit einem Kraftstoffsystem wie oben beschrieben verwirklicht, dadurch dass die Drucksteuereinrichtungen so konstruiert sind, dass die Druckerhöhung abnimmt, wenn der absolute Druck im Tank zunimmt.
Mittels dieser Maßnahme ist die Variation im absoluten Druck in der Versorgungsleitung bemerkenswert kleiner, was zur Folge hat, dass ein beschränkterer dynamischer Bereich der Einspritzeinrichtung oder Einspritzeinrichtungen ausreichen kann. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo z. B. eine konstante Druckerhöhung von z. B. 5 Atmosphären durch die Pumpe erzeugt wurde, variiert gemäß der Erfindung die Druckerhöhung z. B. als Funktion der Temperatur. Wenn die Temperatur hoch ist, d. h. der Druck im Innern des Vorratstanks hoch ist, ist die absolute Druckerhöhung verhältnismäßig niedrig, während bei einer tieferen Temperatur, d. h. tieferen Druck im Tank, die Druckerhöhung größer ist. Es versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale so realisiert sind, dass es kein Risiko einer Dampfblasenbildung in der Versorgungsleitung oder Einspritzeinrichtungen selbst bei der höchsten Temperatur gibt, d. h. der niedrigsten Druckerhöhung. Dies trifft auch im Fall von speziellen Betriebsbedingungen zu, wie z. B. Ausschalten eines Verbrennungsmotors, bei dem man ein Ausschalten auf eine computergesteuerte Weise in einer sehr kurzen Zeit erreichen können muss.
Im Gegensatz zum US-Patent 5 479 906 wird gemäß der Erfindung eine Druckerhöhung, die durch die Pumpe erzeugt wird, reduziert, wenn der absolute Druck im Tank ansteigt. Im US-Patent 5 479 906 wird eine zusätzliche Flüssigkeitsmenge verdampft, wenn der Druck zu hoch ist, und, wenn notwendig, findet eine Korrektur des Betriebs der Kraftstoffpumpe statt, um einen gewünschten Auslassdruck zu erreichen.
Mit dem Kraftstoffsystem gemäß der Erfindung ist es weiter möglich, die Temperaturerhöhung im Vorratstank für flüssiges LPG zu beschränken oder selbst zu beseitigen. Solch eine Temperaturerhöhung wird durch die Wärme verursacht, die dem Tank zugeführt wird, indem das Fluid vom Tank umgepumpt wird. Außerdem wird der dynamische Bereich mit dem oben beschriebenen Kraftstoffsystem gemäß der Erfindung verbessert.
Es ist möglich, eine variable Druckerhöhung gemäß der Erfindung auf irgendeine aus dem Stand der Technik bekannte Weise zu erzeugen.
Entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Druckregler, der extern gesteuert werden kann, in der Rückführleitung stromabwärts von den Einspritzeinrichtungen angebracht. Die Grundeinstellung des Druckreglers wird als Funktion der im Kraftstofftank detektierten Temperatur geregelt. Es ist natürlich auch möglich, Druckdifferenzen zu bestimmen, indem der Druck im Tank sowie der Umgebungsdruck detektiert werden:
Entsprechend einer weiteren Variante ist eine dauernd offene Drossel in die Rückführleitung eingebaut, oder die letztere selbst weist einen beträchtlichen Widerstand auf. Der Druck in der Versorgungsleitung wird dann geregelt, indem der Strom der Kraftstoffmenge geregelt wird. Fakultativ können die verschiedenen Merkmale mit einem Druckregler kombiniert werden. Eine solche Kombination wird häufig angetroffen, weil ein Rückschlagventil in der Öffnung von der Rückführleitung zum Tank angebracht ist, welches Rückschlagventil als Drossel wirkt. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist dies möglich, indem man die Förderleistung der Pumpe variiert, und spezieller, indem man die Umdrehungsgeschwindigkeit der Kraftstoffpumpe variiert.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Einspritzeinrichtung eine Einspritzeinrichtung, die Pulsbreiten gesteuert ist.
Die Erfindung wird in größer Einzelheit unten mit Bezug auf veranschaulichende Ausführungsformen erklärt, die in der Zeichnung dargestellt sind.
Fig. 1 stellt schematisch eine erste Ausführungsform des Kraftstoffsystems gemäß der Erfindung dar;
Fig. 2 stellt in Einzelheit den Regler dar, der schematisch in Fig. 1 dargestellt ist; und
Fig. 3 stellt eine äußerst schematisch dargestellte weitere Variante des Kraftstoffsystems gemäß der Erfindung dar.
In Fig. 1 wird ein Verbrennungsmotor insgesamt mit 1 bezeichnet. Die Einlassrohre 2 des Motors sind dargestellt, bei dem Einspritzeinrichtungen 3 zur sequenziellen Einspritzung dargestellt sind. Diese Einspritzeinrichtungen werden durch eine Steuereinheit 13 gesteuert, an die Information hinsichtlich des Leistungsbedarfs auf eine Weise abgegeben wird, die nicht dargestellt ist, und zu der Motorparameter, wie z. B. Temperatur und dergleichen, auch zugeführt werden. Eine solche Steuereinheit ist im Stand der Technik in Verbindung mit den Einspritzeinrichtungen 3 allgemein bekannt. Die Einspritzeinrichtungen 3 werden über eine Versorgungsleitung 6 mit LPG aus einem Vorratstank 4 versorgt, in dem eine Pumpe 5 angebracht ist. Eine Rückführleitung 8, in der ein Druckregler 7 untergebracht ist, ist mit den Einspritzeinrichtungen verbunden. Dieser Druckregler 7 ist über eine elektrische Leitung 12 mit einer Steuereinheit 11 verbunden. Mit dem absoluten Druck in Verbindung stehende Signale, die vom Sensor 9 im Tank 4 ausgehen, und der Umgebungsdruck 10 werden der Steuereinheit 11 zugeführt.
Bei dieser Anordnung ist gemäß der Erfindung die Steuereinheit 11 so konstruiert, dass, wenn der durch den Sensor 9 detektierte Druck bei einer konstanten Entnahme durch die Einspritzeinrichtungen 13 ansteigt, der Druckregler 7 mehr Kraftstoff durchlässt. D. h., die durch die Pumpe 5 hervorgerufene absolute Druckerhöhung wird zum Teil durch den Anstieg im Druck im Innern des Tanks 4 unwirksam gemacht. Ein Beispiel für einen solchen Druckregler ist in Fig. 2 dargestellt. Der Einlass ist mit 15 bezeichnet und der Auslass mit 16. Im Innern des Gehäuses 18 gibt es einen verschiebbaren Kolben 17, der eine Verbindung zwischen dem Einlass 15 und Auslass 16 steuert. Der Kolben 17 steht unter dem Druck einer Feder 19, deren eines Ende auf einem Napf 20 ruht. Die Position des Napfs 20 ist in Richtung eines Pfeils 23 mittels einer Gewindestange 21 variabel, die mit einem Drehmotor 22 gekoppelt ist, der mit der Leitung 12 verbunden ist. Indem man den Napf 20 nach oben bewegt, nimmt die Erhöhung im Druck zwischen dem Einlass 15 und Auslass 16 zu. Ein solcher Druckregler kann entweder in der Rückführleitung 8 eingebaut worden sein oder an ihrem Ende im Tank 4 eingebaut worden sein. Weiter können spezielle Maßnahmen ergriffen worden sein, um so weit wie möglich das Geräusch zu begrenzen, das erzeugt wird, wenn LPG im Tank entweicht.
Eine weitere Variante der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Figur sind die Bauteile, die denjenigen entsprechen, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, mit denselben Bezugszeichen versehen worden. Der Verbrennungsmotor ist auch nicht dargestellt. Die im Tank 4 angebrachte Pumpe wird nun mit 25 bezeichnet. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Pumpe ist einstellbar, wobei diese durch eine Steuereinheit 29 gesteuert wird, die mit der Pumpe über eine Leitung 30 verbunden ist. Die Umdrehungsgeschwindigkeit hängt von dem Signal ab, das durch einen Temperatursensor 26 erzeugt wird, der im Tank angebracht ist. Nach alledem hat man gefunden, dass der Druck im Innern des Tanks aus der Temperatur darin genau bestimmt werden kann. Ein Druckregler 27, der lediglich eine Drossel 28 aufweist, ist nun in der Rückführleitung 8 eingebaut. In der Tat wird die Druckregelung durch die Ausgangsleistung des Motors 25 in Wechselwirkung mit der Öffnung 28 bestimmt (und natürlich der Entnahme über Einspritzeinrichtungen 3). Bei dieser Anordnung ist die Steuereinheit so konstruiert, dass bei Anstieg der Temperatur im Tank, d. h. bei Anstieg seines Drucks, die Pumpe eine geringere Förderleistung aufweist, was zur Folge hat, dass, obwohl der absolute Druck in der Leitung 6 zunimmt, die Differenz zwischen dem Druck in der Leitung 6 und Tank 4 sinkt.
Ein Beispiel für den absolute Druck in der Versorgungsleitung 6 als Funktion des absoluten Drucks im Tank wird unten gegeben. Tabelle 1
Aus der obigen Tabelle ist es ersichtlich, dass, wenn der Druck im Tank ansteigt, die Druckdifferenz zwischen der Leitung 6 und dem Vorratstank 4 abnimmt.
Natürlich sind die verschiedenen Aspekte so gewählt, dass keine Dampfbildung in der Versorgungsleitung oder Einspritzeinrichtungen stattfinden kann, selbst unter den ungünstigsten Bedingungen.
Es versteht sich aus dem Obigen, dass das erfinderische Konzept auf die verschiedensten Weisen realisiert werden kann. Z. B. ist es möglich, mit mehr als einer Pumpe zu arbeiten. Außerdem können Korrektureinrichtungen vorhanden sein, um für eine Korrektur des reduzierten Drucks zur sorgen, der in den Ansaugrohren vorhanden ist. Es ist auch möglich, den Druckregler aus einer Serienschaltung einer Regeleinrichtung mit einer festen Einstellung, über die z. B. eine Druckdifferenz von 4 Bar erreicht wird, und einer festen Drossel, über die eine Druckdifferenz von 0 bis 5 Bar erreicht wird, zu konstruieren. Solche Systeme fallen in den Bereich der angefügten Ansprüche.

Claims

1. Kraftstoffsystem für einen durch Flüssiggas getriebenen Verbrennungsmotor (1), umfassend einen Vorratstank (4) für das Flüssiggas, eine einzige Kraftstoffversorgungsleitung, die die einzige Zuführung für den Verbrennungsmotor ist, mit der eine mit dem Inhalt des Vorratstanks in Verbindung stehende Pumpe (5, 25) verbunden ist, welche Versorgungsleitung am anderen Ende mit mindestens einer Einspritzeinrichtung (3) zum Einspritzen von Flüssiggas in den Motor verbunden ist, wobei Drucksteuereinrichtungen (7, 11; 27, 29) vorhanden sind, welche die durch die Pumpe in der Versorgungsleitung gelieferte Druckerhöhung steuern und eine Steuereinheit umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtungen so konstruiert sind, dass die Druckerhöhung abnimmt, wenn der absolute Druck in dem Tank ansteigt.

2. Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, bei dem die Einspritzeinrichtung (3) mit einer Rückführleitung (8) zu dem Tank versehen ist und die Drucksteuereinrichtungen (7, 27) in der Rückführleitung angeordnet sind.

3. Kraftstoffsystem nach Anspruch 2, bei dem die Drucksteuereinrichtungen eine feste Drossel (28) in der Rückführleitung (8) umfassen sowie eine Steuereinheit (29), die die Förderleistung der Pumpe (25) beeinflusst.

4. Kraftstoffsystem nach Anspruch 3, bei dem die Umdrehungsgeschwindigkeit der Pumpe (25) steuerbar ist.

5. Kraftstoffsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Druckerhöhung mindestens 8 Bar beträgt, wenn der Druck im Tank ~ 1 bis 2 Atmosphären beträgt, und die Druckerhöhung höchstens 4 Bar beträgt, wenn der Druck im Tank 25 Atmosphären beträgt.

6. Kraftstoffsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Druckerhöhung von einem Signal abgeleitet ist, das von einem in dem Tank angebrachten Temperatursensor (9) stammt.

7. Kraftstoffsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Einspritzeinrichtung eine durch Pulsbreite gesteuerte Einspritzeinrichtung umfasst.

8. Kraftstoffsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Drucksteuereinrichtungen eine Reihenschaltung aus einem Regler mit einer festen Einstellung und einer festen Drossel umfassen.