EP4627209A1

EP4627209A1 - Brennstoffversorgungssystem mit einer brennstoffverteileinrichtung zur versorgung einer brennkraftmaschine mit gasförmigem brennstoff

Info

Publication number: EP4627209A1
Application number: EP23792936.9A
Authority: EP
Inventors: Manuel Wacker; Markus Rueckle; Markus Schetter; Stefan PFUHL; Gerd Teike; Stephan Wehr; Ingo Rettig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2023-10-17
Publication date: 2025-10-08
Also published as: WO2024114998A1; CN120283106A; DE102022213025A1

Abstract

Brennstoffversorgungssystem (1) mit zumindest einer Brennstoffverteileinrichtung (38) zur Versorgung einer Brennkraftmaschine (11) mit gasförmigem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, wobei die Brennstoffverteileinrichtung (38) mindestens einen Injektoranschluss (56), vorzugsweise mindestens zwei Injektoranschlüsse (56), an denen Injektoren (42) zum Einblasen des Brennstoffs in Brennräume (44) der Brennkraftmaschine (11) anschließbar sind, mindestens einen Anschluss (58), an den eine Zufuhrleitung (18) zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff in die Brennstoffverteileinrichtung (38) anschließbar ist, und eine fluidisch zwischen den Injektoranschlüssen (56) und dem Anschluss (58) angeordnete Verteilerkammer (64) umfasst. Vorgeschlagen wird, dass ein Speichervolumen (102) vorgesehen ist und dass eine Ventileinrichtung (37), insbesondere eine Absperrventileinrichtung (37), vorgesehen ist, die fluidisch zumindest mittelbar zwischen dem Speichervolumen (102) und der Verteilerkammer (64) angeordnet ist.

Description

Beschreibung

Titel

Brennstoffversorgungssystem mit einer Brennstoffverteileinrichtung zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffversorgungssystem mit einer Brennstoffverteileinrichtung zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff.

Vom Markt her ist ein Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, grundsätzlich bekannt. Eine solche Brennkraftmaschine kann beispielsweise zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet werden. Der Wasserstoff kann beispielsweise unter relativ hohem Druck, beispielsweise 700 bar, in flüssiger Form in einem tankartigen Brennstoffspeicher gespeichert sein. Von dort gelangt er über eine Hochdruck-Druckregeleinrichtung zu einer Niederdruck-Druckregeleinrichtung und weiter zu einer Brennstoffverteileinrichtung, die funktional ähnlich ist wie das bekannte 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 regelt den Gasdruck weiter herunter typischerweise auf einen Druck von ungefähr 10-20 bar. An die Brennstoffverteileinrichtung sind üblicherweise ein Injektor oder mehrere Injektoren angeschlossen, die den gasförmigen Brennstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine (H2-Direkteinspritzung) oder in eine Vorkammer einblasen (Port- Fuel-Injection).

Zu dem Brennstoffversorgungssystem gehört typischerweise 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 Brennstoffverteileinrichtung bzw. aus den Injektoren verhindern.

Bei Brennstoffeinblasanlagen für gasförmige Brennstoffe stellen sich außerdem besondere Anforderungen. Dadurch können Maßnahmen, die bei Brennstoffrails für flüssige Brennstoffe zum Einsatz kommen, bei Anwendungen für gasförmige Brennstoffe besonders nachteilig sein.

Gemäß einem internen und nicht notwendigerweise veröffentlichten Entwicklungsstand der Anmelderin kann bei H2-Verbrennungsmotoren bei der H2-Direkteinspritzung oder der Port- Fuel-Injection zwischen Tank und Rail ein Druckregelventil zum Einsatz kommen. Dieses regelt je nach Anforderung den Druck und somit den Massenstrom in ein angeschlossenes Rail. Je nach Größe des geforderten Volumenstroms kann das Druckregelventil mit einem oder zwei modifizierten Proportionalventilen ausgeführt sein. Die beiden Proportionalventile können dabei parallel verbaut zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck in einem Gehäuse aus einem Aluminiumblock sitzen. Im Gehäuse zum Druckregelventil kann in der Regel noch ein Drucksensor sitzen. Ferner können im Weiteren noch zusätzliche Sicherheitsventile verbaut sein, die zusätzlich zu einem vor dem Druckregelventil angeordneten Sicherheitsventil verbaut sind.

Gemäß einem solchen internen und nicht notwendigerweise veröffentlichten Entwicklungsstand wird bei H2-Verbrennungmotoren der Druck des im Rail gespeicherten Wasserstoffvolumens durch einen Druckregler, der stromaufwärts des Rails angeordnet ist, eingestellt. Hierzu wird der am Druckregler anliegende Druck gemessen und der Wasserstoff wird durch eine Zumesseinheit entsprechend den aktuellen Systemanforderungen an das Railvolumen weitergeleitet. Für die Bestimmung der erforderlichen Wasserstoffmenge werden im Speichervolumen des Rails üblicherweise der Druck und die Temperatur gemessen und entsprechend ausgewertet. Insbesondere bei H2- Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung kann beispielsweise nach dem Abstellen des Motors nicht nur das Wasserstoffvolumen vor dem Druckregler, sondern auch das im Rail eingeschlossenen H2-Volumen gezielt abgesperrt werden. Dadurch soll ein Entweichen des Wasserstoffs über die Injektoren verhindert werden. Dieser könnte sonst zur Bildung eines zündfähigen Gemischs führen, was es aus Sicherheitsgründen verhindert werden soll. Die Absperrung des H2-Volumens im Rail kann hierfür beispielsweise durch Absperreinheiten (Sicherheitsventile) direkt an den einzelnen Injektoren vorgenommen werden. Bei einer weiteren mögliche Anordnung gemäß einem solchen internen und nicht notwendigerweise veröffentlichten Entwicklungsstand können die einzelnen Absperreinheiten auch direkt an Injektoranschlüssen am Rail angeordnet sein.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffversorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere kann sich der Vorteil ergeben, dass ein Aufbau mit geringerer Komplexität und/oder mit einer reduzierten Anzahl an Komponenten möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen ausgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffversorgungssystem möglich.

Speziell eignen sich das Brennstoffversorgungssystem für Anwendungen zur Wasserstoffeinblasung. Im Betrieb können die Injektoren (Brennstoffeinblasventile) den zum Verbrennungsvorgang notwendigen gasförmigen Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, unter einem geeigneten Druck in die jeweilige Brennkammer der Brennkraftmaschine einblasen.

Die Brennkraftmaschine ist kein Bestandteil des erfindungsgemäßen Brennstoffversorgungssystems. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Brennstoffversorgungssystem auch unabhängig von einer Brennkraftmaschine hergestellt und vertrieben werden.

Die Verwendung von einzelnen Absperreinheiten für jeden Injektor, die mit hohem technischem Aufwand und entsprechenden Kosten verbunden ist, ist nicht erforderlich. Dadurch kann das System vereinfacht werden. Ferner wird die Verwendung von nur einer Absperreinheit für alle Injektoren gleichzeitig ermöglicht.

Eine gegebenenfalls vorgesehene Hochdruck-Druckregeleinrichtung regelt den Gasdruck typischerweise herunter auf beispielsweise ungefähr 40-50 bar, eine gegebenenfalls vorgesehene Niederdruck-Druckregeleinrichtung regelt den Gasdruck weiter herunter typischerweise auf einen Druck von ungefähr 10-20 bar. Die Niederdruck- Druckregeleinrichtung regelt entsprechend den spezifischen Anforderungen den Druck und somit den Massen- oder Volumenstrom in der Verteilerkammer bzw. zu der Verteilerkammer der Brennstoffverteileinrichtung. Hierzu kann mindestens ein Druckregelventil, typischerweise ein Proportionalventil, vorgesehen sein, das Bestandteil der Niederdruck-Druckregeleinrichtung sein kann.

Vorteilhaft ist es, dass genau eine Absperrventileinrichtung vorgesehen ist. Dadurch kann die Anzahl der Absperrventileinrichtungen optimal klein gewählt werden. Dadurch verringertet sich die Komplexität und es ergeben sich optimierte Herstellungskosten.

Vorteilhaft ist es, dass das Speichervolumen zumindest die Funktion eines Speichers für den gasförmigen Brennstoff hat und dass die Verteilerkammer zumindest im Wesentlichen die Funktion einer Brennstoffverteilung über die Injektoranschlüsse auf die Injektoren hat. Hierdurch kann zumindest im Wesentlichen eine Funktionstrennung zwischen einem Speicher für den Brennstoff und einer Verteilung des Brennstoffs erfolgen. Die Verteilerkammer hat dann nicht die Funktion der Brennstoffspeicherung.

Vorteilhaft ist es, dass die Absperrventileinrichtung einen Zulauf aufweist, über den eine zumindest näherungsweise radiale Anströmung von gasförmigen Brennstoff zumindest mittelbar aus dem Speichervolumen in ein Gehäuse der Absperrventileinrichtung ermöglicht ist, und/oder dass die Absperrventileinrichtung einen Auslass aufweist, über den eine zumindest näherungsweise radiale Abströmung von gasförmigen Brennstoff aus einem Gehäuse der Absperrventileinrichtung zumindest mittelbar in die Verteilerkammer ermöglicht ist. Hierdurch kann eine vorteilhafte Anordnung erzielt werden, die eine vorteilhafte Integration des Speichervolumens in die Brennstoffverteileinrichtung oder einen vorteilhaften Anschluss an die Brennstoffverteileinrichtung ermöglicht. Entsprechende Vorteile ergeben sich bei anderer Anordnung der Absperrventileinrichtung an Systemkomponenten des Brennstoffversorgungssystems.

Vorteilhaft ist es, dass das Speichervolumen in die Brennstoffverteileinrichtung integriert ist und/oder dass die Absperrventileinrichtung mit der Brennstoffverteileinrichtung verbunden, insbesondere durch Schweißen und/oder Löten und/oder Schrauben mit der Brennstoffverteileinrichtung verbunden, ist. Hierdurch ist eine kompakte und platzsparende Ausgestaltung möglich.

Vorteilhaft ist es, dass das Speichervolumen separat von der Brennstoffverteileinrichtung angeordnet ist. Hierdurch kann der Platzbedarf der Brennstoffverteileinrichtung optimiert werden. Gegebenenfalls kann damit eine Länge der Brennstoffverteileinrichtung optimal kurz gewählt werden. Vorteilhaft ist es, dass die Absperrventileinrichtung zwischen dem Speichervolumen und der Brennstoffverteileinrichtung angeordnet ist. Dabei kann eine Absperrventileinrichtung genügen, um nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine die Bildung eines zündfähigen Gemisches zu verhindern.

Vorteilhaft ist es, dass ein Druckregler vorgesehen ist und dass die Absperrventileinrichtung zwischen der Druckregeleinrichtung und der Brennstoffverteileinrichtung angeordnet ist. Vorteilhaft ist es, dass das Speichervolumen in eine Druckregeleinrichtung integriert ist. Dadurch kann eine optimale Anordnung der Komponenten ermöglicht werden. Je nach Anwendungsfall kann die Absperrventileinrichtung beispielsweise direkt an der Brennstoffverteileinrichtung, direkt an dem Druckregeleinrichtung oder in einer Brennstoffleitung zwischen der Druckregeleinrichtung und der Brennstoffverteileinrichtung angeordnet sein.

Vorteilhaft ist es, dass eine Zumesseinheit vorgesehen ist, die in eine Druckregeleinrichtung integriert ist. Hierdurch ist eine weitere Integration möglich, so dass die Komplexität der Anlage in Bezug auf die Anzahl der Bauteile weiter reduziert werden kann.

Vorteilhaft ist es, dass ein Verteilervolumen der Verteilerkammer so klein gewählt ist, dass die Volumina, die fluidisch nach der Absperrventileinrichtung einschließlich des Verteilervolumens bis zu den Injektoren von der Absperrventileinrichtung abtrennbar sind, eine Höchstmenge von gasförmigen Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, aufnehmen, bei welcher Höchstmenge ein Entweichen des gasförmigen Brennstoffs aus diesen Volumina über die Injektoren nicht zur Bildung eines zündfähigen Gemischs führt. Dadurch kann die Absperrventileinrichtung zuverlässig als Sicherheitsventil dienen.

Je nach Ausgestaltung können eine oder mehrere der folgenden Funktionsweisen und Vorteile erzielt werden. Um die beschriebene Bildung eines zündfähigen Gemisches durch entweichenden Wasserstoff zu vermeiden, kann die mögliche H2-Konzentration begrenzt werden. Dies kann erreicht werden, indem das Wasserstoffvolumen, welches über die Injektoren entweichen könnte, entsprechend verkleinert wird.

Hierfür kann eine besondere Aufteilung der Systemfunktionen und des H2-Volumens vorgesehen sein. Das Rail muss nicht mehr das H2-Speichervolumen enthalten, sondern dient gegebenenfalls lediglich zur Verteilung des Wasserstoffs an die einzelnen Injektoren. Das H2-Volumen im Rail wird vorzugsweise so klein gestaltet, dass ein potenzielles Entweichen des verbleibenden Wasserstoffs nicht mehr zur Bildung eines zündfähigen Gemisches führt und die Sicherheitsanforderungen erfüllt werden können. Es ist vorzugsweise nur noch eine Absperreinheit für das H2-Volumen im Rail erforderlich. Die individuellen Absperreinheiten vor jedem Injektor können entfallen. Die Komplexität und die Kosten des Systems können verringert werden.

Die Anforderungen an das Absperrventil, das als Sicherheitsventil dient, sind vorzugsweise, als Schaltventil gegen einen hohen Druck zu öffnen und im geöffneten Zustand einen möglichst niedrigen Haltestrom zu haben. Hierbei kann Mengensteuerventil als 2-stufiges Ventil mit Pilotsitz verwendet werden, wobei der Ventilsitz und optional ein Anschlussstutzen in ein Gehäuse integriert werden können. Dadurch kann der modulare Anbau an verschiedenen Komponenten, wie z.B. ein Druckregelventil oder eine Brennstoffverteileinrichtung, einfach ermöglicht werden. Insbesondere kann auch der Nachteil von zwei (oder mehr) Sicherheitsventilen, eines im Druckregelventil und das andere in der Brennstoffverteileinrichtung, vermieden werden. Falls das Volumen nach dem Sicherheitsventil ausreichend klein ist, kann bei der Platzierung im Rail systemseitig nur ein einziges Ventil genügen. Speziell kann vorgeschlagen werden, dass ein Rail ein großes Speichervolumen und ein kleines Verteilvolumen, die durch das Sicherheitsventil verbunden sind, kombiniert. Insbesondere kann auf konstruktive Weise das Speichervolumen im Rail integriert und durch das Sicherheitsventil vom Verteilvolumen separiert sein. Systemseitig kann gegebenenfalls ein Sicherheitsventil entfallen, da das Sicherheitsventil in der Brennstoffverteileinrichtung platziert werden kann und sich danach nur ein kleines Verteilvolumen befindet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffversorgungssystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff unter anderem mit einer Brennstoffverteileinrichtung und einer Absperrventileinrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Brennstoffverteileinrichtung und der Absperrventileinrichtung von Fig. 1 entsprechend einer möglichen Ausgestaltung; Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer Brennstoffverteileinrichtung und der

Absperrventileinrichtung von Fig. 1 entsprechend der möglichen Ausgestaltung;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Brennstoffverteileinrichtung und die Absperrventileinrichtung von Fig. 1 entsprechend der möglichen Ausgestaltung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Brennstoffversorgungssystems;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einerweiteren möglichen Ausgestaltung des Brennstoffversorgungssystems

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Brennstoffversorgungssystems und

Fig.8 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausgestaltung des in Fig. 2 und 3 dargestellten Brennstoffversorgungssystems.

Ausführungsformen der Erfindung

Ein Brennstoffversorgungssystem trägt in Fig. 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es dient zur Versorgung einer Brennkraftmaschine 11 mit einem insbesondere gasförmigen Brennstoff, vorliegend beispielsweise gasförmigem Wasserstoff. 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.

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 ungefähr 44 bar. Die Druckleitung 18 führt von der Hochdruck- Druckregeleinrichtung 22 weiter zu einem Drucksensor 24, einem weiteren Filter 26, einer optionalen Temperiereinrichtung 28 und schließlich zu einer Niederdruck- Druckregeleinrichtung 30. Die Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 umfasst vorliegend beispielhaft zwei hydraulisch parallele Druckregelventile 34 und 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 bar, insbesondere von ungefähr 15 bar.

Stromabwärts von der Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30 führt die Druckleitung 18 zu einer kombinierten Absperrventileinrichtung 37 mit Brennstoffverteileinrichtung 38, die auf einem länglichen, rohrförmigen Grundkörper 52 basieren kann, wobei ein Innenquerschnitt oder Innendurchmesser entlang des Grundkörpers variieren kann. Der zumindest in einem Teil der Brennstoffverteileinrichtung 38 herrschende Gasdruck kann von einem Drucksensor 40 erfasst werden.

An die Brennstoffverteileinrichtung 38 sind mehrere Injektoren 42 angeschlossen, die den gasförmigen Wasserstoff vorliegend beispielhaft in Brennräume 44 der Brennkraftmaschine 11 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 11 um eine 2-Takt- oder 4-Takt-Kolben-Brennkraftmaschine 11 von einer weitgehend üblichen Bauart. Beispielsweise wird eine solche Brennkraftmaschine 11 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.

Nun wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 die Brennstoffverteileinrichtung 38 stärker im Detail erläutert. Sie umfasst ein insgesamt rohrförmiges Gehäuse (Grundkörper) 52 mit einer Längsachse 54, einem Abschnitt 55 und vorliegend beispielhaft insgesamt fünf Injektoranschlüssen 56 im Abschnitt 55, wobei an jedem Injektoranschluss 56 ein Injektor 42 angeschlossen werden kann. Die Injektoranschlüsse 56 sind vorliegend als Schraubstutzen ausgebildet, die sich orthogonal zur Längsachse 54 in radialer Richtung erstrecken. Der Drucksensor 40 ist am in den Figuren an einer geeigneten Stelle radial am Gehäuse 52 angeordnet.

Die Brennstoffverteileinrichtung 38 umfasst ferner einen Anschluss 58, an den die Druckleitung 18 zum Zuführen des gasförmigen Brennstoffs in die Brennstoffverteileinrichtung 38 auf geeignete Weise (nicht dargestellt) angeschlossen werden kann. Der Anschluss 58 ist vorliegend an einem Abschnitt 60 des Gehäuses 52 angeordnet, und er erstreckt sich vorliegend beispielhaft axial bezüglich der Längsachse 54 des rohrförmigen Gehäuses 52 und somit senkrecht zu den Injektoranschlüssen 56. Der Abschnitt 60 ist vom Abschnitt 55 durch einen Zwischenbereich 61 getrennt.

Wie weiter unten noch stärker im Detail ausgeführt werden wird, ist die Absperrventileinrichtung 37 in diesem Ausführungsbeispiele am Zwischenbereich 61 des Gehäuses 52 angeordnet und montiert. Ein elektrischer Anschluss 62 der Absperrventileinrichtung 37 ist koaxial zur Längsachse 54 angeordnet, und er erstreckt sich vorliegend in die gleiche Richtung wie der Anschluss 58. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann sich der elektrische Anschluss auch diametral entgegengesetzt zum Anschluss 58 oder auch radial oder in einer sonstigen Richtung erstrecken.

Die Absperrventileinrichtung 37 kann eine Verteilerkammer 64 von dem Anschluss 58 trennen. Bei einer Leckage beispielsweise an einem der Injektoren 42 oder/und der Verteilerkammer 64 kann so ein unerwünschter Austritt von Gas von der Druckleitung 18 her verhindert werden.

Nun werden die Anordnung und die Ausgestaltung der Absperrventileinrichtung 37 unter Bezugnahme auf die Fig. 4 stärker im Detail erläutert. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die konstruktive Ausgestaltung der Absperrventileinrichtung 37 vorliegend lediglich beispielhaft zu verstehen ist. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen kann die Absperrventileinrichtung 37 konstruktiv anders sein. Typischerweise ist sie jedoch stromlos geschlossen und so ausgestaltet, dass zum Offenhalten nur vergleichsweise wenig elektrische Energie erforderlich ist.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Brennstoffverteileinrichtung 38 und die Absperrventileinrichtung 37 von Fig. 1. Das zweistufige Ventil 70 der Absperrventileinrichtung 37 arbeitet beispielsweise wie folgt. Der Pilotsitz öffnet zuerst infolge der Nadelbewegung nach oben durch Bestromung der Spule 72, danach öffnet der Hauptsitz. Die Spitze der Nadel 74 hat die Funktion des Ventilkörpers für den Pilotsitz, das Ventilstück 76 die Funktion des Dichtsitzes. Das Ventilstück 76 ist aus Dichtwerkstoff ausgeführt. Dies kann ein Elastomer, PEEK oder auch Vespel-Material sein. Das Ventilstück 76 hat die Funktion des Ventilkörpers für den Hauptsitz, ein weiteres Gehäuse (Gehäuseteil) 79 des Ventils 70 bildet die integrierte Schnittstelle für den Ventilsitz.

Im Ruhezustand ist die Spule 72 nicht bestromt, die Feder 80 drückt die Nadel 74 in den Ventilsitz des Ventilstückes 76 und damit das Ventilstück 76 gegen den Ventilsitz am Gehäuse 78. Das Ventilstück 76 ist in die Hülse 82 eingepresst. Die Hülse 82 ist im Gehäuse 79 entlang der Ventilachse des Ventils 70 beweglich angeordnet.

Der Druck im Steuer- 86 und Arbeitsraum 88 ist ausgeglichen. Der Steuerraum 86 wird gegenüber dem Arbeitsraum 88 durch die dynamische Dichtung, die auf der Hülse 82 montiert ist, abgedichtet. Der Steuerraum 86 ist über die Zulaufdrossel (Z-Drossel) 84 pneumatisch angebunden.

Wird die Spule 72 bestromt, so zieht der Magnet die Nadel 74 nach oben, der Pilotventilsitz wird dadurch freigegeben. Das Gas strömt vom Steuerraum 86 über die Ablaufdrossel (A- Drossel) 90 Richtung Auslass 92. Hierdurch wird der Steuerraumdruck gegenüber dem Arbeitsraum 88 abgesenkt. Da der Durchmesser der Z-Drossel 84 kleiner ist als der Durchmesser der A-Drossel 90, bleibt dieser Zustand beibehalten. Da der Arbeitsraumdruck größer als der Steuerraumdruck ist, wird die Hülse 82 mit dem Ventilstück 76 nach oben im Gehäuse 79 geschoben, der Hauptventilsitz, der in das Gehäuse 79 des Ventils 70 integriert ist, wird freigegeben.

Die Integration in eine auch als H2-Rail dienende Brennstoffverteileinrichtung 38 entsprechend der möglichen Ausgestaltung ist unter anderem in Fig. 3 und 4 dargestellt. Das als Sicherheitsventil dienende Ventil 70 mit seinem Ventilgehäuse 78 und der durch das weitere Gehäuse 79 im Zwischenbereich 61 gebildeten Gehäuseergänzung ist in der Brennstoffverteileinrichtung 38 zwischen großem und kleinem Volumen angebracht. Die Zuströmung des als Sicherheitsventil dienenden Ventils 70 erfolgt in der oberen Bohrung 94, die einen Zulauf 96 darstellt, die Abströmung mit der unteren Bohrung 98, die für den Auslass (Ablauf) 92 dient. Der untere O-Ring des Ventils 70 stellt die Abdichtung zwischen Zu- 96 und Ablauf 92 sicher. Der obere O-Ring stellt die Gasdichtheit in die Umwelt sicher. Die Ventil-Baugruppe kann bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise wahlweise in die Brennstoffverteileinrichtung 38 eingeschraubt oder geschweißt werden, was mit Laser oder einem KEEP-Prozess erfolgen kann. Die Brennstoffverteileinrichtung 38 ist hier aufgrund der Einfachheit als 5-Zylinderlösung mit fünf HD-Anschlussstutzen (Injektoranschlüssen) 57 ausgeführt, wobei außerdem ein Druck- und/oder ein Temperatursensor 40, 41 vorgesehen sein können. Es sind aber Abwandlungen auf beliebige Zylinderzahlen möglich.

Somit ist weist das Brennstoffversorgungssystem 1 die Brennstoffverteileinrichtung 38 zur Versorgung der Brennkraftmaschine 11 mit gasförmigem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, auf. Die Brennstoffverteileinrichtung 38 weist in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Injektoranschlüsse 56 auf, an denen die Injektoren 42 zum Einblasen des Brennstoffs in Brennräume 44 der Brennkraftmaschine 11 angeschlossen sind. Ferner ist genau ein Anschluss 58 vorgesehen, an dem die Zufuhrleitung 18 zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff in die Brennstoffverteileinrichtung 38 angeschlossen ist. Die Verteilerkammer liegt fluidisch zwischen den Injektoranschlüssen 56 und dem Anschluss 58.

Außerdem ist ein Speichervolumen 102 vorgesehen. Die Ventileinrichtung 37 dient als Absperrventileinrichtung 37 zwischen der Verteilerkammer 64 und dem Speichervolumen 102. Hierbei ist die Absperrventileinrichtung 37 fluidisch zumindest mittelbar zwischen dem Speichervolumen 102 und der Verteilerkammer 64 angeordnet, wobei die Absperrventileinrichtung 37 in diesem Ausführungsbeispiel direkt zwischen der Verteilerkammer 64 und dem Speichervolumen 102 angeordnet ist. Abwandlungen, bei denen eine lediglich mittelbare Anordnung besteht, sind auch anhand der Fig. 5 bis 7 näher beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel ist genau eine Absperrventileinrichtung 37 vorgesehen.

Insbesondere im Betrieb hat das Speichervolumen 102 die Funktion eines Speichers 104 für den gasförmigen Brennstoff, während die Verteilerkammer 64 zumindest im Wesentlichen die Funktion einer Brennstoffverteilung über die Injektoranschlüsse 56 auf die Injektoren 42 hat. Hierbei kann an der Verteilerkammer 64 allerdings noch der Druck und/oder die Temperatur gemessen werden, wofür geeignete Anschlüsse für einen Drucksensor 40 beziehungsweise Temperatursensor 41 ausgestaltet sein können.

Über den Zulauf 96 ist eine näherungsweise radiale Anströmung von gasförmigem Brennstoff aus dem Speichervolumen 102 in das Gehäuse 79 der Absperrventileinrichtung 37 möglich. Ferner ist über den Auslass 92 eine näherungsweise radiale Abströmung von gasförmigem Brennstoff aus dem Gehäuse 79 der Absperrventileinrichtung 37 in die Verteilerkammer 64 möglich. Das Speichervolumen 102 ist in diesem Ausführungsbeispiel in die Brennstoffverteileinrichtung 38 integriert. Die Absperrventileinrichtung 37 ist mit der Brennstoffverteileinrichtung 38 verbunden. Die Verbindung kann durch Schweißen oder Löten erfolgen. Es ist auch eine Schraubverbindung möglich.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Brennstoffversorgungssystems 10. Hierbei ist das Speichervolumen 102 separat von der Brennstoffverteileinrichtung 38 angeordnet. Ferner ist die Absperrventileinrichtung 37 zwischen dem Speichervolumen 102 und der Brennstoffverteileinrichtung 38 angeordnet. Die Absperrventileinrichtung 37 ist hierbei direkt am rohrförmigen Gehäuse 52 der Brennstoffverteileinrichtung 38 angeordnet. Das Speichervolumen 102 kann hierbei in die Druckregeleinrichtung 30 integriert sein. Ferner ist eine Zumesseinheit 106 vorgesehen, die in die Druckregeleinrichtung 30 integriert ist. Optional ist in Fig. 5 (und entsprechend auch in den Fig. 6 und 7) eine weitere Absperreinheit 107 vorgesehen, die als Absperrventil 107 beziehungsweise Absperrventileinrichtung 107 ausgebildet sein kann. Vorzugsweise entfällt diese weitere Absperreinheit 107.

Bei einer bevorzugten Anordnung der Absperrventileinrichtung 37 im H2-System, bei der das Speichervolumen 102 in der Druckregeleinrichtung 30 angeordnet ist, kann an diesem die Druck- und Temperaturmessung erfolgen. Hierfür sind dann der Drucksensor 40 und der Temperatursensor 41 ebenfalls in die Druckregeleinrichtung 30 verlagert. Durch diese Aufteilung der Einzelvolumen ist es ausreichend, dass nur eine Absperrventileinrichtung 37 vor dem verkleinerten Railvolumen der Brennstoffverteileinrichtung 38 vorgesehen ist. Die Absperrventileinrichtung 37 ist hier beispielhaft direkt an der Brennstoffverteileinrichtung 38 angeordnet dargestellt.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Brennstoffversorgungssystems 10. Bei dieser Systemskizze ist die Absperrventileinrichtung 37 für alle Injektoren 42 direkt an der Druckregeleinrichtung 30 angeordnet.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Brennstoffversorgungssystems 10. Bei dieser Systemskizze ist die Absperrventileinrichtung 37 für alle Injektoren 42 in der Druckleitung 18 zwischen der Druckregeleinrichtung 30 und der Brennstoffverteileinrichtung 38 angeordnet.

Somit sind anhand der Fig. 5 bis 7 Ausgestaltungen beschrieben, bei denen die

Absperrventileinrichtung 37 jeweils zwischen der Druckregeleinrichtung 30 und der Brennstoffverteileinrichtung 38 angeordnet ist. Die Druck- und Temperaturmessung kann je nach Systemanforderungen alternativ oder zusätzlich auch in der Brennstoffverteileinrichtung 38 angeordnet sein.

Bei den anhand der Fig. 1 bis 7 beschriebenen Ausgestaltungen ist ein Verteilervolumen 108 der Verteilerkammer 64 so klein gewählt, dass die Volumina, die fluidisch nach der Absperrventileinrichtung 37 einschließlich des Verteilervolumens 108 bis zu den Injektoren 42 von der Absperrventileinrichtung 37 abtrennbar sind, eine Höchstmenge von gasförmigen Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, aufnehmen, bei welcher Höchstmenge ein Entweichen des gasförmigen Brennstoffs aus diesen Volumina über die Injektoren 42 nicht zur Bildung eines zündfähigen Gemischs führt.

Fig.8 zeigt eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausgestaltung des in Fig. 2 und 3 dargestellten Brennstoffversorgungssystems 10. Hierbei kann der Drucksensor 40 an der Druckregeleinrichtung 30 und/oder am Speichervolumen 102 vorgesehen sein. Die Temperaturmessung kann mittels des Temperatursensors 41 ebenfalls am Speichervolumen 102 erfolgen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind auch weitere Abwandlungen, insbesondere Kombinationen der beschriebenen Abwandlungen, möglich.

Claims

Ansprüche

1. Brennstoffversorgungssystem (1) mit zumindest einer Brennstoffverteileinrichtung (38) zur Versorgung einer Brennkraftmaschine (11) mit gasförmigem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, wobei die Brennstoffverteileinrichtung (38) mindestens einen Injektoranschluss (56), vorzugsweise mindestens zwei Injektoranschlüsse (56), an denen Injektoren (42) zum Einblasen des Brennstoffs in Brennräume (44) der Brennkraftmaschine (11) anschließbar sind, mindestens einen Anschluss (58), an den eine Zufuhrleitung (18) zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff in die Brennstoffverteileinrichtung (38) anschließbar ist, und eine fluidisch zwischen den Injektoranschlüssen (56) und dem Anschluss (58) angeordnete Verteilerkammer (64) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speichervolumen (102) vorgesehen ist und dass eine Ventileinrichtung (37), insbesondere eine Absperrventileinrichtung (37), vorgesehen ist, die fluidisch zumindest mittelbar zwischen dem Speichervolumen (102) und der Verteilerkammer (64) angeordnet ist.

2. Brennstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Absperrventileinrichtung (37) vorgesehen ist.

3. Brennstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (102) zumindest die Funktion eines Speichers (104) für den gasförmigen Brennstoff hat und dass die Verteilerkammer (64) zumindest im Wesentlichen die Funktion einer Brennstoffverteilung über die Injektoranschlüsse (56) auf die Injektoren (42) hat.

4. Brennstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrventileinrichtung (37) einen Zulauf (96) aufweist, über den eine zumindest näherungsweise radiale Anströmung von gasförmigen Brennstoff zumindest mittelbar aus dem Speichervolumen (102) in ein Gehäuse (79) der Absperrventileinrichtung (37) ermöglicht ist, und/oder dass die Absperrventileinrichtung (37) einen Auslass (92) aufweist, über den eine zumindest näherungsweise radiale Abströmung von gasförmigen Brennstoff aus einem Gehäuse (79) der Absperrventileinrichtung (37) zumindest mittelbar in die Verteilerkammer (64) ermöglicht ist.

5. Brennstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (102) in die Brennstoffverteileinrichtung (38) integriert ist und/oder dass die Absperrventileinrichtung (37) mit der Brennstoffverteileinrichtung (38) verbunden, insbesondere durch Schweißen und/oder Löten und/oder Schrauben mit der Brennstoffverteileinrichtung (38) verbunden, ist.

6. Brennstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (102) separat von der Brennstoffverteileinrichtung (38) angeordnet ist.

7. Brennstoffversorgungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Absperrventileinrichtung (37) zwischen dem Speichervolumen (102) und der Brennstoffverteileinrichtung (38) angeordnet ist und/oder b) dass eine Druckregeleinrichtung (30) vorgesehen ist und dass die Absperrventileinrichtung (37) zwischen der Druckregeleinrichtung (30) und der Brennstoffverteileinrichtung (38) angeordnet ist.

8. Brennstoffversorgungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (102) in eine Druckregeleinrichtung (30) integriert ist.

9. Brennstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zumesseinheit (106) vorgesehen ist, die in eine Druckregeleinrichtung (30) integriert ist.

10. Brennstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verteilervolumen (108) der Verteilerkammer (64) so klein gewählt ist, dass die Volumina, die fluidisch nach der Absperrventileinrichtung (37) einschließlich des Verteilervolumens (108) bis zu den Injektoren (42) von der Absperrventileinrichtung (37) abtrennbar sind, eine Höchstmenge von gasförmigen Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, aufnehmen, bei welcher Höchstmenge ein Entweichen des gasförmigen Brennstoffs aus diesen Volumina über die Injektoren (42) nicht zur Bildung eines zündfähigen Gemischs führt.