WO2016041710A1 - Druckminderungseinrichtung für eine vorrichtung zur kraftstoffversorgung und vorrichtung zur kraftstoffversorgung - Google Patents

Druckminderungseinrichtung für eine vorrichtung zur kraftstoffversorgung und vorrichtung zur kraftstoffversorgung Download PDF

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    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a pressure reducing device for a device for supplying fuel and a device for supplying fuel with a pressure reducing device for a vehicle operated with compressed gas.
  • a compressed gas is understood here and below to mean a gaseous fuel which is stored in the vehicle in a pressure vessel.
  • natural gas which occurs in various compositions, is understood to mean pure methane and hydrogen.
  • a fuel supply device for a natural gas-powered vehicle is known.
  • a pressure reducing device is provided to reduce the tank pressure of, for example, 200 bar to the lower system pressure of the injector.
  • a pressure reducing device for a fuel supply apparatus for a compressed gas fueled vehicle, the pressure reducing means being adapted to reduce a fuel pressure from a tank pressure to a supply pressure of a fuel injector.
  • the pressure reducing device has a housing, wherein a region of an outer side of the housing is designed as a heating region.
  • the housing In the heating area, the housing has an enlarged surface with heat exchange structures.
  • the heat from ⁇ exchange structures are in use in contact with the surrounding air.
  • the heating area is designed such that it is in direct contact with the air in the engine compartment in the installed state of the pressure reducing device, if it is installed in the engine compartment. As a result, the housing absorbs heat directly from theticianistichden air.
  • the heating takes place passively by absorbing heat from the surrounding air over the surface enlarged by the heat exchange structures. This has the advantage that it is possible to dispense with separate installations such as heating circuits, connections for engine cooling water, sensors and controllers.
  • the pressure Minde ⁇ approximate device is thus particularly robust, light and kos ⁇ -effectively trained.
  • the pressure reduction device has the advantage that an unnecessarily strong heating of the housing and thus of the fuel passed through the housing is avoided.
  • the pressure ⁇ reducing device according to an embodiment of the invention thus allows an increase in efficiency, as it leaves the fuel at a low temperature as possible, allowing a higher filling the combustion chamber.
  • An enlarged surface is understood here and below to mean a surface which is enlarged by the heat exchange structures and thus has additional areas, which serve exclusively for the purpose of passive heat exchange, compared to an actively cooled housing. Accordingly, the surface is ver ⁇ enlarged compared to the surface of a housing, which does not have the passive heat exchange by means of the heat exchange structures according to an embodiment of the invention.
  • a vehicle operated with compressed gas is understood here and below to mean a vehicle in which gas stored in a tank is used as the fuel of an internal combustion engine under pressure, for example under a pressure of 200 or 250 bar.
  • the pressure reduction device is designed such that it enables the reduction of the tank pressure to the supply pressure of a fuel injection device.
  • the supply pressure of fuel injectors is 5 to 20 bar.
  • the reduction of the pressure is effected by a controllable expansion, wherein an actuator may be provided for the control.
  • the pressure reduction device can be formed in one or more stages, ie, the expansion can take place in one or more steps. At least at one stage, the heating area is provided according to an embodiment of the invention. If the pressure reduction device is constructed in multiple stages, a heating area is typi cally ⁇ provided at least at that stage at which the highest expansion takes place, that the greatest amount of cold is obtained. It can also be provided at several stages or at each stage heating areas.
  • the housing in the heating region has a number of ribs which extend on an outer side of the housing substantially perpendicular to the surface of the housing.
  • the ribs may be arranged in the longitudinal or transverse direction of the housing parallel to each other or in another formation. Accordingly, in this embodiment, the heat exchange structures are formed as ribs.
  • the ribs can be arranged and shaped taking into account the air flow occurring in their environment. To they can also be slightly inclined and thus positioned differently from the vertical to the surface of the housing. Also, such an arrangement of ribs is referred to herein as "substantially perpendicular to the surface of the housing" because the deviation from the perpendicular is only up to about 30 degrees.
  • the housing via the rib sufficient ambient heat from the environment, such as the engine compartment record, so that icing of components is prevented even at low temperatures, for example, -20 ° C. Even in extreme situations, such as the
  • the ribs are formed of metal, in particular of the same material as the rest of the housing. This allows due to the good soupleitfä ⁇ ability of metals a particularly good heat exchange.
  • the ribs may also be formed integrally with the rest of the housing or with parts of the housing.
  • the housing can be made with the ribs in a casting process or the ribs welded to the housing and thus be firmly connected to him.
  • the ribs can also be milled into the housing made as a solid block.
  • the one-piece design has the advantage that the production process for the housing has to be modified only slightly.
  • the one-piece design ensures a particularly good heat transfer.
  • the ribs are detachably connected to the housing, in particular riveted, screwed or infected.
  • a thermal grease can be used for a good heat conductive connection to the housing. This has the advantage that the ribs can be designed as an optional attachment.
  • the pressure reducing device has an expansion region disposed inside the housing, in which the fuel is expanded, the heating region being formed at the region of the housing which surrounds the expansion region.
  • the pressure reduction device comprises a piezoelectric actuator as
  • the pressure reduction device comprises an electromagnetic
  • a fuel supply apparatus for a compressed gas fueled vehicle comprising a compressed gas storage tank, said pressure reducing means for reducing a fuel pressure from a tank pressure to a fuel injection supply pressure, and a supply conduit for supplying gas from the pressure reducing device to at least one fuel injection device of an internal combustion engine.
  • the fuel supply device further comprises a heater for controlled heating of the housing in the heating region.
  • the heater can be designed, for example, as a connection to an engine cooling system.
  • the heater is adjustable and has the task of preventing the occurrence of low temperatures on components of the pressure reducer in those exceptional cases in which a passive heating is not sufficient.
  • only a passive heating in the heating area takes place in normal operation, only in exceptional cases, this is supplemented by an active heating by means of the heater. This has the advantage that in normal operation excessive heating, which would lead to an efficiency reduction, is avoided.
  • an electric heater is provided as a heating device. This has the advantage that a particularly simple and fast control is possible. Such a heater can be arranged together with the control of the actuator in a housing directly on the housing of the pressure reducing device.
  • a fan for generating an air flow is arranged on the heating area in the vicinity of the housing of the pressure reducing device.
  • the airflow allows for improved supply of heat from the environment.
  • a vehicle with the described device for fuel supply is specified.
  • the vehicle is a compressed gas powered vehicle, in particular a passenger car, a truck or a bus.
  • FIG. 1 shows schematically a compressed gas
  • Figure 2 shows schematically a sectional view of the housing of the pressure reducing device according to Figure 1 and
  • FIG. 3 shows schematically a perspective view of the
  • Figure 1 shows a dashed line indicated only vehicle 1, which is designed in particular as a passenger car, truck or bus.
  • vehicle 1 is compressed natural gas (English “compressed natural gas,” CNG) be exaggerated ⁇ as fuel.
  • CNG compressed natural gas
  • the vehicle 1 has an internal combustion engine 2 with a number of cylinders 3, in which the natural gas is burned.
  • the internal combustion engine 2 has four cylinders 3, but only one of which is shown.
  • the fuel passes through a Kraftstoffeinblasvorraum 4 in the not shown combustion chamber of the cylinder 3.
  • Der Fuel injection device 4 is connected upstream of a fuel rail 5, which distributes fuel supplied from the supply line 10 into the individual fuel injection devices 4 and their associated cylinder 3.
  • the fuel injector 4 typically operates at a fuel pressure of about 5-20 bar.
  • the compressed natural gas is stored in tanks 6 designed as pressure vessels under a pressure pi of about 200 or 250 bar.
  • This pressure pi also prevails in the supply line 7, which leads from the tanks 6 via a filter 8 to the pressure reducing device 9.
  • the pressure reducer 9 reduces the pressure pi to the pressure p2.
  • the filter 8 may also be integrated in the pressure reduction device 9.
  • the pressure reduction device 9 has a heating region, not shown in FIG. 1, in which heat is increasingly absorbed from the engine compartment 14 surrounding it.
  • a possible embodiment of the heating area is shown in more detail in FIGS. 2 and 3.
  • the pressure reducing device 9 according to an embodiment of the This invention may be used in conjunction with the various technologies, it is not limited to a particular design of the fuel injector 4. It is also not limited to a specific design of the internal combustion engine 2 or a certain number of cylinders 3.
  • FIG. 2 shows the housing 11 of the pressure reducing device 9 in cross section.
  • the housing 11 has an inlet 12 at which fuel enters at the pressure pi. It also has an outlet 13 at which fuel exits at the pressure p2.
  • an unillustrated shut-off valve is typically provided in front of the inlet 12.
  • a shut-off valve may be arranged directly on the tank 6, with which the
  • Fuel supply for example, when stopping the
  • the pressure reduction device 9 shown in Figure 2 as an actuator to a controlled by the engine control, not shown piezoelectric actuator 15.
  • the actuator 15 is connected to a valve 16, via which the flow through an opening 17 can be regulated.
  • a first chamber 18 is arranged, in which a piston 19 is movably mounted.
  • the piston 19 is arranged in a cylinder 21 and movable against the force of a spring 20.
  • An outlet throttle 23 connects the first chamber 18 with the outlet 13 of the
  • Pressure Reducing Device 9 For regulating the piezoelectric actuator 15, the pressures pi and P2 are typically measured by means of pressure sensors.
  • the piezoelectric actuator 15 displaces the closure piece of the valve 16 against the valve seat and controls Thus, the flow of fuel through the opening 17.
  • a change in this flow causes a change in the pressure prevailing in the first chamber 18 and thus a change in the force on the piston 19.
  • the piston 19 is thereby displaced within the cylinder 21. This allows fuel to flow from the first chamber 18 into the second chamber 22.
  • the piston 19 is moved downward against the spring force, the pressure p2 in the second chamber 22 increases. Since the first chamber 18 is connected to the outlet 13 via the outlet throttle 23, fuel also flows to the outlet 13 via the throttle 23.
  • a heating area 26 is provided, to which the housing 11 is supplied with increased heat from the surrounding engine compartment.
  • ribs 24 are provided, which increase the surface of the housing 11 and thus improve the absorption of heat.
  • FIG. 3 shows in a perspective view the housing 11 with the ribs 24 arranged in the heating area 26.
  • the ribs extend parallel to the longitudinal axis of the housing 11 and perpendicular to the surface of the housing 11. Like the housing 11, they are formed of metal to achieve good thermal conductivity. Reference sign list

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Abstract

Eine Druckminderungseinrichtung (9) für eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung für ein mit verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug (1) ist zur Reduzierung eines Kraftstoffdruckes von einem Tankdruck auf einen Versorgungsdruck einer Kraftstoffeinblasvorrichtung (4) geeignet und weist ein Gehäuse (11) auf, wobei ein Bereich einer Außenseite (25) des Gehäuses (11) als Erwärmungsbereich (26) ausgebildet ist und eine vergrößerte Oberfläche mit Wärmeaustauschstrukturen aufweist.

Description

Beschreibung
Druckminderungseinrichtung für eine Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung und Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung
Die Erfindung betrifft eine Druckminderungseinrichtung für eine Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung sowie eine Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung mit einer Druckminderungseinrichtung für ein mit verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug.
Unter einem verdichteten Gas wird hier und im Folgenden ein gasförmiger Kraftstoff verstanden, der im Fahrzeug in einem Druckbehälter vorgehalten wird. Beispielsweise werden darunter Erdgas, das in verschiedenen Zusammensetzungen vorkommt, reines Methan und Wasserstoff verstanden.
Aus der DE 102007036958 AI ist eine Kraftstoffzufuhreinrichtung für ein mit Erdgas betriebenes Fahrzeug bekannt. Bei dieser Einrichtung ist eine Druckminderungseinrichtung vorgesehen, um den Tankdruck von beispielsweise 200 bar auf den niedrigeren Systemdruck der Einblasvorrichtung zu reduzieren.
Bei dieser Reduzierung des Druckes fällt an der Druckminde¬ rungseinrichtung Kälte an, die zu einer Vereisung der Druck- minderungseinrichtung führen kann. Eine Vereisung kann sowohl auf der Außenseite der Druckminderungseinrichtung als auch in ihrem Innern auftreten.
Aus der DE 10 2008 034 581 AI ist es bekannt, die Druckmin- derungseinrichtung zweistufig auszuführen und die an einem
Proportionalventil der zweiten Stufe frei werdende Wärme für eine Erwärmung eines mechanischen Ventils der ersten Stufe zu nutzen, um eine Vereisung zu verhindern. Eine alternative Lösung, die bereits in auf dem Markt be¬ findlichen Systemen verwirklicht ist, ist der Anschluss von Bauteilen der Druckminderungseinrichtung an den Motorkühlkreislauf und ihre Erwärmung durch Motorkühlwasser.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckminderungseinrichtung für eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung eines mit verdichtetem Gas betriebenen Fahrzeugs anzugeben, bei der eine Vereisung von Bauteilen auf möglichst einfache Weise vermieden wird.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Druckminderungseinrichtung für eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung für ein mit verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug angegeben, wobei die Druckminderungseinrichtung zur Reduzierung eines Kraftstoffdruckes von einem Tankdruck auf einen Versorgungsdruck einer Kraftstoffeinblasvorrichtung geeignet ist. Die Druckminderungseinrichtung weist ein Gehäuse auf, wobei ein Bereich einer Außenseite des Gehäuses als Erwärmungsbereich ausgebildet ist.
In dem Erwärmungsbereich weist das Gehäuse eine vergrößerte Oberfläche mit Wärmeaustauschstrukturen auf. Die Wärmeaus¬ tauschstrukturen stehen im Betrieb in Kontakt mit der umgebenden Luft.
Bei dieser Druckminderungseinrichtung kann über die vergrößerte Oberfläche im Erwärmungsbereich ausreichend Umgebungswärme in das Gehäusematerial aufgenommen werden, so dass eine Vereisung vermieden wird. Der Erwärmungsbereich ist derart ausgebildet, dass er im eingebauten Zustand der Druckminderungseinrichtung, falls diese im Motorraum eingebaut wird, in direktem Kontakt mit der im Motorraum befindlichen Luft steht. Dadurch nimmt das Gehäuse unmittelbar Wärme aus der vorbeistreichenden Luft auf.
Die Erwärmung erfolgt dabei passiv durch Aufnahme von Wärme aus der umgebenden Luft über die durch die Wärmeaustauschstrukturen vergrößerte Oberfläche. Das hat den Vorteil, dass auf separate Einbauten wie Heizkreise, Anschlüsse für Motorkühlwasser, Sensoren und Regler verzichtet werden kann. Die Druckminde¬ rungseinrichtung ist somit besonders robust, leicht und kos¬ tengünstig ausgebildet.
Ferner hat die Druckminderungseinrichtung den Vorteil, dass auch eine unnötig starke Erwärmung des Gehäuses und damit des durch das Gehäuse geleiteten Kraftstoffs vermieden wird. Bei einer Erwärmung mittels Motorkühlwasser findet oftmals eine unnötig starke Erwärmung des Kraftstoffes statt, was eine unerwünschte Reduktion des Gesamtwirkungsgrads zur Folge hat. Die Druck¬ minderungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ermöglicht somit auch eine Effizienzsteigerung, da sie den Kraftstoff bei einer möglichst tiefen Temperatur belässt und so eine höhere Füllung der Brennkammer ermöglicht.
Unter einer vergrößerten Oberfläche wird hier und im Folgenden eine Oberfläche verstanden, die durch die Wärmeaustauschstrukturen vergrößert ist und somit gegenüber einem aktiv gekühlten Gehäuse zusätzliche, ausschließlich dem Zweck des passiven Wärmeaustauschs dienende Bereiche aufweist. Demnach ist die Oberfläche gegenüber der Oberfläche eines Gehäuses ver¬ größert, das nicht den passiven Wärmeaustausch mittels der Wärmeaustauschstrukturen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. Unter einem mit verdichtetem Gas betriebenen Fahrzeug wird hier und im Folgenden ein Fahrzeug verstanden, in dem als Kraftstoff einer Brennkraftmaschine unter Druck, beispielsweise unter einem Druck von 200 oder 250 bar, in einem Tank vorgehaltenes Gas verwendet wird.
Die Druckminderungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie die Reduzierung des Tankdrucks auf den Versorgungsdruck einer Kraftstoffeinblasvorrichtung ermöglicht. Typischerweise be- trägt der Versorgungsdruck von Kraftstoffeinblasvorrichtungen 5 bis 20 bar. Die Reduzierung des Drucks erfolgt durch eine regelbare Expansion, wobei für die Regelung ein Stellglied vorgesehen sein kann. Die Druckminderungseinrichtung kann dabei ein- oder mehrstufig ausgebildet sein d.h., die Expansion kann in einem oder in mehreren Schritten erfolgen. Zumindest an einer Stufe ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Erwärmungsbereich vorgesehen. Ist die Druckminderungseinrichtung mehrstufig ausgebildet, so ist ein Erwärmungsbereich typi¬ scherweise zumindest an derjenigen Stufe vorgesehen, an der die stärkste Expansion stattfindet, also die größte Kältemenge anfällt. Es können auch an mehreren Stufen bzw. an jeder Stufe Erwärmungsbereiche vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse im Erwärmungsbereich eine Anzahl von Rippen auf, die sich auf einer Außenseite des Gehäuses im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Gehäuses erstrecken. Die Rippen können in Längs- oder Querrichtung des Gehäuses parallel zueinander oder in einer anderen Formation angeordnet sein. In dieser Ausführungsform sind demnach die Wärmeaustauschstrukturen als Rippen ausgebildet .
Die Rippen können unter Berücksichtigung der in ihrer Umgebung auftretenden Luftströmung angeordnet und ausgeformt werden. Dazu können sie auch leicht geneigt und damit abweichend von der Senkrechten zur Oberfläche des Gehäuses positioniert werden. Auch eine derartige Anordnung von Rippen wird hier als "im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Gehäuses" bezeichnet, weil die Abweichung von der Senkrechten nur bis zu etwa 30 Grad beträgt .
Wie sich herausgestellt hat, kann das Gehäuse über die Rippen ausreichend Umgebungswärme aus der Umgebung, beispielsweise dem Motorraum, aufnehmen, so dass eine Vereisung von Bauteilen auch bei tiefen Temperaturen von beispielsweise -20 °C verhindert wird. Auch in extremen Situationen, beispielsweise beim
Startvorgang bei Volllast bei extrem tiefen Außentemperaturen kann eine passive Erwärmung des Gehäuses über die Rippen ausreichen. Ist die Brennkraftmaschine bereits einige Zeit in Betrieb, so ist die Temperatur im Motorraum deutlich höher als die Außentemperatur. Daher ist auch bei längeren Fahrten die passive Erwärmung ausreichend. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Rippen aus Metall ausgebildet, insbesondere aus demselben Material wie das übrige Gehäuse. Dies erlaubt aufgrund der guten Wärmeleitfä¬ higkeit von Metallen einen besonders guten Wärmeaustausch. Insbesondere können die Rippen auch einstückig mit dem übrigen Gehäuse bzw. mit Teilen des Gehäuses ausgebildet sein. Bei¬ spielsweise kann das Gehäuse mit den Rippen in einem Gußprozess hergestellt oder die Rippen an das Gehäuse angeschweißt und somit fest mit ihm verbunden sein. Die Rippen können auch in das als massiver Block hergestellte Gehäuse eingefräst sein. Die einstückige Ausbildung hat den Vorteil, dass der Herstel- lungsprozess für das Gehäuse nur geringfügig modifiziert werden muss. Zudem ist durch die einstückige Ausbildung ein besonders guter Wärmeübergang sichergestellt. In einer alternativen Ausführungsform sind die Rippen lösbar mit dem Gehäuse verbunden, insbesondere angenietet, angeschraubt oder angesteckt. Für eine gut wärmeleitfähige Anbindung an das Gehäuse kann eine Wärmeleitpaste verwendet werden. Das hat den Vorteil, dass die Rippen als optionales Anbauteil konzipiert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Druckminderungseinrichtung einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Expansionsbereich auf, in dem der Kraftstoff expandiert wird, wobei der Erwärmungsbereich an demjenigen Bereich des Gehäuses ausgebildet ist, der den Expansionsbereich umgibt. Dies hat den Vorteil, dass Wärme aus dem Motorraum dort in das Gehäuse aufgenommen wird, wo die größte Kältemenge anfällt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Druckminderungseinrichtung einen piezoelektrischen Aktor als
Stellglied auf. Piezoelektrische Aktoren haben besonders kurze Ansprechzeiten und erlauben somit eine sehr exakte Regelung von Durchflussmengen. In einer alternativen Ausführungsform weist die Druckminderungseinrichtung ein elektromagnetisches
Stellglied auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung für ein mit verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug angegeben, die einen als Druckbehälter ausgebildeten Tank zur Vorhaltung des verdichteten Gases, die beschriebene Druckminderungseinrichtung zur Reduzierung eines Kraftstoffdruckes von einem Tankdruck auf einen Versorgungsdruck einer Kraftstoffeinblasvorrichtung sowie eine Zufuhrleitung zur Zuführung von Gas von der Druckminderungseinrichtung zu zumindest einer Kraftstoffeinblasvorrichtung einer Brennkraftmaschine aufweist. Eine derartige Vorrichtung zur Kraft¬ stoffVersorgung für ein mit verdichtetem Gasbetriebenes Fahrzeug ist vor einem Vereisen von Bauelementen aufgrund der bei der Expansion anfallenden Kälte wirksam geschützt, wobei auf eine aktive Erwärmung von Bauelementen verzichtet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung ferner eine Heizeinrichtung zur geregelten Erwärmung des Gehäuses im Erwärmungsbereich auf.
Die Heizeinrichtung kann dabei beispielsweise auch als Anschluss an ein Motorkühlsystem ausgebildet sein. Die Heizeinrichtung ist regelbar und hat die Aufgabe, das Auftreten zu niedriger Temperaturen an Bauelementen des Druckminderers in denjenigen Ausnahmefällen zu verhindern, in denen eine passive Erwärmung nicht ausreichend ist. Bei dieser Ausführungsform findet im Normalbetrieb ausschließlich eine passive Erwärmung im Erwärmungsbereich statt, lediglich in Ausnahmefällen wird diese durch eine aktive Erwärmung mittels der Heizeinrichtung ergänzt. Dies hat den Vorteil, dass im Normalbetrieb eine zu starke Erwärmung, die zu einer Effizienzminderung führen würde, vermieden wird.
In einer Ausführungsform ist als Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen. Das hat den Vorteil, dass eine besonders einfache und schnelle Regelung möglich ist. Eine derartige Heizeinrichtung kann zusammen mit der Steuerung des Aktors in einem Gehäuse unmittelbar am Gehäuse der Druckminderungseinrichtung angeordnet sein.
In einer Ausführungsform ist in der Nähe des Gehäuses der Druckminderungseinrichtung ein Ventilator zur Erzeugung eines Luftstroms an den Erwärmungsbereich angeordnet. Der Luftstrom erlaubt eine verbesserte Zufuhr von Wärme aus der Umgebung. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit der beschriebenen Vorrichtung zur Kraftstoff ersorgung angegeben.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein mit verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug, insbesondere um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder einen Bus.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt schematisch ein mit verdichtetem Gas
betriebenes Fahrzeug mit einer
Druckminderungseinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 zeigt schematisch eine Schnittansicht des Gehäuses der Druckminderungseinrichtung gemäß Figur 1 und
Figur 3 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht des
Gehäuses gemäß Figur 2.
Figur 1 zeigt ein lediglich gestrichelt angedeutetes Fahrzeug 1, das insbesondere als Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Bus ausgebildet ist. Das Fahrzeug 1 wird mit verdichtetem Erdgas (englisch "compressed natural gas", CNG) als Kraftstoff be¬ trieben .
Dazu weist das Fahrzeug 1 eine Brennkraftmaschine 2 mit einer Anzahl von Zylindern 3 auf, in denen das Erdgas verbrannt wird. In der gezeigten Ausführungsform weist die Brennkraftmaschine 2 vier Zylinder 3 auf, von denen jedoch nur einer dargestellt ist.
Der Kraftstoff gelangt über eine Kraftstoffeinblasvorrichtung 4 in die nicht gezeigte Brennkammer des Zylinders 3. Der Kraftstoffeinblasvorrichtung 4 vorgeschaltet ist eine Kraftstoffverteilerleiste 5, die aus der Zuleitung 10 zugeführten Kraftstoff in die einzelnen Kraftstoffeinblasvorrichtungen 4 und die ihnen zugeordneten Zylinder 3 verteilt.
Die Kraftstoffeinblasvorrichtung 4 arbeitet typischerweise mit einem Kraftstoffdruck von etwa 5-20 bar. Dieser Druck p2 herrscht auch in der Zuleitung 10. Demgegenüber wird das verdichtete Erdgas in als Druckbehälter ausgebildeten Tanks 6 unter einem Druck pi von etwa 200 oder 250 bar vorgehalten. Dieser Druck pi herrscht auch in der Zuleitung 7, die von den Tanks 6 über einen Filter 8 zur Druckminderungseinrichtung 9 führt. Die Druckminderungseinrichtung 9 reduziert den Druck pi auf den Druck p2. Der Filter 8 kann auch in der Druckminderungseinrichtung 9 integriert sein.
Zur Reduzierung des Drucks wird der Kraftstoff in der Druckminderungseinrichtung 9 expandiert. Dabei kühlt er sich erheblich ab. In der Druckminderungseinrichtung 9 fällt somit im Betrieb Kälte an, die über Bauelemente der Druckminderungs¬ einrichtung 9 abgeführt wird. Dabei besteht die Gefahr, dass diese Bauelemente vereisen und ausfallen.
Um dies zu verhindern, weist die Druckminderungseinrichtung 9 einen in Figur 1 nicht gezeigten Erwärmungsbereich auf, in dem verstärkt Wärme aus dem ihn umgebenden Motorraum 14 aufgenommen wird. Eine mögliche Ausbildung des Erwärmungsbereichs ist in den Figuren 2 und 3 näher gezeigt. Gegenwärtig existieren verschiedene Technologien, mit denen das Einblasen des Kraftstoffs umgesetzt wird. Beispielsweise kann eine Einspritzung des Kraftstoffs in das in Figur 1 nicht gezeigte Saugrohr oder direkt in die Brennkammer des Zylinders 3 erfolgen. Die Druckminderungseinrichtung 9 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann im Zusammenhang mit den verschiedenen Technologien zum Einsatz kommen, sie ist nicht auf eine bestimmte Ausbildung der Kraftstoffeinblasvorrichtung 4 beschränkt. Sie ist auch nicht auf eine bestimmte Ausbildung der Brennkraft- maschine 2 bzw. eine bestimmte Anzahl von Zylindern 3 beschränkt.
Figur 2 zeigt das Gehäuse 11 der Druckminderungseinrichtung 9 im Querschnitt. Das Gehäuse 11 weist einen Einlass 12 auf, an dem Kraftstoff mit dem Druck pi eintritt. Es weist ferner einen Auslass 13 auf, an dem Kraftstoff mit dem Druck p2 austritt. Vor dem Einlass 12 ist typischerweise ein nicht dargestelltes Absperrventil vorgesehen. Insbesondere kann ein Absperrventil unmittelbar am Tank 6 angeordnet sein, mit dem sich die
Kraftstoffzufuhr beispielsweise bei einem Abstellen der
Brennkraftmaschine 2 oder bei der Umschaltung auf eine andere Kraftstoffart abstellen lässt.
Die in Figur 2 gezeigte Druckminderungseinrichtung 9 weist als Stellglied einen von der nicht dargestellten Motorsteuerung geregelten piezoelektrischen Aktor 15 auf. Der Aktor 15 ist mit einem Ventil 16 verbunden, über das der Durchfluss durch eine Öffnung 17 regelbar ist. Ausgangsseitig des Ventils 16 ist eine erste Kammer 18 angeordnet, in der ein Kolben 19 beweglich gelagert ist. Der Kolben 19 ist in einem Zylinder 21 angeordnet und gegen die Kraft einer Feder 20 beweglich.
In der zweiten Kammer liegt der Druck p2 an. Eine Ablaufdrossel 23 verbindet die erste Kammer 18 mit dem Auslass 13 der
Druckminderungseinrichtung 9. Für eine Regelung des piezoe- lektrischen Aktors 15 werden typischerweise die Drücke pi und P2 mittels Drucksensoren gemessen.
Im Betrieb verschiebt der piezoelektrische Aktor 15 das Ver¬ schlussstück des Ventils 16 gegen den Ventilsitz und steuert somit den Durchfluss von Kraftstoff durch die Öffnung 17. Eine Änderung dieses Durchflusses bedingt eine Änderung des in der ersten Kammer 18 herrschenden Druckes und somit eine Änderung der Kraft auf den Kolben 19. Der Kolben 19 wird dadurch innerhalb des Zylinders 21 verschoben. Dadurch kann Kraftstoff von der ersten Kammer 18 in die zweite Kammer 22 strömen. Wird der Kolben 19 gegen die Federkraft nach unten bewegt, so steigt der Druck p2 in der zweiten Kammer 22 an. Da die erste Kammer 18 mit dem Auslass 13 über die Ablaufdrossel 23 verbunden ist, strömt auch über die Drossel 23 Kraftstoff zum Auslass 13.
Bei der Expansion des Kraftstoffs am Ventil 16, in der ersten Kammer 18 sowie an der Ablaufdrossel 23 fällt durch die starke Abkühlung des Kraftstoffs Kälte an. Auf der Außenseite 25 des Gehäuses 11 ist daher ein Erwärmungsbereich 26 vorgesehen, an dem dem Gehäuse 11 verstärkt Wärme aus dem umgebenden Motorraum zugeführt wird. Für eine verstärkte Aufnahme von Wärme sind in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform im Erwärmungsbereich 26 Rippen 24 vorgesehen, die die Oberfläche des Gehäuses 11 vergrößern und somit die Aufnahme von Wärme verbessern.
Figur 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Gehäuse 11 mit den im Erwärmungsbereich 26 angeordneten Rippen 24. In der gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Rippen parallel zur Längsachse des Gehäuses 11 und senkrecht zur Oberfläche des Gehäuses 11. Sie sind wie das Gehäuse 11 aus Metall ausgebildet, um eine gute Wärmeleitfähigkeit zu erreichen. Bezugs zeichenliste
1 Fahrzeug
2 Brennkraftmaschine
3 Zylinder
4 Kraftstoffeinblasvorrichtung
5 Kraftstoff erteilerleiste
6 Tank
7 Zuleitung
8 Filter
9 Druckminderungseinrichtung
10 Zuleitung
11 Gehäuse
12 Einlass
13 Auslass
14 Motorraum
15 piezoelektrischer Aktor
16 Ventil
17 Öffnung
18 erste Kammer
19 Kolben
20 Feder
21 Zylinder
22 zweite Kammer
23 Ablaufdrossel
24 Rippen
25 Außenseite
26 Erwärmungsbereich

Claims

Druckminderungseinrichtung (9) für eine Vorrichtung zur Kraftstoff ersorgung für ein mit verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug (1),
wobei die Druckminderungseinrichtung (9) zur Reduzierung eines Kraftstoffdruckes von einem Tankdruck auf einen Versorgungsdruck einer Kraftstoffeinblasvorrichtung (4) geeignet ist und ein Gehäuse (11) aufweist, wobei ein Bereich einer Außenseite (25) des Gehäuses (11) als Erwärmungsbereich (26) ausgebildet ist und eine vergrößerte Oberfläche mit Wärmeaustauschstrukturen aufweist.
Druckminderungseinrichtung (9) nach Anspruch 1,
wobei das Gehäuse (11) im Erwärmungsbereich (26) eine Anzahl von Rippen (24) als Wärmeaustauschstrukturen aufweist, die sich auf einer Außenseite (25) des Gehäuses (11) im We¬ sentlichen senkrecht zur Oberfläche des Gehäuses (11) erstrecken .
Druckminderungseinrichtung (9) nach Anspruch 2,
wobei die Rippen (24) aus Metall ausgebildet sind.
Druckminderungseinrichtung (9) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Rippen (24) einstückig mit dem Gehäuse (11) ausgebildet sind.
Druckminderungseinrichtung (9) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Rippen (24) lösbar mit dem Gehäuse (11) verbunden sind.
Druckminderungseinrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei die Druckminderungseinrichtung (9) einen innerhalb des Gehäuses (11) angeordneten Expansionsbereich aufweist, in dem der Kraftstoff expandiert wird, wobei ein Erwär¬ mungsbereich (26) an demjenigen Bereich des Gehäuses (11) ausgebildet ist, der den Expansionsbereich umgibt.
7. Druckminderungseinrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Druckminderungseinrichtung (9) einen piezoelektrischen Aktor (15) als Stellglied aufweist.
8. Druckminderungseinrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Druckminderungseinrichtung (9) ein elektromagnetisches Stellglied aufweist.
9. Vorrichtung zur Kraftstoff ersorgung für ein mit verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug (1), die folgendes aufweist :
zumindest einen als Druckbehälter ausgebildeten Tank (6) zur Vorhaltung des verdichteten Gases;
eine Druckminderungseinrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Reduzierung eines Kraftstoff¬ druckes von einem Tankdruck auf einen Versorgungsdruck einer Kraftstoffeinblasvorrichtung (4);
eine Zufuhrleitung (7, 10) zur Zuführung von Gas von der Druckminderungseinrichtung (9) zu zumindest einer Kraftstoffeinblasvorrichtung (4) einer Brennkraftmaschine (2 ) .
10. Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung nach Anspruch 9, die ferner eine Heizeinrichtung zur geregelten Erwärmung des Gehäuses (11) im Erwärmungsbereich (26) aufweist.
11. Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung nach Anspruch 10, wobei als Heizeinrichtung ein regelbarer Anschluss an ein Motorkühlsystem vorgesehen ist.
12. Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung nach Anspruch 10, wobei als Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen ist.
13. Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
wobei in der Nähe des Gehäuses (11) ein Ventilator zur Erzeugung eines Luftstroms an den Erwärmungsbereich (26) angeordnet ist.
Fahrzeug (1) mit einer Vorrichtung zur KraftstoffVersorgung nach einem der Ansprüche 9 bis 13.
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