WO2024132267A1 - Druckregeleinrichtung für ein brennstoffversorgungssystem zur versorgung einer brennkraftmaschine mit gasförmigem brennstoff mit partikelfilter - Google Patents

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WO2024132267A1
WO2024132267A1 PCT/EP2023/079899 EP2023079899W WO2024132267A1 WO 2024132267 A1 WO2024132267 A1 WO 2024132267A1 EP 2023079899 W EP2023079899 W EP 2023079899W WO 2024132267 A1 WO2024132267 A1 WO 2024132267A1
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pressure control
control device
valve
filter
pressure
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PCT/EP2023/079899
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Inventor
Matthias RIEDLE
Daniel HEINZINGER
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Pressure control device for a fuel supply system for supplying a
  • a pressure control device for a fuel supply system for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel comprises a housing, an inlet, an outlet and a fluid channel formed in the housing, which fluidically connects the inlet to the outlet, a valve mounted on the housing, with which a flow through the fluid channel can be interrupted, and a pressure sensor mounted on the housing, with which a gas pressure in the fluid channel can be detected.
  • the invention is based on the knowledge that particles carried along with the gaseous fuel can be critical for the function of the valve and/or the pressure sensor and thus of the pressure control device, for example they can lead to constrictions or damage. Such particles can potentially be traced back to the manufacturing process of the component and can appear under unfavorable circumstances, particularly when the fuel supply system is first put into operation.
  • a particle filter is provided in the fluid channel upstream of the valve and/or upstream of the pressure sensor.
  • the filter safely stops any particles that may have already entered the pressure control device through the inlet, thus ensuring that the valve functions properly.
  • the particle filter is also arranged upstream of the pressure sensor so that the latter is also protected accordingly.
  • the pressure control device comprises a shut-off valve mounted on the housing, with which a flow through the fluid channel can be interrupted, and comprises one or more pressure control valves mounted on the housing, with which a flow through the fluid channel can be throttled, and that the particle filter is arranged upstream of the shut-off valve and the pressure control valve; or is arranged upstream of the shut-off valve and the pressure control valves. Then all of these valves are protected accordingly.
  • the pressure control device can include a water separator mounted on the housing, which is able to separate water transported with the gas. Icing on downstream components such as valves and sensors is then reliably ruled out even at low temperatures.
  • the water separator can have a collection volume and a manually or electrically operated drain valve with which water can be removed from the collection volume.
  • the particle filter and the water separator can be formed together as one element.
  • the water separator can advantageously also be arranged upstream of the valve (e.g. upstream of the shut-off valve and the pressure control valve) and/or upstream of the pressure sensor.
  • FIG 1 a fuel supply system
  • Figure 2 shows a pressure control device according to the invention
  • Figure 3 shows a first embodiment of the invention
  • Figure 4 shows a second embodiment of the invention
  • Figure 5 shows a third embodiment of the invention
  • Figure 6 shows a fourth embodiment of the invention
  • Figure 7a - d an alternative to the first embodiment of the invention.
  • a fuel supply system is designated overall by reference numeral 10 in Figure 1. It serves to supply an internal combustion engine (not shown) with a fuel, in particular a gaseous fuel, in this case for example gaseous hydrogen.
  • a fuel in particular a gaseous fuel, in this case for example gaseous hydrogen.
  • the hydrogen is stored in liquid form under high pressure, for example approximately 700 bar, in a tank-like fuel storage unit 12. This can be filled via a filling connection 14.
  • An integrated unit 16 comprising a tank valve for filling and dispensing hydrogen into or out of the fuel storage unit 12 and a temperature sensor for detecting the temperature of the gaseous hydrogen coming from the fuel storage unit 12 is also arranged on the fuel storage unit 12.
  • the gaseous hydrogen first reaches a high-pressure filter 20 via a pressure line 18 and from there to a high-pressure pressure control device 22. This reduces the pressure of the gaseous hydrogen to a pressure in the range of 40 bar, for example.
  • the pressure line 18 leads from the high-pressure pressure control device 22 to a high-pressure pressure sensor 24, another high-pressure filter 26 and an optional temperature control device 28 and finally to a pressure control device 30.
  • the pressure control device 30 comprises a shut-off valve device 32, downstream of this two hydraulically parallel pressure control valves 34 and between the shut-off valve device 32 and the two pressure control valves 34 a pressure sensor 35.
  • the two pressure control valves 34 are identically constructed and are typically proportional valves.
  • the pressure in the pressure line 18 is further reduced by the pressure control device 30 from the inlet-side pressure, in this case exemplary, of approximately 40 bar to a pressure of approximately 15 bar, for example.
  • the shut-off valve device 32 upstream of the pressure control valves 34 is closed when the fuel supply system 10 is not in operation. This prevents undesirable gas leakage.
  • the pressure line 18 leads to a distribution chamber 36, which can be designed, for example, as an elongated pipe, in the manner of a typical fuel rail, as is known from gasoline and diesel fuel systems.
  • the gas pressure prevailing in the distribution chamber 36 is detected by a further pressure sensor 37.
  • injectors 38 are connected to the distribution chamber 36, which in this case blow the gaseous hydrogen directly into combustion chambers 40 of the internal combustion engine.
  • the gaseous hydrogen is mixed with atmospheric oxygen in the combustion chambers 40, and this mixture is ignited by a respective ignition device 42.
  • the internal combustion engine is typically a 2-stroke or 4-stroke piston internal combustion engine.
  • such an internal combustion engine is used to drive a motor vehicle. However, it can also be used stationary, for example, to drive a generator to generate electricity.
  • the fuel supply system 10 and its components are controlled by an electronic control and regulating device 44, which has one or more corresponding microprocessors. This receives signals from, among others, the temperature sensor 16, the high-pressure pressure sensor 24, the pressure sensor 35, the further pressure sensor 37, etc.
  • the control and regulating device 44 controls various components of the fuel supply system 10, including the pressure regulating device 30 and the ignition devices 42.
  • a control device 46 is also controlled by the control and regulating device 44, which in turn specifically controls or regulates the operation of the fuel storage device 12.
  • the pressure control device 30 is shown in Figure 2 with a single pressure control valve 34.
  • the pressure control device 30 includes a housing 48 with an inlet connection 50 and an outlet connection 52.
  • the housing 48 integrates the pressure control valve 34, the shut-off valve device 32 and the pressure sensor 35 into a single structural unit.
  • the housing 48 can be a milled aluminum block. In the example, it consists of a housing block 48.2 and a valve housing 48.1 mounted on it.
  • two pressure control valves 34 are available, which are connected in parallel to one another.
  • a fluid channel 51 is formed in the housing 48. In the example, it extends over the inlet nozzle 50, the valve housing 48.1 and the housing block 48.2 to the outlet nozzle 52. It is delimited by the inlet 50', which is located, for example, at the upstream end of the inlet nozzle 50, and the outlet 52', which is located, for example, at the downstream end of the outlet nozzle 52.
  • a particle filter 60 is provided in the fluid channel 51 thus delimited, in the example upstream of the shut-off valve 32 or upstream of the shut-off valve 32 and the pressure control valve 34.
  • the pressure control device 30 can have further filters, in particular downstream of the pressure control valve 34 and/or the pressure sensor 35 or downstream of the shut-off valve 32 and/or the pressure sensor 35.
  • the pressure control device 30 can, as shown for example in Figure 1, be part of a fuel supply system 10 in which further filters are provided upstream of the pressure control device 30 and/or downstream of the pressure control device 30. However, these are then arranged outside the fluid channel 51, i.e. upstream of the inlet 50' or the inlet connection 50 and/or downstream of the outlet 52' or the outlet connection 52.
  • the particle filter 60 can, for example, retain particles larger than 10 pm.
  • the particle filter 60 can, as shown for example in Figure 3, be provided with a metallic ring-shaped holding section 60a and a bag-shaped filter section 60b attached thereto, which is made for example of plastic fabric consists of, be trained.
  • a particle filter 60 designed in this way is pressed, for example, with the holding section 60a upstream into an inlet nozzle 50 of the pressure control device 30.
  • the holding section 60a of the particle filter 60 can come to rest on an annular shoulder 50a designed in the inlet nozzle 50.
  • Figure 7a shows an inlet connection 50 for a pressure control device 30 for a fuel supply system for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel, with a particle filter 60 fastened in the inlet connection 50 in longitudinal cross section.
  • Figure 7b shows a perspective view of the longitudinally sectioned inlet connection 50.
  • Figure 7c shows the inlet connection 50 viewed against the flow direction and
  • Figure 7d shows the inlet connection viewed in the flow direction.
  • a filter section 60b of the particle filter 60 has a sleeve-like shape.
  • the filter section 60b consists of a metallic sintered material.
  • the filter section 60b of the particle filter 60 is fixed axially by form-fitting between an annular shoulder 71 of the inlet nozzle 50 pointing in the flow direction (arrow 100; from left to right in Figure 7a) and an annular shoulder 75 of a filter holder 60c fastened in the inlet nozzle pointing against the flow direction.
  • the filter section 60b of the particle filter 60 is guided or fixed radially in that an inner circumferential surface 72 is formed between the annular shoulder 71 of the inlet nozzle 50 and a further annular shoulder 73 of the inlet nozzle 50, against which the filter section 60b rests sealingly with its outer circumference.
  • the filter section 60b of the particle filter 60 is guided or fixed radially in that an outer peripheral surface 76 is formed between the annular shoulder 75 of the filter holder 60c and a further annular shoulder 77 of the filter holder 60c, against which the filter section 60b rests sealingly with its inner circumference.
  • the filter holder 60c is fastened in the inlet nozzle 50 by having, for example, four resilient, radially projecting arms 61 which engage in an annular groove 55 formed on the inner contour of the inlet nozzle 50.
  • the flowable cross-sectional area of the inlet nozzle 50 on the inlet side of the particle filter 60 i.e. at the axial height of the filter holder 60c (see hatched area A2 in Figure 7b) is the same size as the flowable cross-sectional area of the inlet nozzle 50 on the outlet side of the particle filter 60 (see hatched area A1 in Figure 7d).
  • a pressure drop at the particle filter 60 can be limited to, for example, 0.1 bar at 30 bar inlet pressure.
  • the particle filter 60 is capable of retaining particles in the gaseous fuel above a minimum size, the minimum size being between 5 pm and 10 pm.
  • the filter holder 60c can be a sheet metal part.
  • the filter holder 60c can be manufactured, for example, by a punching and deep-drawing process.
  • a particle filter 60 designed as above is formed within the housing 48. It is pressed, for example, with the annular holding section 60a upstream into the fluid channel 51 in such a way that the holding section 60a of the particle filter 60 comes to rest on an annular step 51a formed in the fluid channel 51.
  • an annular step 51a of the fluid channel 51 is provided inside the housing 48, pointing towards the inlet connection 50.
  • a particle filter 60 is located on the annular step 51a on the one hand and on the inlet connection 50 on the other hand.
  • the particle filter 60 can, for example, have the shape of a flat disc, for example with a radially outward holding frame and a filter material attached to it inward.
  • Figure 6 shows a further exemplary embodiment in which the particle filter 60 is arranged within the fluid channel 51 in a recess 50b of the inlet nozzle 50. Due to its greater extent and its orientation and its nature, the particle filter 60 also has a water separation function, i.e. it can separate liquid water transported with the gas and collect it, for example, in its section pointing downwards in Figure 6, which represents a collection volume 62a.
  • a drain valve 62b is also arranged that can be operated manually or electrically from the outside and can be used to remove the collected water from the fuel supply system 10 or from the pressure control device 30.
  • the particle filter 60 can also be arranged in a separate component which is fixed between the housing 48 and the inlet nozzle 50 and through the interior of which the fluid channel 51 extends.
  • such a filter and water separation device can also be fixed at another location on the pressure control device 30, for example within its housing 48 or on its housing 48.

Abstract

Druckregeleinrichtung (30) für ein Brennstoffversorgungssystem (10) zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff, umfassend ein Gehäuse (48), einen Einlass (50'), einen Auslass (52') und einen in dem Gehäuse (48) ausgebildeten Fluidkanal (51), der den Einlass (50') mit dem Auslass (52') fluidisch verbindet, zumindest ein an dem Gehäuse (48) montiertes Ventil (32, 34), mit dem ein Durchfluss durch den Fluidkanal (51) unterbrechbar und/oder drosselbar ist, einen an dem Gehäuse (48) montierten Drucksensor (35), mit dem ein Gasdruck in dem Fluidkanal (51) erfassbar ist, und einen in dem Fluidkanal (51) stromaufwärts des Ventils (32, 34) und/oder stromaufwärts des Drucksensors (35) angeordneten Partikelfilter (60).

Description

Beschreibung
Titel
Druckregeleinrichtung für ein Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung einer
Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff mit Partikelfilter
Stand der Technik
In der nachveröffentlichten DE 102022 210615 A1 ist bereits eine Druckregeleinrichtung für ein Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff beschrieben. Sie umfasst ein Gehäuse, einen Einlass, einen Auslass und einen in dem Gehäuse ausgebildeten Fluidkanal, der den Einlass mit dem Auslass fluidisch verbindet, ein an dem Gehäuse montiertes Ventil, mit dem ein Durchfluss durch den Fluidkanal unterbrechbar ist, und einen an dem Gehäuse montierten Drucksensor, mit dem ein Gasdruck in dem Fluidkanal erfassbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass für die Funktion des Ventils und/oder des Drucksensors und damit der Druckregeleinrichtung gegebenenfalls mit dem gasförmigen Brennstoff mitgeführte Partikel kritisch sein können, beispielsweise zu Verengungen oder Beschädigungen führen können. Derartige Partikel können potenziell auf den Herstellungsprozess der Komponente zurückgehen und unter ungünstigen Umständen insbesondere bei einer Erstinbetriebnahme des Brennstoffversorgungssystem in Erscheinung treten.
Aus diesem Grunde ist es vorgesehen, dass in dem Fluidkanal stromaufwärts des Ventils und/oder stromaufwärts des Drucksensors ein Partikelfilter angeordnet ist. Indem der Filter gegebenenfalls bereits durch den Einlass in die Druckregeleinrichtung eingetretene Partikel sicher aufhält, ist die einwandfreie Funktion des Ventils abgesichert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Partikelfilter auch stromaufwärts des Drucksensors angeordnet ist, sodass auch dieser entsprechend geschützt ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Druckregeleinrichtung ein an dem Gehäuse montiertes Absperrventil umfasst, mit dem ein Durchfluss durch den Fluidkanal unterbrechbar ist, und ein an dem Gehäuse montiertes Druckregelventil oder mehrere an dem Gehäuse montierte Druckregelventile umfasst, mit dem oder mit denen ein Durchfluss durch den Fluidkanal drosselbar ist und dass der Partikelfilter stromaufwärts des Absperrventils und des Druckregelventils angeordnet ist; oder stromaufwärts des Absperrventils und der Druckregelventile angeordnet ist. Dann sind all diese Ventile entsprechend geschützt.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Druckregeleinrichtung einen an dem Gehäuse montierten Wasserabscheider umfasst, der mit dem Gas mittransportiertes Wasser abzuscheiden vermag. Vereisungen an stromabwärts angeordneten Komponenten wie Ventilen und Sensoren sind dann auch bei niedrigen Temperaturen sicher ausgeschlossen.
Der Wasserabscheider kann in Weiterbildung über ein Sammelvolumen verfügen und über ein manuell oder elektrisch betätigbares Ablassventil verfügen, mit dem Wasser aus dem Sammelvolumen entfernt werden kann.
Beispielsweise können der Partikelfilter und der Wasserabscheider gemeinsam als ein Element ausgebildet sein.
Der Wasserabscheider kann vorteilhafterweise ebenfalls stromaufwärts des Ventils (z.B. stromaufwärts des Absperrventils und des Druckregelventils) und/oder stromaufwärts des Drucksensors angeordnet sein.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1 ein Brennstoffversorgungssystem Figur 2 eine erfindungsgemäße Druckregeleinrichtung;
Figur 3 eine erste Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung;
Figur 5 eine dritte Ausführungsform der Erfindung;
Figur 6 eine vierte Ausführungsform der Erfindung;
Figur 7a - d eine Alternative zur ersten Ausführungsform der Erfindung.
Ein Brennstoffversorgungssystem trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es dient zur Versorgung einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine mit einem insbesondere gasförmigen Brennstoff, vorliegend beispielsweise gasförmigem Wasserstoff.
Der Wasserstoff ist in flüssiger Form unter hohem Druck, beispielsweise ungefähr 700 bar, in einem tankartigen Brennstoffspeicher 12 gespeichert. Dieser kann über einen Füllanschluss 14 befüllt werden. Am Brennstoffspeicher 12 ist ferner eine integrierte Einheit 16 aus einem Tankventil zur Befüllung und Abgabe von Wasserstoff in bzw. aus dem Brennstoffspeicher 12 und einem Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des aus dem Brennstoffspeicher 12 kommenden gasförmigen Wasserstoffs angeordnet.
Der gasförmige Wasserstoff gelangt über eine Druckleitung 18 zunächst zu einem Hochdruck-Filter 20 und von dort weiter zu einer Hochdruck- Druckregeleinrichtung 22. Diese reduziert den Druck des gasförmigen Wasserstoffs beispielsweise auf einen Druck im Bereich von 40 bar. Die Druckleitung 18 führt von der Hochdruck-Druckregeleinrichtung 22 weiter zu einem Hochdruck-Drucksensor 24, einem weiteren Hochdruck-Filter 26 und einer optionalen Temperiereinrichtung 28 und schließlich zu einer Druckregeleinrichtung 30.
Die Druckregeleinrichtung 30 umfasst vorliegend eine Absperrventileinrichtung 32, stromabwärts von dieser zwei hydraulisch parallele Druckregelventile 34 und zwischen der Absperrventileinrichtung 32 und den beiden Druckregelventilen 34 einen Drucksensor 35. Die beiden Druckregelventile 34 sind identisch aufgebaut und sind typischerweise Proportionalventile. Durch die Druckregeleinrichtung 30 wird der Druck in der Druckleitung 18 nochmals abgesenkt von dem eingangsseitigen vorliegend beispielhaften Druck von ungefähr 40 bar auf einen Druck beispielsweise von ungefähr 15 bar. Die den Druckregelventilen 34 vorgeschaltete Absperrventileinrichtung 32 ist geschlossen, wenn das Brennstoffversorgungssystem 10 nicht in Betrieb ist. Hierdurch wird ein unerwünschter Gasaustritt verhindert.
Stromabwärts von der Druckregeleinrichtung 30 führt die Druckleitung 18 zu einer Verteilerkammer 36, die beispielsweise als längliches Rohr ausgebildet sein kann, in der Art eines typischen Kraftstoffrails, wie es von Benzin- und Diesel-Kraftstoffsystemen bekannt ist. Der in der Verteilerkammer 36 herrschende Gasdruck wird von einem weiteren Drucksensor 37 erfasst.
An die Verteilerkammer 36 sind mehrere Injektoren 38 angeschlossen, die den gasförmigen Wasserstoff vorliegend beispielhaft in Brennräume 40 der Brennkraftmaschine direkt einblasen. Der gasförmige Wasserstoff wird in den Brennräumen 40 mit Luftsauerstoff gemischt, und dieses Gemisch wird durch eine jeweilige Zündeinrichtung 42 entzündet. Typischerweise handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um eine 2-Takt- oder 4-Takt- Kolben- Brennkraftmaschine. Beispielsweise wird eine solche Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Sie kann aber auch beispielsweise stationär zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung verwendet werden.
Gesteuert werden das Brennstoffversorgungssystem 10 und seine Komponenten durch eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 44, die über einen oder mehrere entsprechende Mikroprozessoren verfügt. Diese erhält Signale unter anderem von dem Temperatursensor 16, dem Hochdruck-Drucksensor 24, dem Drucksensor 35, dem weiteren Drucksensor 37 etc.. Die Steuer- und Regeleinrichtung 44 steuert verschiedene Komponenten des Brennstoffversorgungssystems 10 an, unter anderem die Druckregeleinrichtung 30 sowie die Zündeinrichtungen 42. Ferner wird auch eine Steuereinrichtung 46 von der Steuer- und Regeleinrichtung 44 angesteuert, die wiederum spezifisch den Betrieb des Brennstoffspeichers 12 steuert bzw. regelt.
Die Druckregeleinrichtung 30 ist in Figur 2 mit einem einzigen Druckregelventil 34 gezeigt. Zu der Druckregeleinrichtung 30 gehört dabei ein Gehäuse 48 mit einem Einlassstutzen 50 und einem Auslassstutzen 52. Das Gehäuse 48 integriert das Druckregelventil 34, die Absperrventileinrichtung 32 und den Drucksensor 35 zu einer zusammengehörenden Baueinheit. Beim Gehäuse 48 kann es sich um einen gefrästen Aluminiumblock handeln. Im Beispiel setzt es sich aus einem Gehäuseblock 48.2 und einem an diesem montierten Ventilgehäuse 48.1 zusammen. Optional sind zwei Druckregelventile 34 vorhanden, die zueinander parallel geschaltet sind.
Ein Fluidkanal 51 ist dabei in dem Gehäuse 48 ausgebildet. Er erstreckt sich im Beispiel über den Einlassstutzen 50, das Ventilgehäuse 48.1 und den Gehäuseblock 48.2 bis zu dem Auslassstutzen 52. Er wird von dem Einlass 50‘, der sich beispielsweise am flussaufwärtigen Ende des Einlassstutzens 50 befindet, und dem Auslass 52‘, der sich beispielsweise am flussabwärtigen Ende des Auslassstutzens 52 befindet, begrenzt.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass in dem so begrenzten Fluidkanal 51 ein Partikelfilter 60 vorgesehen ist, im Beispiel stromaufwärts des Absperrventils 32 bzw. stromaufwärts des Absperrventils 32 und des Druckregelventils 34.
Die Druckregeleinrichtung 30 kann, insbesondere stromabwärts des Druckregelventils 34 und/oder des Drucksensors 35 bzw. stromabwärts des Absperrventils 32 und/oder des Drucksensors 35 weitere Filter aufweisen.
Die Druckregeleinrichtung 30 kann, wie beispielsweise in der Figur 1 gezeigt, Teil eines Brennstoffversorgungssystems 10 sein, in dem weitere Filter stromaufwärts der Druckregeleinrichtung 30 und/oder stromabwärts der Druckregeleinrichtung 30 vorgesehen sind. Diese sind dann allerdings außerhalb des Fluidkanals 51 angeordnet, also stromaufwärts des Einlasses 50‘ bzw. des Einlassstutzens 50 und/oder stromabwärts des Auslasses 52‘ bzw. des Auslassstutzens 52 angeordnet.
Der Partikelfilter 60 kann beispielsweise Partikel zurückhalten, die größer als 10 pm sind.
Der Partikelfilter 60 kann, wie beispielsweise in der Figur 3 gezeigt, mit einem metallischen ringförmigen Halteabschnitt 60a und einem an diesem befestigten sackförmigen Filterabschnitt 60b, der beispielsweise aus Kunststoffgewebe besteht, ausgebildet sein.
Ein so ausgebildeter Partikelfilter 60 ist beispielweise mit dem Halteabschnitt 60a flussaufwärts in einem Einlassstutzen 50 der Druckregeleinrichtung 30 eingepresst. Der Halteabschnitt 60a des Partikelfilters 60 kann dabei an einer in dem Einlassstutzen 50 ausgebildeten Ringschulter 50a zur Anlage kommen.
Eine Alternative zur ersten Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 7a bis 7d gezeigt. Die Figur 7a zeigt einen Einlassstutzen 50 für eine Druckregeleinrichtung 30 für ein Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff, mit einem in dem Einlassstutzen 50 befestigten Partikelfilter 60 im Längsquerschnitt. In der Figur 7b ist eine perspektivische Ansicht des längsgeschnittenen Einlassstutzens 50 gezeigt. In der Figur 7c ist der Einlassstutzen 50 mit Blickrichtung entgegen der Strömungsrichtung gezeigt und in der Figur 7d ist der Einlassstutzen mit Blickrichtung in der Strömungsrichtung gezeigt.
Ein Filterabschnitt 60b des Partikelfilters 60 hat eine hülsenförmige Gestalt. Der Filterabschnitt 60b besteht aus einem metallischen Sintermaterial.
Der Filterabschnitt 60b des Partikelfilters 60 ist axial zwischen einer in Flussrichtung (Pfeil 100; in der Figur 7a von links nach rechts) weisenden Ringschulter 71 des Einlassstutzens 50 und einer gegen die Flussrichtung weisenden Ringschulter 75 eines im Einlassstutzen befestigten Filterhalters 60c durch Formschluss fixiert.
Der Filterabschnitt 60b des Partikelfilters 60 ist radial geführt bzw. fixiert, indem zwischen der Ringschulter 71 des Einlassstutzens 50 und einer weiteren Ringschulter 73 des Einlassstutzens 50 eine Innenumfangsfläche 72 ausgebildet ist, an der der Filterabschnitt 60b mit seinem Außenumfang dichtend anliegt.
Der Filterabschnitt 60b des Partikelfilters 60 ist radial geführt bzw. fixiert, indem zwischen der Ringschulter 75 des Filterhalters 60c und einer weiteren Ringschulter 77 des Filterhalters 60c eine Außenumfangsfläche 76 ausgebildet ist, an der der Filterabschnitt 60b mit seinem Innenumfang dichtend anliegt. Resultierend durchströmt der gasförmige Brennstoff vollständig den Partikelfilter
60 von innen nach außen, wie in der Figur 7a durch die Linie 200 symbolisiert.
Der Filterhalter 60c ist in dem Einlassstutzen 50 befestigt, indem er, zum Beispiel vier, federnde radial abragende Arme 61 aufweist, die in eine an er Innenkontur des Einlassstutzens 50 ausgebildete Ringnut 55 eingreifen.
Unter Berücksichtigung des integrierten Partikelfilters 60 ist die durchströmbare Querschnittsfläche des Einlassstutzens 50 eingangsseitig des Partikelfilters 60, also auf axialer Höhe des Filterhalters 60c (siehe schraffierte Fläche A2 in Figur 7b) gleich groß wie die durchströmbare Querschnittsfläche des Einlassstutzens 50 ausgangsseitig des Partikelfilters 60 (siehe schraffierte Fläche A1 in Figur 7d). Auf diese Weise und durch die Wahl der Länge des Filterabschnitts 60b in axialer Richtung kann ein Druckabfall an dem Partikelfilter 60 auf beispielsweise 0,1 bar bei 30 bar Eingangsdruck begrenzt werden.
Der Partikelfilter 60 vermag Partikel in dem gasförmigen Brennstoff oberhalb einer Mindestgröße zurückzuhalten, wobei die Mindestgröße zwischen 5 pm und 10 pm beträgt.
Bei dem Filterhalter 60c kann es sich um ein Blechteil handeln. Der Filterhalter 60c kann beispielsweise durch einen Stanz- und Tiefziehprozess hergestellt werden.
In einer alternativen Ausführungsform (siehe Figur 4) ist ein wie oben ausgebildeter Partikelfilter 60 innerhalb des Gehäuses 48 ausgebildet. Dabei ist er beispielsweise mit dem ringförmigen Halteabschnitt 60a flussaufwärts in den Fluidkanal 51 derart eingepresst, dass der Halteabschnitt 60a des Partikelfilters 60 an einer in dem Fluidkanal 51 ausgebildeten Ringstufe 51a zur Anlage kommt.
In einer weiteren Ausführungsform (siehe Figur 5) ist ebenfalls vorgesehen, dass innerhalb des Gehäuses 48 eine zu dem Einlassstutzen 50 weisende Ringstufe 51a des Fluidkanals 51 vorgesehen ist. Ein Partikelfilter 60 liegt in diesem Beispiel an der Ringstufe 51a einerseits und an dem Einlassstutzen 50 andererseits an. Der Partikelfilter 60 kann dabei beispielsweise die Gestalt einer flachen Scheibe haben, beispielsweise mit einem radial auswärtigen Halterahmen und einem an diesem einwärts befestigten Filtermaterial.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführbeispiel, bei dem der Partikelfilter 60 innerhalb des Fluidkanals 51 in einer Ausbuchtung 50b des Einlassstutzens 50 angeordnet ist. Aufgrund seiner größeren Erstreckung und seiner Orientierung und seiner Beschaffenheit hat der Partikelfilter 60 zugleich eine Wasserabscheidefunktion, das heißt, er vermag mit dem Gas mittransportiertes flüssiges Wasser abzuscheiden und beispielsweise in seinem in der Figur 6 nach unten weisenden Abschnitt, der ein Sammelvolumen 62a darstellt, zu sammeln. Hier ist auch ein von außen manuell oder elektrisch betätigbares Ablassventil 62b angeordnet, mit dem das gesammelte Wasser aus dem Brennstoffversorgungssystem 10 bzw. aus der Druckregeleinrichtung 30 entfernt werden kann.
In einer nicht gezeichneten Abwandlung kann der Partikelfilter 60 auch in einer separaten Komponente angeordnet sein, die zwischen dem Gehäuse 48 und dem Einlassstutzen 50 fixiert ist und durch dessen Inneres hindurch sich der Fluidkanal 51 erstreckt.
Weiterhin alternativ kann eine derartige Filter- und Wasserabscheideeinrichtung auch an einer anderen Stelle der Druckregeleinrichtung 30 fixiert sein, beispielsweise innerhalb ihres Gehäuses 48 bzw. an ihrem Gehäuse 48.

Claims

Ansprüche
1. Druckregeleinrichtung (30) für ein Brennstoffversorgungssystem (10) zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff, umfassend ein Gehäuse (48), einen Einlass (50‘), einen Auslass (52‘) und einen in dem Gehäuse (48) ausgebildeten Fluidkanal (51), der den Einlass (50‘) mit dem Auslass (52‘) fluidisch verbindet, zumindest ein an dem Gehäuse (48) montiertes Ventil (32, 34), mit dem ein Durchfluss durch den Fluidkanal (51) unterbrechbar und/oder drosselbar ist, einen an dem Gehäuse (48) montierten Drucksensor (35), mit dem ein Gasdruck in dem Fluidkanal (51) erfassbar ist, und einen in dem Fluidkanal (51) stromaufwärts des Ventils (32, 34) und/oder stromaufwärts des Drucksensors (35) angeordneten Partikelfilter (60).
2. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein an dem Gehäuse (48) montiertes Absperrventil (32) umfasst, mit dem ein Durchfluss durch den Fluidkanal (51) unterbrechbar ist, und ein an dem Gehäuse (48) montiertes Druckregelventil (34) oder mehrere an dem Gehäuse (48) montierte Druckregelventile (34) umfasst, mit dem oder mit denen ein Durchfluss durch den Fluidkanal (51) drosselbar ist, und dass der Partikelfilter (60) stromaufwärts des Absperrventils (32) und des Druckregelventils (34) angeordnet ist; oder stromaufwärts des Absperrventils (32) und der Druckregelventile (34) angeordnet ist.
3. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen an dem Gehäuse (48) montierten Wasserabscheider (62) umfasst, der mit dem Gas mittransportiertes Wasser abzuscheiden vermag.
4. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserabscheider (62) stromaufwärts des Ventils (32, 34), insbesondere stromaufwärts des Absperrventils (32) und des Druckregelventils (34) oder stromaufwärts des Absperrventils (32) und der Druckregelventile (34), angeordnet ist.
5. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserabscheider (62) über ein Sammelvolumen (62a) verfügt und über ein manuell oder elektrisch betätigbares Ablassventil (62b) verfügt, mit dem Wasser aus dem Sammelvolumen (62a) entfernt werden kann.
6. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (60) und der Wasserabscheider (62) als eine gemeinsame Baueinheit ausgebildet sind.
7. Druckregeleinrichtung (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (50‘) an einem an dem Gehäuse (48) montierten Einlassstutzen (50) ausgebildet ist.
8. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (60) in dem Einlassstutzen (50) angeordnet ist.
9. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (60) einen Halteabschnitt (60a) und einen Filterabschnitt (60b) umfasst und mit dem Halteabschnitt (60a) in den Einlassstutzen (50) eingepresst ist.
10. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (51) als Stufenbohrung ausgeführt ist, mit einer zu dem Einlassstutzen (50) weisenden Ringschulter (50a) und dass der Partikelfilter (60) an der Ringschulter (50a) anliegt.
11. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der der Partikelfilter (60) einen Halteabschnitt (60a) und einen Filterabschnitt (60b) umfasst und mit dem Halteabschnitt (60a) an der Ringschulter (50a) anliegt.
12. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (60) zusätzlich mit dem Halteabschnitt (60a) in den Fluidkanal (51) eingepresst ist.
13. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 9, 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Halteabschnitt (60a) als metallischer Ring ausgebildet ist und der Filterabschnitt (60b) als ein an dem Halteabschnitt (60a) befestigtes Gewebe ausgebildet ist.
14. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Filterabschnitt (60b) stromabwärts des Halteabschnitts (60a) angeordnet ist und in der Form eines Sackes ausgebildet ist, dessen Rand an dem Halteabschnitt (60a) befestigt ist, sodass der Filterabschnitt (60b) aus dem Gas herausgefilterte Partikel in dem Sack aufzunehmen vermag.
15. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (60) einen Filterabschnitt (60b) umfasst, der axial zwischen einer in Flussrichtung weisenden Ringschulter (71) des Einlassstutzens (50) und einer gegen die Flussrichtung weisenden Ringschulter (75) eines im Einlassstutzen (50) befestigten Filterhalters (60c) durch Formschluss fixiert ist.
16. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterhalter (60c) in dem Einlassstutzen (50) befestigt ist, indem er, zum Beispiel vier, federnde radial abragende Arme (61) aufweist, die in eine an cer Innenkontur des Einlassstutzens (50) ausgebildete Ringnut (55) eingreifen.
17. Druckregeleinrichtung (30) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterabschnitt (60b) radial geführt ist, indem zwischen der Ringschulter (71) des Einlassstutzens (50) und einer weiteren Ringschulter (73) des Einlassstutzens (50) eine Innenumfangsfläche (72) ausgebildet ist, an der der Filterabschnitt (60b) mit seinem Außenumfang dichtend anliegt; und der Filterabschnitt (60b) des Partikelfilters (60) radial geführt ist, indem zwischen der Ringschulter (75) des Filterhalters (60c) und einer weiteren Ringschulter (77) des Filterhalters (60c) eine
Außenumfangsfläche (76) ausgebildet ist, an der der Filterabschnitt (60b) mit seinem Innenumfang dichtend anliegt.
PCT/EP2023/079899 2022-12-19 2023-10-26 Druckregeleinrichtung für ein brennstoffversorgungssystem zur versorgung einer brennkraftmaschine mit gasförmigem brennstoff mit partikelfilter WO2024132267A1 (de)

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DE102022213867.8 2022-12-19
DE102023206375.1 2023-07-05

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WO2024132267A1 true WO2024132267A1 (de) 2024-06-27

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