WO2024104799A1 - Vorrichtung zum einbringen eines kraftstoffs in einen gasmotor - Google Patents

Vorrichtung zum einbringen eines kraftstoffs in einen gasmotor Download PDF

Info

Publication number
WO2024104799A1
WO2024104799A1 PCT/EP2023/080776 EP2023080776W WO2024104799A1 WO 2024104799 A1 WO2024104799 A1 WO 2024104799A1 EP 2023080776 W EP2023080776 W EP 2023080776W WO 2024104799 A1 WO2024104799 A1 WO 2024104799A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
rail
control valve
engine
pressure
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/080776
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Giovanni Corbinelli
Dennis Herrmann
Mario D´ONOFRIO
Richard Pirkl
Original Assignee
Liebherr-Components Deggendorf Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr-Components Deggendorf Gmbh filed Critical Liebherr-Components Deggendorf Gmbh
Publication of WO2024104799A1 publication Critical patent/WO2024104799A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/022—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel pressure, temperature or composition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/026—Measuring or estimating parameters related to the fuel supply system
    • F02D19/027—Determining the fuel pressure, temperature or volume flow, the fuel tank fill level or a valve position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0027—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3094—Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/023—Valves; Pressure or flow regulators in the fuel supply or return system
    • F02M21/0239—Pressure or flow regulators therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0245—High pressure fuel supply systems; Rails; Pumps; Arrangement of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248—Injectors
    • F02M21/0275—Injectors for in-cylinder direct injection, e.g. injector combined with spark plug
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248—Injectors
    • F02M21/0278—Port fuel injectors for single or multipoint injection into the air intake system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0284—Arrangement of multiple injectors or fuel-air mixers per combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D2041/3881—Common rail control systems with multiple common rails, e.g. one rail per cylinder bank, or a high pressure rail and a low pressure rail
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602—Fuel pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0606—Fuel temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F02D41/403—Multiple injections with pilot injections

Definitions

  • the present invention relates to a device for introducing a fuel into a gas engine.
  • the invention also includes a gas engine with such a device.
  • a gas engine is an internal combustion engine that is capable of burning a fuel that is gaseous at ambient pressure.
  • the market has been dominated by internal combustion engines that run on liquid fuels such as petrol and diesel.
  • gaseous fuels such as compressed natural gas (CNG) or liquefied natural gas (LNG).
  • CNG compressed natural gas
  • LNG liquefied natural gas
  • the indirect multi-point injection system with spark ignition was used for the series production of such internal combustion engines. In this system, the gas was injected into the intake manifold leading to the combustion chamber, so that the gas could be introduced into the intake manifold at a low pressure of typically less than 15 bar.
  • the aim of this invention is to propose a device for introducing the fuel into the gas engine in order to ensure the correct pressure levels for the fuel nozzles injecting directly into the combustion chamber (i.e. the LPDI injectors) and at the same time also for the fuel nozzles injecting into the intake manifold (i.e. the PFI injectors), avoiding redundancy of components and reducing the installation space required on the engine.
  • a device for introducing a fuel into a gas engine comprises a fuel tank which holds the fuel under a certain pressure, preferably more than 5 bar, preferably more than 7 bar stores, a pressure control valve arranged downstream of the fuel tank, which is designed to reduce the fuel originating from the fuel tank to a constant, stationary pressure level, a first rail with at least one fuel injector for directly introducing the fuel into a combustion chamber of an engine cylinder, and a second rail with at least one fuel injector for introducing the fuel into an intake region of the engine cylinder.
  • the device is characterized in that both the first rail and the second rail are arranged downstream of the pressure control valve and each receive their fuel to be delivered via their respective at least one fuel injector via the pressure control valve.
  • the invention provides for the implementation of a single or shared fuel path that provides the ability to eject the fuel in two stages at different and controlled pressure levels as required for proper functionality.
  • injection pressure for direct injection is usually always higher than the injection pressure for intake manifold injection. This enables combined and cascaded pressure control.
  • the invention provides that at least one component is used jointly for the different fuel injections, as is shown, for example, by the joint use of the pressure control valve.
  • first rail and the second rail are arranged in series with each other, so that the fuel must first flow through the first rail to reach the second rail.
  • a flow control valve is arranged upstream of the second rail in order to enable a pressure variation of the fuel flowing into the second rail, preferably wherein the pressure control valve is arranged immediately upstream of the second rail.
  • a flow control valve is provided upstream of the second rail, which is arranged between the first rail and the second rail in order to enable a pressure variation of the fuel flowing into the second rail.
  • the first rail which has the injectors for direct injection
  • the second rail which has the injectors for intake manifold injection
  • the target value of the fuel pressure depends on the machine load and the operating point of the engine to be supplied with fuel.
  • a flow control valve that can vary the pressure of the fuel is arranged upstream of the second rail, preferably directly upstream of the second rail, so that the fuel pressure for the second rail can be adjusted depending on the required target pressure.
  • a flow control valve is provided upstream of the first rail, preferably wherein the flow control valve is arranged immediately upstream of the first rail.
  • a flow control valve is able to variably adjust the fuel pressure at the inlet of the flow control valve to a setpoint.
  • the setpoint is typically below the inlet pressure at the inlet of the flow control valve.
  • a flow control valve is a component which, due to a corresponding control, is able to reduce the pressure level of the supplied fuel to a different pressure level in accordance with the control signals.
  • a first flow control valve is provided upstream of the first rail and a second flow control valve is provided upstream of the second rail, wherein preferably the first flow control valve is arranged directly upstream of the first rail and the second flow control valve is arranged directly upstream of the second rail.
  • the two rails which can be connected in series with each other, are independent of each other with respect to the Setpoint value of the fuel in the respective rail. The fine adjustment of the desired setpoint value of the fuel pressure is then carried out in the respective upstream flow control valve for the downstream rail.
  • the advantage here is that the first rail for supplying the injector units for direct injection requires a higher fuel pressure than the second rail, which supplies the injector units for intake manifold injection with fuel.
  • the fuel tank is designed to deliver fuel at a variable pressure depending on a fuel fill level, preferably with the minimum pressure value of a fuel delivered from the fuel tank not falling below the constant, stationary pressure level of the pressure control valve.
  • the discharge pressure of the fuel from the fuel tank can also drop.
  • it can also be provided that it further comprises an engine control unit which is linked to an opening and closing mechanism for the fuel injectors of the first rail and the second rail for controlling them.
  • the engine control unit is therefore designed to coordinate and implement the opening and closing timing of the plurality of fuel injectors of the first rail and the second rail.
  • the engine control unit is linked to the at least one flow control valve in order to control the at least one flow control valve.
  • the engine control unit can therefore also control the flow control valve to control the actual flow in the first rail and/or the second rail.
  • prevailing fuel pressure the target fuel pressure also depends in particular on the timing of the operation of the fuel injectors of the first rail and/or the second rail.
  • both the first rail and/or the second rail have a temperature sensor and/or a pressure sensor for detecting temperature and/or the pressure prevailing in the respective rail.
  • the engine control unit is linked to the temperature sensor and/or the pressure sensor of the first rail or the second rail in order to control the fuel injectors of the first rail and the second rail and/or the at least one flow control valve depending thereon.
  • the information on the temperature and pressure value in the first rail and/or the second rail is also used to adjust the flow control valve or the timing in the operation of the fuel injectors in order to provide an optimal supply of fuel to the internal combustion engine.
  • the invention further relates to a gas engine, which is an embodiment of an internal combustion engine, with a device for supplying fuel to the gas engine according to one of the preceding variants.
  • the gas engine is provided with a combustion chamber in which an ignition of a fuel introduced therein leads to a movement of a piston, and an intake region for introducing a fuel-air mixture into the combustion chamber.
  • the at least one fuel injector of the first rail is arranged in such a way that it is designed to introduce fuel directly into the combustion chamber of the gas engine.
  • the at least one fuel injector of the second rail is arranged at a different location on the gas engine and introduces fuel into an intake area of the combustion chamber. Fuel is already delivered during the intake of air (during the intake stroke of the gas engine) via at least one fuel injector of the second rail, so that the delivered fuel already mixes with air in the intake area and is then sucked into the combustion chamber by the intake movement.
  • the invention also includes the fact that the fuel, which is introduced into the combustion chamber via direct injection, is introduced into a prechamber of the gas engine.
  • the at least one fuel injector of the first rail and the at least one fuel injector of the second rail are each designed to deliver fuel during operation of the engine, in particular during a working cycle of the engine comprising several engine cycles, preferably in such a way that fuel is introduced directly into the combustion chamber of the engine via the at least one fuel injector of the first rail, so that fuel can be introduced directly into the combustion chamber of the engine, and fuel is injected into the intake region via the at least one fuel injector of the second rail, so that a fuel-air mixture can be introduced into the combustion chamber during the intake stroke of the engine.
  • the engine control unit is designed to introduce fuel via the at least one fuel injector of the first rail during a compression stroke of the engine and/or to introduce fuel via the at least one fuel injector of the second rail during an intake stroke of the engine.
  • Fig. 1 a structural representation of a device for introducing a fuel into a gas engine according to the prior art
  • Fig. 2 a structural representation of a device for introducing a
  • Fig. 3 a structural representation of a device for introducing a
  • Fig. 4 a structural representation of a device for introducing a
  • Fig. 5 a structural representation of a device for introducing a
  • Fig. 1 shows a structural representation of a device for introducing a fuel into a gas engine according to the prior art.
  • both the first rail 4 and the second rail 5 each have a separate supply path for fuel, each of which leads separately to the fuel tank 2. This results in considerable disadvantages, particularly with regard to the need for several components, since the fuel supplied by the The installation space required by several components must be dimensioned to be large.
  • Fig. 2 shows a structural diagram of a device for introducing a fuel into a gas engine according to the present invention.
  • the fuel stored in a fuel tank 2, which assumes a gaseous state at ambient pressure (e.g. LNG, CNG or H2), is thus guided to both the first rail 4 and the second rail 5 via the same pressure control valve 3.
  • the output pressure at the outlet of the pressure control valve 3 corresponds to the target pressure for the first rail 4, which is used for direct injection in a combustion chamber of a gas engine.
  • Several fuel injectors 6 are provided on the first rail 4, which inject the fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine at a corresponding time and for a specific duration via control commands from an engine control unit 10.
  • a pre-chamber that is fluidically connected to a main combustion chamber of the gas engine can also be regarded as a combustion chamber
  • the second rail 5 is arranged further downstream in series with this, so that fuel that is introduced into the second rail 5 has already flowed through the pressure control valve 3 and the first rail 4.
  • the fuel injectors 7 arranged on the second rail 5 serve to introduce fuel into an intake area (e.g. an intake manifold of a combustion chamber of a gas engine) so that it can mix with the intake air upstream of a combustion chamber before the air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber, preferably during an intake stroke of the engine.
  • an intake area e.g. an intake manifold of a combustion chamber of a gas engine
  • a flow control valve 8 is provided between the first rail 4 and the second rail 5, which can be controlled by the engine control unit 10 in order to set a corresponding target pressure value of the fuel flowing into the second rail 5.
  • the second rail 5, which is used for intake manifold injection requires a fuel with a lower pressure than the first rail 5, which is used for direct injection into the combustion chamber of a gas engine.
  • the pressure at the outlet of the fuel tank 2, which varies depending on the fill level of the fuel tank 2, is regulated to a constant pressure value via the pressure control valve 3 using, for example, a mechanical pressure control unit.
  • This constant pressure value is high enough for the fuel injectors 6 on the first rail 4 to take on their task of directly injecting the fuel.
  • a pilot quantity which is ignited via an ignition spark, is injected directly into the combustion chamber. Both the pilot quantity of fuel to be injected and the pressure of the fuel to be injected required are essentially constant and independent of the workload of the gas engine to be supplied with fuel.
  • any safety and servo valves are not shown in any of the figures. However, the person skilled in the art will be aware that these can advantageously be provided in order to ensure safe operation.
  • the fuel not injected by the first rail 4 but passed on is then converted by means of a flow control valve 8 into a fuel with variable pressure, which is provided at a different pressure depending on requirements.
  • the injection quantity like the target pressure of the fuel, can be varied over time, whereby this depends, among other things, on the current workload and the desired engine power of the gas engine to be supplied with fuel.
  • the flow control valve 8 adjusts the pressure value of the fuel to the desired target value if this deviates from this. Since the required pressure value for the fuel injectors 7 of the second rail 5 is generally lower than for the fuel injectors 6 of the first rail 4, the flow control valve 8 is a variable pressure reducer.
  • the flow control valve 8 is also controlled via the engine control unit 10, which also controls the fuel injectors 7 of the second rail 5 in relation to the amount of fuel to be dispensed and the timing of the injection.
  • Fig. 3 shows a further modification of the basic inventive idea, in which, in deviation from Fig. 2, the first rail 4 also has an upstream flow control valve 9. This also makes it possible to vary the pressure of the fuel in the first rail 4, so that direct injection can also take place at different pressure ratios of the fuel to be injected.
  • Fig. 4 shows a further variant of the present invention in which the first rail 4 and the second rail 5 are no longer connected in series, but only use the pressure control valve 3 together. Downstream of the pressure control valve 3, the path for guiding the fuel splits and then runs either to the first rail 4 or to the second rail 5. Before the fuel reaches a respective rail 4, 5, it flows through a respective flow control valve 8, 9, which enables a variation of the fuel pressure on the subsequently arranged rail 4, 5. Each of the flow control valves 8, 9 is controlled by the engine control unit 10.
  • the parallel arrangement of the first rail 4 and the second rail 5 is advantageous compared to the prior art due to the shared use of the pressure control valve 3.
  • Fig. 5 shows a further variant of the system according to the invention, the basic structure of which is based on the previous Fig. 4.
  • the second rail 5 which is used for the intake manifold injection, is subjected to a constant fuel pressure, namely with a fuel pressure as provided by the pressure control valve 3, which can be a mechanical pressure control valve.
  • the first rail 5, has a flow control valve which is arranged upstream of the first rail 4 but is not arranged in a common fuel path through which both the first rail 4 and the second rail 5 are supplied with fuel.
  • the advantages of the present invention are better cost efficiency, lower packing density, improved safety structure, higher reliability and improved responsiveness.
  • Second rail fuel injector 8 Flow control valve

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen eines Kraftstoffs in einen Gasmotor, die einen Kraftstofftank, der den Kraftstoff unter einem bestimmten Druck, vorzugsweise mit mehr als 5 bar, bevorzugterweise mit mehr als 7 bar speichert, ein stromabwärts zum Kraftstofftank angeordnetes Druckregelventil, das dazu ausgelegt ist, den von dem Kraftstofftank stammenden Kraftstoff auf ein gleichbleibendes, stationäres Druckniveau abzusenken, ein erstes Rail mit mindestens einem Kraftstoffinjektor zum direkten Einbringen des Kraftstoffs in einen Brennraum eines Motorzylinders, und ein zweites Rail mit mindestens einem Kraftstoffinjektor zum Einbringen des Kraftstoffs in einen Ansaugbereich des Motorzylinders umfasst. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Rail als auch das zweite Rail stromabwärts zu dem Druckregelventil angeordnet sind und jeweils ihren über ihren jeweiligen mindestens einen Kraftstoffinjektor abzugebenden Kraftstoff über das Druckregelventil beziehen.

Description

Vorrichtung zum Einbringen eines Kraftstoffs in einen Gasmotor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen eines Kraftstoffs in einen Gasmotor. Weiter umfasst die Erfindung auch einen Gasmotor mit einer solchen Vorrichtung.
Ein Gasmotor ist dabei eine Brennkraftmaschine, die dazu in der Lage ist, einen bei Umgebungsdruck gasförmigen Kraftstoff zu verbrennen. In den letzten Jahren haben hauptsächlich Verbrennungskraftmaschinen den Markt dominiert, die durch flüssige Kraftstoffe aus Benzin und Diesel betrieben werden. Dabei hat es zahlreiche Versuche in dem Bereich von Verbrennungskraftmaschinen gegeben, die einen Betrieb mittels gasförmiger Kraftstoffe wie kom pressiertes Erdgas (CNG; englisch für: compressed natural gas) oder verflüssigten Erdgas (LNG; englisch für: liquefied natural gas) nutzen. Dabei wurde für die Serienproduktion solcher Brennkraftmaschinen das indirekte Mehrpunkt-Einspritzsystem mit Funkenzündung genutzt, bei dem das Gas in das zur Brennkammer führende Saugrohr injiziert wurde, sodass das Gas mit einem niedrigen Druck von typischerweise weniger als 15 bar in das Saugrohr eingeführt werden konnte.
Einer der Hauptnachteile einer solchen Technologie zur Verbrennung von gasförmigen Kraftstoffen ist die Verbrennungsstabilität, das Klopfverhalten, die erhöhten Stickstoffemissionen sowie das langsame Ansprechverhalten des Motors. Die Forschungen der Erfinder zu gasbetriebenen Verbrennungsmotoren (CNG. LNG oder auch H2), die darauf abzielen, die Motorleistung zu maximieren und gleichzeitig niedrige NOx-Emissionen einzuhalten, zeigen, dass die Direkteinspritzungstechnologie für die Pilot- bzw. Voreinspritzung (mit Funkenzündung) in Verbindung mit einer Kraftstoffeinspritzung in Saugrohr für die tatsächliche Leistungserzeugung eine äußerst vielversprechende Lösung darstellt, um eine stabile und kontrollierte Verbrennung zu erreichen.
Da aber die Pilot-Einspritzung und die Haupteinspritzung mit unterschiedlichen Druckniveaus erfolgen müssen, führt dies zur Verwendung von zwei unabhängigen, parallel arbeitenden Einspritzsystemen, bei dem ein System die Direkteinspritzdüsen (LPDI; englisch für: liqufied petroleum direct injection) mit einem typischen Druck zwischen 20 und 60 bar und das andere die Saugrohreinspritzdüsen (PFI; englisch für: port fuel injection) mit einem typischen Druck zwischen 3 und 20 bar - je nach Motorlastpunkt - speist.
Dies bedingt eine komplexe Druckregelungslösung, da zwei Systeme parallel vorliegen und angesteuert werden müssen. Aus demselben Grund ergibt sich auch eine besonders hohe Komplexität des Systems aufgrund des begrenzten Raumvolumens, das zur Anordnung zur Verfügung steht, was sich wiederum negativ auf die Kosten auswirkt.
Das Ziel dieser Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Einbringen des Kraftstoffs in den Gasmotor vorzuschlagen, um die richtigen Druckniveaus für die direkt in den Brennraum einspritzenden Kraftstoffdüsen (also die LPDI-Injektoren) und gleichzeitig auch für die in das Saugrohr einspritzenden Kraftstoffdüsen (also die PFI-Injektoren) zu gewährleisten, wobei Redundanz von Komponenten vermieden und der in Anspruch zu nehmende Bauraum am Motor verringert wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einbringen eines Kraftstoffs in einen Gasmotor, umfasst einen Kraftstofftank, der den Kraftstoff unter einem bestimmten Druck, vorzugsweise mit mehr als 5 bar, bevorzugterweise mit mehr als 7 bar speichert, ein stromabwärts zum Kraftstofftank angeordnetes Druckregelventil, das dazu ausgelegt ist, den von dem Kraftstofftank stammenden Kraftstoff auf ein gleichbleibendes, stationäres Druckniveau abzusenken, ein erstes Rail mit mindestens einem Kraftstoffinjektor zum direkten Einbringen des Kraftstoffs in einen Brennraum eines Motorzylinders, und ein zweites Rail mit mindestens einem Kraftstoffinjektor zum Einbringen des Kraftstoffs in einen Ansaugbereich des Motorzylinders. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Rail als auch das zweite Rail stromabwärts zu dem Druckregelventil angeordnet sind und jeweils ihren über ihren jeweiligen mindestens einen Kraftstoffinjektor abzugebenden Kraftstoff über das Druckregelventil beziehen.
Die Erfindung sieht die Implementierung eines einzigen bzw. gemeinsam genutzten Kraftstoffpfads vor, der die Möglichkeit bietet, den Kraftstoff in zwei Stufen mit unterschiedlichen und kontrollierten Druckniveaus auszustoßen, wie es für eine ordnungsgemäße Funktionalität erforderlich ist.
Dies ist vorteilhafter Weise möglich, weil der Einspritzdruck für die Direkteinspritzung in der Regel immer höher ist als der Einspritzdruck für die Saugrohreinspritzung. Dies ermöglicht eine kombinierte und kaskadierte Druckregelung.
Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik werden also nicht mehr zwei separate Kraftstoffzuführungssysteme bzw. Kraftstoffpfade genutzt, von denen ein erstes die Kraftstoffinjektoren für die Direkteinspritzung und ein zweites Kraftstoffeinspritzung für die Saugrohreinspritzung umsetzt.
Die Erfindung sieht vielmehr vor, dass mindestens eine Komponente für die unterschiedlichen Kraftstoffeinspritzungen gemeinsam genutzt werden, wie sich bspw. durch die gemeinsame Nutzung des Druckregelventils zeigt.
Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Rail und das zweite Rail in Reihe zueinander angeordnet sind, sodass der Kraftstoff zum Erreichen des zweiten Rails zunächst durch das erste Rail hindurchströmen muss.
Durch die Reihenanordnung der beiden Rails ist es möglich, Verbindungsleitungen einzusparen und das Gewicht sowie die Herstellkosten der Vorrichtung zusätzlich abzusenken.
Weiter kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass stromaufwärts des zweiten Rails ein Durchflussregelventil angeordnet ist, um eine Druckvariation des in den zweiten Rail einströmenden Kraftstoffs zu ermöglichen, vorzugsweise wobei das Druckregelventil unmittelbar stromaufwärts zu dem zweiten Rail angeordnet ist.
Sind die beiden Rails in Reihe zueinander angeordnet, kann vorgesehen sein, dass stromaufwärts des zweiten Rails ein Durchflussregelventil vorgesehen ist, das zwischen dem ersten Rail und dem zweiten Rail angeordnet ist, um eine Druckvariation des in den zweiten Rail einströmenden Kraftstoffs zu ermöglichen.
Dies ist insbesondere deswegen von Vorteil, da das erste Rail, welches die Injektoren für die Direkteinspritzung aufweist, mit einem konstanten Druck von Kraftstoff versorgt wird, der unabhängig von einem Betriebspunkt eines Motors ist. Anders verhält sich dies bei dem zweiten Rail, das die Injektoren für die Saugrohreinspritzung aufweist, da der Sollwert des Kraftstoffdrucks abhängig von der Maschinenlast und dem Betriebspunkt des mit dem Kraftstoff zu versorgenden Motors ist. Es ist daher von Vorteil, wenn ein Durchflussregelventil, das den Druck des Kraftstoffs variieren kann, stromaufwärts vor dem zweiten Rail, vorzugsweise direkt unmittelbar stromaufwärts vor dem zweiten Rail angeordnet ist, damit in Abhängigkeit des geforderten Solldrucks der Kraftstoffdruck für das zweite Rail angepasst werden kann. So ist ausgehend von dem Kraftstofftank zuerst das Druckregelventil, dann das erste Rail, dann das Durchflussregelventil und abschließend das zweite Rail in einer Reihe angeordnet. Es ergibt sich demnach nur ein Kraftstoff-Zuführungspfad, der gegenüber der Umsetzung mit zwei parallelen Pfaden deutlich weniger störanfällig ist.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Durchflussregelventil stromaufwärts zu dem ersten Rail vorgesehen ist, vorzugsweise wobei das Durchflussregelventil unmittelbar stromaufwärts zu dem ersten Rail angeordnet ist.
Ein Durchflussregelventil ist dabei in der Lage, den am Eingang des Durchflussregelventils herrschenden Druck des Kraftstoffs variabel auf einen Sollwert einzustellen. Dabei liegt der Sollwert typischerweise unterhalb des Eingangsdrucks, der am Eingang des Durchflussregelventils herrscht. Das schnelle Ändern des Drucks ermöglicht eine effiziente Einspritzung von Kraftstoff über die Kraftstoffinjektoren, sodass ein Brennvorgang möglichst optimal initiiert bzw. durchgeführt wird.
Ein Durchflussregelventil ist dabei ein Bauteil, welches aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung dazu in der Lage ist, den zugeführten Kraftstoff in seinem Druckniveau entsprechend der Ansteuersignale auf ein davon abweichendes Druckniveau abzusenken.
Durch das Vorsehen eines Durchflussregelventils stromaufwärts des ersten Rails ist es möglich, auch das erste Rail mit einem variablen Druckzustand des Kraftstoffs zu versorgen.
Nach einer vorteilhaften Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein erstes Durchflussregelventil stromaufwärts zu dem ersten Rail und ein zweites Durchflussregelventil stromaufwärts zu dem zweiten Rail vorgesehen ist, wobei vorzugsweise das erste Durchflussregelventil unmittelbar stromaufwärts zu dem ersten Rail und das zweite Durchflussregelventil unmittelbar stromaufwärts zu dem zweiten Rail angeordnet ist. Dadurch sind die beiden Rails, die in Reihe zueinander geschaltet sein können, unabhängig voneinander in Bezug auf den Sollwert des Kraftstoffs in dem jeweiligen Rail. Die Feinanpassung des gewünschten Sollwerts des Kraftstoffdrucks erfolgt dann in dem jeweiligen stromaufwärts angeordneten Durchflussregelventil für das stromabwärts angeordnete Rail.
Von Vorteil hierbei ist, dass das erste Rail zur Versorgung der Injektoreinheiten für die Direkteinspritzung einen höheren Druck des Kraftstoffs erfordert als das zweite Rail, welches die Injektoreinheiten für die Saugrohreinspritzung mit Kraftstoff versorgt.
Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Kraftstofftank dazu ausgelegt ist, Kraftstoff in Abhängigkeit von einem Kraftstoff-Füllstand mit einem variablen Druck abzugeben, vorzugsweise wobei der minimale Druckwert eines von dem Kraftstofftank abgegebenen Kraftstoffs das gleichbleibende, stationäre Druckniveau des Druckregelventils nicht unterschreitet. So kann mit einem Absinken des Füllstands in dem Tank auch der Ausgabedruck des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank absinken.
Nach der Erfindung kann zu dem vorgesehen sein, dass diese ferner eine Motorsteuereinheit umfasst, die mit einem Öffnungs- bzw. Schließmechanismus für die Kraftstoffinjektoren des ersten Rails und des zweiten Rails zu deren Steuerung verknüpft ist.
Die Motorsteuereinheit ist demnach dazu ausgelegt, den Öffnungs- und Schließzeitpunkt der mehreren Kraftstoffinjektoren des ersten Rails und des zweiten Rails zu koordinieren und umzusetzen.
Vorzugsweise kann dabei auch vorgesehen sein, dass die Motorsteuereinheit mit dem mindestens einen Durchflussregelventil verknüpft ist, um das mindestens eine Durchflussregelventil zu steuern.
Die Motorsteuereinheit kann also demnach auch das Durchflussregelventil ansteuern, um den tatsächlich in dem ersten Rail und/oder dem zweiten Rail herrschenden Kraftstoffdruck zu variieren. Der Solldruck des Kraftstoffs hängt aber insbesondere auch vom Timing des Betriebs der Kraftstoffinjektoren des ersten Rails und/oder des zweiten Rails ab.
Weiter kann nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass sowohl das erste Rail und/oder das zweite Rail einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor zum Erfassen von Temperatur und/oder des in dem jeweiligen Rail herrschenden Drucks aufweist.
Vorzugsweise ist die Motorsteuereinheit mit dem Temperatursensor und/oder dem Drucksensor des ersten Rails bzw. des zweiten Rails verknüpft, um in Abhängigkeit davon die Kraftstoffinjektoren des ersten Rails und des zweiten Rails und/oder das mindestens eine Durchflussregelventil anzusteuern.
Die Informationen über die Temperatur und den Druckwert in dem ersten Rail und/oder dem zweiten Rail dienen ebenfalls dazu, dass Durchflussregelventil bzw. das Timing im Betrieb der Kraftstoffinjektoren anzupassen, um eine optimale Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff bereitzustellen.
Die Erfindung betrifft ferner einen Gasmotor, der eine Verkörperung einer Brennkraftmaschine darstellt, mit einer Vorrichtung zum Zuführen von Kraftstoff in den Gasmotor nach einer der vorstehenden Varianten.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass der Gasmotor mit einem Brennraum, in dem eine Entzündung eines darin eingebrachten Kraftstoffs zu einer Bewegung eines Kolbens führt, und einem Ansaugbereich zum Einbringen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum versehen ist.
In anderen Worten ist also der mindestens eine Kraftstoffinjektor des ersten Rails so angeordnet, dass dieser dazu ausgelegt ist, Kraftstoff direkt in den Brennraum des Gasmotors einzubringen. Der mindestens eine Kraftstoffinjektor des zweiten Rails ist hingegen an einer anderen Stelle des Gasmotors angeordnet und bringt Kraftstoff in einen Ansaugbereich der Brennkammer ein. So wird bereits während eines Ansaugens von Luft (während des Ansaugtakts des Gasmotors) über den mindestens einen Kraftstoffinjektor des zweiten Rails Kraftstoff abgegeben, sodass sich der abgegebene Kraftstoff im Ansaugbereich bereits mit Luft mischt und dann durch die Ansaugbewegung in den Brennraum eingesogen wird.
Da bspw. das so eingesogene Luft-Brennstoff-Gemisch nicht mit der gewünschten Qualität entflammbar ist (da bspw. die Mischung zu mager ist), kann während der Kompressionsphase oder kurz danach über den Kraftstoffinjektor des ersten Rails eine Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum erfolgen, die sehr viel besser entzündbar (eventuell auch nur lokal in dem Brennraum) als das zuvor über den Ansaugbereich eingesogene Luft-Brennstoff-Gemisch ist. Durch das Entflammen des sehr viel satteren mittels der Direkteinspritzung erhaltenen Gemisches, kann sich eine gleichmäßige Flammenfront ausbilden, die zu einem guten Verbrennen des in den Brennraum eingeführten Kraftstoffs führt.
Dabei ist von der Erfindung auch umfasst, dass der Kraftstoff, welcher über die Direkteinspritzung in die Brennkammer eingeführt wird, in eine Vorkammer des Gasmotors eingeführt wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Kraftstoffinjektor des ersten Rails und der mindestens eine Kraftstoffinjektor des zweiten Rails jeweils dazu ausgelegt sind, im Betrieb des Motors, insbesondere während eines mehrere Motortakte umfassenden Arbeitszyklus des Motors, Kraftstoff abzugeben, vorzugsweise derart, dass in den Brennraum des Motors über den mindestens einen Kraftstoffinjektor des ersten Rails direkt Kraftstoff eingeführt wird, sodass ein Kraftstoff direkt in den Brennraum des Motors einführbar ist, und über den mindestens einen Kraftstoffinjektor des zweiten Rails eine Einspritzung von Kraftstoff in den Ansaugbereich erfolgt, sodass eine Kraftstoff-Luft-Mischung während des Ansaugtakts des Motors in den Brennraum einführbar ist. Nach der Erfindung kann zudem vorgesehen sein, dass die Motorsteuereinheit dazu ausgelegt ist, das Einführen von Kraftstoff über den mindestens einen Kraftstoffinjektor des ersten Rails während eines Kompressionstaktes des Motors und/oder das Einführen von Kraftstoff über den mindestens einen Kraftstoffinjektor des zweiten Rails während eines Ansaugtakts des Motors durchzuführen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:
Fig. 1 : eine Strukturdarstellung einer Vorrichtung zum Einbringen eines Kraftstoffs in einen Gasmotor nach dem Stand der Technik,
Fig. 2: eine Strukturdarstellung einer Vorrichtung zum Einbringen eines
Kraftstoffs in einen Gasmotor nach der Erfindung,
Fig. 3: eine Strukturdarstellung einer Vorrichtung zum Einbringen eines
Kraftstoffs in einen Gasmotor nach einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 4: eine Strukturdarstellung einer Vorrichtung zum Einbringen eines
Kraftstoffs in einen Gasmotor nach einer weiteren Ausführungsform, und
Fig. 5: eine Strukturdarstellung einer Vorrichtung zum Einbringen eines
Kraftstoffs in einen Gasmotor nach einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt dabei eine Strukturdarstellung einer Vorrichtung zum Einbringen eines Kraftstoffs in einen Gasmotor nach dem Stand der Technik.
Man erkennt, dass sowohl das erste Rail 4 wie auch das zweite Rail 5 jeweils einen separaten Zuführpfad für Kraftstoff aufweisen, der jeweils separat für sich genommen zum Kraftstofftank 2 führt. Hieraus ergeben sich gerade in Bezug auf die Notwendigkeit mehrerer Komponenten erhebliche Nachteile, da auch der von den mehreren Komponenten in Anspruch genommene Bauraum großvolumig zu dimensionieren ist.
Fig. 2 zeigt eine Strukturdarstellung einer Vorrichtung zum Einbringen eines Kraftstoffs in einen Gasmotor nach der vorliegenden Erfindung.
Man erkennt, dass gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Stand der Technik deutlich weniger Bauteile erforderlich sind, da das erste Rail 4 und das zweite Rail 5 in Reihe zueinander geschaltet sind.
Der in einem Kraftstofftank 2 gespeicherte Kraftstoff, der bei Umgebungsdruck einen gasförmigen Zustand einnimmt (bspw. LNG, CNG oder H2) wird somit sowohl für das erste Rail 4 wie auch das zweite Rail 5 über das gleiche Druckregelventil 3 geführt. In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform entspricht der Ausgangsdruck am Ausgang des Druckregelventils 3 dem Solldruck für das erste Rail 4, das für eine Direkteinspritzung in einem Brennraum eines Gasmotors dient. So sind an dem ersten Rail 4 mehrere Kraftstoffinjektoren 6 vorgesehen, die über Steuerbefehle einer Motorsteuereinheit 10 den Kraftstoff zu einem entsprechenden Zeitpunkt und für eine bestimmte Dauer in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine direkt Einspritzen.
Als Brennraum kann nach der Erfindung auch eine Vorkammer angesehen werden, die fluidisch mit einem Hauptbrennraum des Gasmotors verbunden ist
In Reihe dazu ist weiter stromabwärts das zweite Rail 5 angeordnet, sodass Kraftstoff, der in das zweite Rail 5 eingeführt wird, bereits durch das Druckregelventil 3 und das erste Rail 4 geströmt ist. Die an dem zweiten Rail 5 angeordneten Kraftstoffinjektoren 7 dienen dazu, Kraftstoff in einen Ansaugbereich (bspw. ein Saugrohr einer Brennkammer eines Gasmotors einzuführen, damit dieser sich bereits vor einer Brennkammer mit angesaugter Luft vermischen kann, bevor das Luft-Brennstoff-Gemisch vorzugsweise während eines Ansaugtakts des Motors in den Brennraum eingesaugt wird. Um einen vom Druckregelventil 3 variierenden Druck in dem zweiten Rail 5 erreichen zu können, ist zwischen dem ersten Rail 4 und dem zweiten Rail 5 ein Durchflussregelventil 8 vorgesehen, das von der Motorsteuereinheit 10 angesteuert werden kann, um einen entsprechenden Soll-Druckwert des in das zweite Rail 5 einströmenden Kraftstoffs einzustellen. In der Regel ist es so, dass das zweite Rail 5, das für die Saugrohreinspritzung herangezogen wird, einen Kraftstoff mit niedrigerem Druck erfordert wie das erste Rail 5, welches für die Direkteinspritzung in den Brennraum eines Gasmotors herangezogen wird.
Der in Abhängigkeit von dem Füllstandsniveau des Kraftstofftanks 2 variable Druck am Ausgang des Kraftstofftank 2 wird über das Druckregelventil 3 über bspw. eine mechanische Druckregeleinheit auf einen konstanten Druckwert herab geregelt. Dieser konstante Druckwert ist ausreichend hoch, damit die Kraftstoffinjektoren 6 an dem ersten Rail 4 ihre Aufgabe zum direkten Einspritzen des Kraftstoffs übernehmen können. Dabei wird eine Pilotmenge, die über einen Zündfunken entzündet wird, in den Brennraum direkt injiziert. Sowohl die Pilotmenge an einzuspritzenden Kraftstoff wie auch der dabei erforderliche Druck des einzuspritzenden Kraftstoffs sind im Wesentlichen konstant und unabhängig von einer Arbeitslast des mit Kraftstoff zu versorgenden Gasmotors.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind etwaige Sicherheits- und Servoventile in sämtlichen Figuren nicht dargestellt. Dem Fachmann ist aber bewusst, dass diese vorteilhafter Weise vorgesehen werden können, um einen sicheren Betrieb gewährleisten zu können.
Der von dem ersten Rail 4 nicht injizierte, sondern weitergereichte Kraftstoff wird dann mithilfe eines Durchflussregelventils 8 in einen Kraftstoff mit variablem Druck gewandelt, der je nach Anforderung mit einem unterschiedlichen Druck bereitgestellt wird. Die Injektionsmenge ist genau wie der Solldruck des Kraftstoffs zeitabhängig zu variieren, wobei dies unter anderem von der aktuellen Arbeitslast und der gewünschten Motorleistung des mit Kraftstoff zu beschickenden Gasmotors abhängt. Das Durchflussregelventil 8 passt dabei den Druckwert des Kraftstoffs an den gewünschten Sollwert an, falls dieser hiervon abweichen sollte. Da in der Regel der erforderliche Druckwert für die Kraftstoffinjektoren 7 des zweiten Rails 5 niedriger liegt als für die Kraftstoffinjektoren 6 des ersten Rails 4, ist das Durchflussregelventil 8 ein variabler Druckminderer. Gesteuert wird das Durchflussregelventil 8 ebenfalls über die Motorsteuereinheit 10, die auch die Kraftstoffinjektoren 7 des zweiten Rails 5 in Bezug auf die auszugebende Menge an Kraftstoff und das Timing der Einspritzung ansteuert.
Fig. 3 zeigt eine weitere Modifikation der grundlegenden Erfindungsidee, bei der nun in Abweichung zu Fig. 2 auch das erste Rail 4 ein stromaufwärts angeordnetes Durchflussregelventil 9 aufweist. Dies ermöglicht es auch den Druck des Kraftstoffs in dem ersten Rail 4 zu variieren, damit auch die Direkteinspritzung bei unterschiedlichen Druckverhältnissen des einzuspritzenden Kraftstoffs erfolgen kann.
Fig. 4 zeigt eine weitere Variante der vorliegenden Erfindung bei dem das erste Rail 4 und das zweite Rail 5 nicht mehr in Reihe hintereinandergeschaltet sind, sondern gemeinsam nur noch das Druckregelventil 3 verwenden. Stromabwärts des Druckregelventils 3 teilt sich der Pfad zum Führen des Kraftstoffs auf und verläuft dann entweder zu dem ersten Rail 4 oder zu dem zweiten Rail 5. Bevor der Kraftstoff zu einem jeweiligen Rail 4, 5 kommt, durchströmt es aber dabei noch ein jeweiliges Durchflussregelventil 8, 9, das eine Variation des Kraftstoffdrucks auf das nachfolgend angeordnete Rail 4, 5 ermöglicht. Jedes der Durchflussregelventile 8, 9 wird dabei durch die Motorsteuereinheit 10 gesteuert. Die parallele Anordnung von dem ersten Rail 4 und dem zweiten Rail 5 ist gegenüber dem Stand der Technik aufgrund der gemeinsamen Nutzung des Druckregelventils 3 von Vorteil. Zudem werden auch stromabwärts des Druckregelventils 3 Leitungsabschnitte gemeinsam genutzt, sodass auch hier ein vorteilhafter Effekt in Bezug auf die Kosten und den beanspruchten Platz erreichbar ist. Fig. 5 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Systems, die in ihrer Grundstruktur auf die vorhergehende Fig. 4 zurückgeht. In Abweichung dazu wird dort das zweite Rail 5, welches für die Saugrohreinspritzung genutzt wird, mit konstantem Kraftstoffdruck beaufschlagt, nämlich mit einem Kraftstoffdruck wie er von dem Druckregelventil 3, das ein mechanisches Druckregelventil sein kann, bereitgestellt wird. Das erste Rail 5 hingegen besitzt ein Durchflussregelventil, welches stromaufwärts des ersten Rails 4 angeordnet ist aber nicht in einem gemeinsamen Kraftstoffpfad angeordnet ist, durch welchen sowohl das erste Rail 4 wie auch das zweite Rail 5 mit Kraftstoff versorgt wird.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen in der besseren Kosteneffizienz, der geringeren Packungsdichte, einer verbesserten Sicherheitsstruktur, einer höheren Verlässlichkeit und einem verbesserten Ansprechverhalten.
Dem Fachmann ist klar, dass das vorgestellte Konzept auf alle Verbrennungskraftmaschinen übertragbar ist, bei der sowohl eine Saugrohreinspritzung wie auch eine Direkteinspritzung erfolgt, die auf unterschiedlichen Druckniveaus basieren können. Beispiele hierfür sind Schwerlastmotoren für mobile Arbeitsmaschinen, die eine hohe Leistungsdichte und hohe dynamische Anforderungen besitzen. Zudem würde sich die vorliegende Erfindung auch hervorragend für große Motoren eignen, die typischerweise im Minenbau Verwendung finden.
Bezuqszeichenliste:
1 Vorrichtung zum Einbringen eines Kraftstoffs in einem Gasmotor
2 Kraftstofftank 3 Druckregelventil
4 erstes Rail für Direkteinspritzung
5 zweites Rail für Saugrohreinspritzung
6 Kraftstoffinjektor des ersten Rails
7 Kraftstoffinjektor des zweiten Rails 8 Durchflussregelventil
9 Durchflussregelventil
10 Motorsteuereinheit
11 Temperatursensor
12 Drucksensor

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zum Einbringen eines Kraftstoffs in einen Gasmotor, umfassend: einen Kraftstofftank (2), der den Kraftstoff unter einem bestimmten Druck, vorzugsweise mit mehr als 5 bar, bevorzugterweise mit mehr als 7 bar speichert, ein stromabwärts zum Kraftstofftank (2) angeordnetes Druckregelventil (3), das dazu ausgelegt ist, den von dem Kraftstofftank (2) stammenden Kraftstoff auf ein gleichbleibendes, stationäres Druckniveau abzusenken, ein erstes Rail (4) mit mindestens einem Kraftstoffinjektor (6) zum direkten Einbringen des Kraftstoffs in einen Brennraum eines Motorzylinders, und ein zweites Rail (5) mit mindestens einem Kraftstoffinjektor (7) zum Einbringen des Kraftstoffs in einen Ansaugbereich des Motorzylinders, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Rail (4) als auch das zweite Rail (5) stromabwärts zu dem Druckregelventil (3) angeordnet sind und jeweils ihren über ihren jeweiligen mindestens einen Kraftstoffinjektor (6, 7) abzugebenden Kraftstoff über das Druckregelventil (3) beziehen.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das erste Rail (4) und das zweite Rail (5) in Reihe zueinander angeordnet sind, sodass der Kraftstoff zum Erreichen des zweiten Rails (5) zunächst durch das erste Rail (4) hindurchströmen muss.
3. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stromaufwärts des zweiten Rails (5) ein Durchflussregelventil (8; 9) angeordnet ist, um eine Druckvariation des in den zweiten Rail (5) einströmenden Kraftstoffs zu ermöglichen, vorzugsweise wobei das Durchflussregelventil (8) unmittelbar stromaufwärts zu dem zweiten Rail (5) angeordnet ist.
4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, wobei stromaufwärts des zweiten Rails (5) ein Durchflussregelventil (8) vorgesehen ist, das zwischen dem ersten Rail (4) und dem zweiten Rail (5) angeordnet ist, um eine Druckvariation des in den zweiten Rail (5) einströmenden Kraftstoffs zu ermöglichen.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Durchflussregelventil (9) stromaufwärts zu dem ersten Rail (4) vorgesehen ist, vorzugsweise wobei das Durchflussregelventil (9) unmittelbar stromaufwärts zu dem ersten Rail (4) angeordnet ist.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Durchflussregelventil (9) stromaufwärts zu dem ersten Rail (4) und ein zweites Durchflussregelventil (8) stromaufwärts zu dem zweiten Rail (5) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise das erste Durchflussregelventil (9) unmittelbar stromaufwärts zu dem ersten Rail (4) und das zweite Durchflussregelventil (8) unmittelbar stromaufwärts zu dem zweiten Rail (5) angeordnet ist.
7. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftstofftank (2) dazu ausgelegt ist, Kraftstoff in Abhängigkeit von einem Kraftstoff- Füllstand mit einem variablen Druck abzugeben, vorzugsweise wobei der minimale Druckwert eines von dem Kraftstofftank (2) abgegebenen Kraftstoffs das gleichbleibende, stationäre Druckniveau des Druckregelventils (3) nicht unterschreitet.
8. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Motorsteuereinheit (10), die mit einem Öffnungs- bzw. Schließmechanismus für die Kraftstoffinjektoren (6) des ersten Rails (4) und des zweiten Rails (5) zu deren Steuerung verknüpft ist.
9. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, fortgebildet mit den Merkmalen des Anspruchs 3, 4, 5 und/oder 6, wobei die Motorsteuereinheit (10) mit dem mindestens einen Durchflussregelventil (8; 9) verknüpft ist, um das mindestens eine Durchflussregelventil (8; 9) zu steuern.
10. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl das erste Rail (4) und/oder das zweite Rail (5) einen Temperatursensor (11 ) und/oder einen Drucksensor (12) zum Erfassen von Temperatur und/oder des in dem jeweiligen Rail (4, 5) herrschenden Drucks aufweist.
11. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, fortgebildet mit den Merkmalen des Anspruchs 10, wobei die Motorsteuereinheit (10) mit dem Temperatursensor (11 ) und/oder dem Drucksensor (12) des ersten Rails (4) bzw. des zweiten Rails (5) verknüpft ist, um in Abhängigkeit davon die Kraftstoffinjektoren (6) des ersten Rails (4) und des zweiten Rails (5) und/oder das mindestens eine Durchflussregelventil (8; 9) anzusteuern.
12. Gasmotor mit einer Vorrichtung (1 ) zum Zuführen von Kraftstoff in den Gasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Gasmotor nach dem vorhergehenden Anspruch 12, mit einem Brennraum, in dem eine Entzündung eines darin eingebrachten Kraftstoffs zu einer Bewegung eines Kolbens führt, und einem Ansaugbereich zum Einbringen eines Kraftstoff-Luft- Gemisches in den Brennraum.
14. Gasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, wobei der mindestens eine Kraftstoffinjektor (6) des ersten Rails (4) und der mindestens eine Kraftstoffinjektor (7) des zweiten Rails (5) jeweils dazu ausgelegt sind, im Betrieb des Motors, insbesondere während eines mehrere Motortakte umfassenden Arbeitszyklus des Motors, Kraftstoff abzugeben, vorzugsweise derart, dass in den Brennraum des Motors über den mindestens einen Kraftstoffinjektor (6) des ersten Rails (4) direkt Kraftstoff eingeführt wird, sodass ein Kraftstoff direkt in den Brennraum des Motors einführbar ist, und über den mindestens einen Kraftstoffinjektor (7) des zweiten Rails (5) eine Einspritzung von Kraftstoff in den Ansaugbereich erfolgt, sodass eine Kraftstoff-Luft-Mischung während des Ansaugtakts des Motors in den Brennraum einführbar ist.
15. Gasmotor nach dem vorhergehenden Anspruch 14, fortgebildet mit den Merkmalen des Anspruchs 8, wobei die Motorsteuereinheit (10) dazu ausgelegt ist, das Einführen von Kraftstoff über den mindestens einen Kraftstoffinjektor (6) des ersten Rails (4) während eines Kompressionstaktes des Motors und das Einführen von Kraftstoff über den mindestens einen Kraftstoffinjektor (7) des zweiten Rails (5) während eines Ansaugtakts des Motors durchzuführen.
PCT/EP2023/080776 2022-11-15 2023-11-06 Vorrichtung zum einbringen eines kraftstoffs in einen gasmotor WO2024104799A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022130125.7 2022-11-15
DE102022130125.7A DE102022130125A1 (de) 2022-11-15 2022-11-15 Vorrichtung zum Einbringen eines Kraftstoffs in einen Gasmotor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024104799A1 true WO2024104799A1 (de) 2024-05-23

Family

ID=88731371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/080776 WO2024104799A1 (de) 2022-11-15 2023-11-06 Vorrichtung zum einbringen eines kraftstoffs in einen gasmotor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022130125A1 (de)
WO (1) WO2024104799A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5671711A (en) * 1995-12-07 1997-09-30 Ford Global Technologies, Inc. Low pressure LPG vapor fuel injection
DE102007036958B4 (de) * 2007-08-06 2011-11-24 Continental Automotive Gmbh Einblasvorrichtung für gasförmigen Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor, zugehöriges Verfahren sowie Steuergerät
US20150053180A1 (en) * 2013-08-22 2015-02-26 Ford Global Technologies, Llc Method and system for gaseous and liquid fuel injection
DE102018219935A1 (de) * 2018-11-21 2020-05-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit kryogenem Kraftstoff
US10711725B2 (en) * 2018-05-02 2020-07-14 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for a duel fuel system of a variable displacement engine
WO2022148425A1 (zh) * 2021-01-07 2022-07-14 中国第一汽车股份有限公司 气体燃料发动机的双喷射系统及其控制方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008042604A1 (de) 2008-10-06 2010-04-08 Robert Bosch Gmbh Kraftstoff-Einspritzsystem und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102016215972A1 (de) 2016-08-25 2018-03-01 Ford Global Technologies, Llc Kraftstoffversorgungssystem, Brennkraftmaschine und Verfahren zum Versorgen eines Verbrennungsmotors mit einem LPG-Kraftstoff
DE102022118732A1 (de) 2022-07-26 2022-11-03 FEV Group GmbH Wasserstoffeindüsungssystem, Verbrennungsmotor zum Betrieb mit Wasserstoff als Kraftstoff und Verfahren zur Steuerung eines Wasserstoffeindüsungssystems

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5671711A (en) * 1995-12-07 1997-09-30 Ford Global Technologies, Inc. Low pressure LPG vapor fuel injection
DE102007036958B4 (de) * 2007-08-06 2011-11-24 Continental Automotive Gmbh Einblasvorrichtung für gasförmigen Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor, zugehöriges Verfahren sowie Steuergerät
US20150053180A1 (en) * 2013-08-22 2015-02-26 Ford Global Technologies, Llc Method and system for gaseous and liquid fuel injection
US10711725B2 (en) * 2018-05-02 2020-07-14 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for a duel fuel system of a variable displacement engine
DE102018219935A1 (de) * 2018-11-21 2020-05-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit kryogenem Kraftstoff
WO2022148425A1 (zh) * 2021-01-07 2022-07-14 中国第一汽车股份有限公司 气体燃料发动机的双喷射系统及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022130125A1 (de) 2024-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19621297C1 (de) Einrichtung zur Steuerung/Regelung der Zündöl-Einspritzung eines Gasmotors
DE102015206074B4 (de) Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
WO2016177554A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur einspritzung von wasser für eine brennkraftmaschine
DE102014000326A1 (de) Kraftstoffinjektor und Zweikraftstoffmotor mit dynamischer Gasmischung im Zylinder
EP1799981B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur entflammung von kraftstoff-luft-gemischen bei einem verbrennungsmotor mit vorkammerzündung
DE2812462A1 (de) Zufuhreinrichtung fuer gasfoermigen kraftstoff
AT506472B1 (de) Brennkraftmaschine
EP3872330A1 (de) Verfahren zum betreiben eines grossdieselmotors, sowie grossdieselmotor
DE112019003161T5 (de) Flüssigkraftstoffeinspritzventil mit Doppelauslasssperrventil für Doppelkraftstoffsystem
DE102015212244B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Steuergerät für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine
DE2414022A1 (de) Kraftstoffzufuhrsystem fuer eine fackelgezuendete verbrennungskraftmaschine
WO2009053160A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines verbrennungsmotors mit zwei kraftstoffarten
DE2424800A1 (de) Einspritzgeraet zum einspritzen einer zusaetzlichen, geringen kraftstoffmenge in eine nach dem schichtladungsprinzip arbeitende fremdgezuendete verbrennungskraftmaschine
WO2024104799A1 (de) Vorrichtung zum einbringen eines kraftstoffs in einen gasmotor
EP2024623B1 (de) Vorrichtung für eine gasbetriebene brennkraftmaschine
DE2838893A1 (de) Brennkraftmaschine
DE10307166A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
DE19826477C2 (de) Brennkraftmaschine
DE10043384A1 (de) Brennkraftmaschine mit innerer und äußerer Gemischbildung
DE102017208160A1 (de) Dual-Fuel-Motor und Verfahren zum Betreiben desselben
DE102016118029A1 (de) Mischkammer-Konzept eines Kraftstoff-Gemischbildungssystems für eine Brennkraftmaschine
DE102010053438A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Umschalten der Versorgung eines Verbrennungsmotors zwischen unterschiedlichen Kraftstoffen
DE102016219152B4 (de) Verbrennungsmotor für ein Bifuel-Kraftfahrzeug
DE10214987B4 (de) Verbrennungsmotor und Verfahren zum Erzeugen von Bewegungsenergie aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen
DE10320845A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23801727

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1