DE102006025857A1

DE102006025857A1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschinenanordnung

Info

Publication number: DE102006025857A1
Application number: DE102006025857A
Authority: DE
Inventors: Andreas Jauss
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2007-12-06
Also published as: GB2452196B; US8126636B2; US20100294250A1; WO2007140912A1; CN101490394A; CN101490394B; GB2452196A; GB0822450D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschinenanordnung sowie eine Brennkraftmaschinenanordnung, welche eine mit Gastkraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine, einen Druckminderer zur Minderung des Gasdrucks des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs, wobei der Druckminderer hochdruckseitig über eine Gaskraftstoffleitung mit wenigstens einem Gastank zum Speichern von Gaskraftstoff fluidleitend verbunden ist und wobei der Druckminderer niederdruckseitig durch eine Gaskraftstoffleitung mit wenigstens einem steuerbaren Gaseinblasventil zur Regelung des Gasstroms des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs fluidleitend verbunden ist, ein hochdruckseitig des Druckminderers angeordnetes, mit dem Druckminderer fluidleitend verbundenes, steuerbares Hochdruckabsperrventil zum Sperren des Gastroms des dem Druckminderer vom Gastank zugeführten Gaskraftstoffs, wobei das Hochdruckabsperrventil ein Pilotventil mit kleinerer Öffnungsquerschnittsfläche und ein Hauptventil mit größerer Öffnungsquerschnittsfläche umfasst, sowie eine elektronische Steuereinrichtung, die wenigstens der Steuerung des Hochdruckabsperrventils und dass wenigstens einen Gaseinblasventils dient, wobei zur Aufnahme des Betriebs der Brennkraftmaschine mit Gaskraftstoff, gesteuert durch die elektronische Steuereinrichtung, das Pilotventil des Hochdruckabsperrventils in zeitlicher Reihenfolge vor dem wengistens einen Gaseinblasventil geöffnet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Antriebstechnik und betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Brennkraftmaschinenanordnung.
Moderne Kraftfahrzeuge werden angesichts schwindender Erdölreserven und gestiegener Anforderungen an die Abgasemissionen zunehmend mit nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen ausgerüstet, die wahlweise mit Flüssigkraftstoff (beispielsweise Benzin) oder Gaskraftstoff betrieben werden können.
Als Gaskraftstoffe werden hauptsächlich Flüssiggase auf Petroleumbasis, wie Autogas (LPG = Liquified Petroleum Gas), ein im Wesentlichen aus Propan und Butan bestehendes Nebenprodukt aus Hydrierprozessen bei der Erdölraffinierung, sowie Erdgas (CNG = Compressed Natural Gas), welches hauptsächlich aus Methan besteht und durch Förderung aus Erdgasquellen gewonnen wird, verwendet.
Da jedoch das Tankstellennetz für Gaskraftstoffe, insbesondere LPG und CNG, in den industrialisierten Ländern bislang noch nicht ausreichend ausgebaut ist, sind die meisten mit Gaskraftstoff betreibbaren Kraftfahrzeuge heutzutage mit so genannten "bivalenten" Antrieben ausgerüstet. Solche Kraftfahrzeuge sind sowohl mit einer Flüssigkraftstofftankanlage als auch mit einer Gaskraftstofftankanlage, sowie entsprechenden Zufuhr- und Zumesseinrichtungen zum Zuführen und Zumessen der beiden Kraftstoffarten zur Brennkraftmaschine ausgerüstet, so dass bei Bedarf mittels einer Steuereinrichtung automatisch oder manuell auf den Betrieb mit jeweils einer der beiden Kraftstoffarten umgeschaltet werden kann. (Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass Fahrzeuge mit einem Benzintank bis zu einem Volumen von ca. 15 L als "monovalent-plus" betreibbare Fahrzeuge bezeichnet werden.) So ist beispielsweise vorgesehen, dass in solchen bivalent (oder monovalent-plus) betreibbaren Kraftfahrzeugen eine automatische Umschaltung von Gaskraftstoffbetrieb auf Flüssigkraftstoffbetrieb erfolgt, sobald der Inhalt des Gastanks unter einen vorgebbaren Schwellwert fällt.
Werden Kraftfahrzeuge mit im Gastank in flüssiger Form gespeichertem Flüssiggas (beispielsweise LPG) betrieben, so ist zur Gemischaufbereitung meist eine Verdampfung des Flüssiggases notwendig, was meist in einem mit dem Gastank fluidleitend verbundenen, kombinierten Verdampfer-Druckminderer erfolgt, welcher auch dazu dient, einen für den Betrieb der Brennkraftmaschine geeigneten Gasdruck des verdampften Flüssiggases einzustellen. (Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass es auch LPG-Flüssig-Einspritzanlagen gibt.) Mit Flüssiggasen betreibbare Kraftfahrzeuge werden gewöhnlich mit Benzin gestartet, da bei kaltem Motor und kaltem Kühlwasserkreis keine zufrieden stellende Gemischaufbereitung erreicht wird. Sobald eine gewisse Betriebstemperatur erreicht ist, erfolgt eine automatische Umschaltung auf Gasbetrieb.
Bei einem Betrieb des Kraftfahrzeugs mit einem in gasförmiger Form im Gastank gespeicherten Gaskraftstoff (beispielsweise CNG), ist es zur Speicherung einer größeren Menge an Gaskraftstoff erforderlich, den Gaskraftstoff im Gastank unter hohem Druck (beispielsweise 200–300 bar) zu verdichten, ohne dass sich der Gaskraftstoff hierbei verflüssigt. Zur Verwendung muss der Gaskraftstoff zu einem für den Betrieb der Brennkraftmaschine geeigneten, niedrigen Gasdruck entspannt werden, welcher meist unterhalb von 10 bar liegt und beispielsweise ca. 8 bar beträgt. Die Druckminderung des Gaskraftstoffes erfolgt in einem mit dem Gastank fluidleitend verbundenen Druckminderer mit vorgeschaltetem Hochdruckabsperrventil zur Sperrung des der Hochdruckseite des Druckminderers zugeführten Gasstroms. Stromabwärts des Druckminderers wird der dann einen niedrigen Gasdruck aufweisende Gaskraftstoff jeweiligen Gaseinblasventilen (Gasinjektoren) zum Einblasen in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt.
Nun tritt bei Kraftfahrzeugen, die mit gasförmig gespeichertem Gaskraftstoff (beispielsweise CNG) betreibbar sind, das Problem auf, dass der an der Tankstelle auf hohen Gasdruck verdichtete Gaskraftstoff mit Ölkomponenten des Verdichters zum Verdichten des Gaskrafstoffes verschmutzt sein kann. Ursache hierfür ist die stetig zunehmende Anzahl von mit Gaskraftstoff betreibbaren Kraftfahrzeugen und der damit einher gehende kürzere zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Betankungen von Kraftfahrzeugen an den Tankstellen. Wie die praktische Erfahrung lehrt, steigt durch die kürzere Zeitspanne zwischen aufeinander folgenden Betankungen die Betriebstemperatur in den Hochdruckstufen des Verdichters der Tankstelle stark an, so dass vorhandenes Schmieröl im Verdichter verdampft und als Gas oder beispielsweise auch in Form eines Aerosols mit dem Gaskraftstoff in den Gastank des Kraftfahrzeugs gelangt.
Wird ein auf solche Weise mit Öl verschmutzter Gaskraftstoff mittels des Druckminderers von beispielsweise 200 bar auf einen niedrigeren Druck von beispielsweise 8 bar entspannt, so tritt während der Entspannung im Druckminderer eine Abkühlung des Gaskraftstoffes auf, wodurch das eingeschleppte Öl auskondensiert und in flüssiger Form im Gaskraftstoff enthalten ist.
Strömungstechnisch bedingt, wird das nun flüssige Öl im Gaskraftstoff mengenmäßig ungleichmäßig auf die einzelnen Gaseinblasventile verteilt und führt zu unterschiedlichen Durch flusscharakteristiken für den Gaskraftstoff in den Gaseinblasventilen, was in der Folge zu Problemen bezüglich des Einhaltens von Abgasvorgaben über die Laufstrecke, Fahrbarkeitsproblemen und zu einer Bauteilschädigung (Katalysator) führen kann.
Um die mit der Kontamination von Gaskraftstoff mit gasförmigem Öl verursachten Probleme zu vermeiden, wird ein Ölabscheider auf der Niederdruckseite des Druckminderers installiert, was den Vorteil hat, dass der Ölabscheider lediglich Druckfestigkeit gegen Niederdruck (beispielsweise 8 bar) haben muss und dass das auf der Niederdruckseite kondensierte Öl in flüssiger Form gewöhnlich leichter abzuscheiden ist.
Um Öl wenigstens für den Zeitraum eines herkömmlichen Service-Intervalls eines Kraftfahrzeugs abscheiden und auffangen zu können, muss der Ölabscheider einen ausreichend großes Abscheide- und Auffangelement haben, was jedoch zur Folge hat, dass das Volumen der fluidleitenden Verbindung zwischen dem Druckminderer und den Gaseinblasventilen im Vergleich zu einer fluidleitenden Verbindung ohne Ölabscheider, welche beispielsweise lediglich Gasleitungen enthält, deutlich erhöht ist. Diese Volumenzunahme kann zu Problemen beim Starten des Betriebs der Brennkraftmaschine mit Gaskraftstoff, insbesondere beim Umschalten von Flüssigkraftstoffbetrieb (beispielsweise Benzin) auf Gaskraftstoffbetrieb (beispielsweise CNG) führen, was im Weiteren näher erläutert wird.
Wie bereits ausgeführt wurde, wird im Druckminderer der Gasdruck des Gaskraftstoffes von dem zur Speicherung im Gastank benötigten Hochdruck zu einem für den Betrieb der Brennkraftmaschine geeigneten Niederdruck (Einblasdruck) vermindert. Der Druckminderer kann ein- oder mehrstufig ausgeführt sein, umfasst jedoch gewöhnlich eine mit dem unter Hochdruck stehenden Gasstrom aus dem Gastank fluidleitend verbundene Hochdruckkammer, sowie eine mit den Gaseinblasventilenfluidleitend verbundene Niederdruckkammer, aus welcher der Gasstrom den Gaseinblasventilen zugeführt wird.
Eingangsseitig, das heißt auf seiner Hochdruckseite, ist der Druckminderer gewöhnlich mit einem steuerbaren Hochdruckabsperrventil fluidleitend verbunden, wodurch der dem Druckminderer zugeführte Gasstrom gesperrt werden kann. Das im Allgemeinen elektromagnetisch betätigte Hochdruckabsperrventil dient darüber hinaus auch dazu, die Druckdifferenz des Gasdrucks von Gaskraftstoff auf dessen Eingangs- und Ausgangsseite zu vermindern, um auf diese Weise die Öffnungskräfte zum Öffnen des Hochdruckabsperrventils zu vermindern und dessen elektromagnetische Betätigung auf Basis der elektrischen Leistung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs (12 V beziehungsweise 24 V) erst zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist das Hochdruckabsperrventil beispielsweise mit zwei Ventilen mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnittsflächen ausgestattet, nämlich ein Pilotventil mit kleinerer Öffnungsquerschnittsfläche, welche lediglich einen vergleichsweise geringen Gasmassenstrom erlaubt, der lediglich dazu dient die Druckdifferenz auf der Eingangs- und Ausgangsseite des Hochdrucksperrventils zu vermindern und den Betrieb der Brennkraftmaschine mit Gaskraftstoff nicht unterhalten kann, sowie ein Hauptventil mit größerer Öffnungsquerschnittsfläche, welche einen vergleichsweise großen Gasmassenstrom erlaubt, durch welchen der Betrieb der Brennkraftmaschine mit Gaskraftstoff ermöglicht ist. Das Pilotventil kann im Unterschied zum Hauptventil so ausgelegt sein, dass eine Öffnung mittels elektromagnetischer Betätigung auf Basis des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs möglich ist.
Um das Hochdruckabsperrventil zu öffnen, wird zunächst das Pilotventil durch elektromagnetische Betätigung geöffnet, während das Hauptventil noch geschlossen ist. Der durch das Pilotventil strömende Gasstrom füllt die mit dem Hochdruckabsperrventil fluidleitend verbundene Hochdruckkammer des Druckminderers mit Gaskraftstoff, und zwar solange, bis die Gasdruckdifferenz über das Hochdruckabsperrventil ausgeglichen oder zumindest so gering ist, dass eine wählbare Gasdruckdifferenz unterschritten ist. Erst dann kann das Hauptventil des Hochdruckabsperrventils mittels elektromagnetischer Betätigung öffnen, wodurch eine für den Betrieb der Brennkraftmaschine ausreichende Gaskraftstoffmenge dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt werden kann.
Im Betrieb mit Gaskraftstoff werden der Druckminderer, die dem Druckminderer stromabwärts nachgeschalteten Niederdruckgasleitungen, der Ölabscheider und die Gaseinblasventile mit Gaskraftstoff durchströmt. Hierbei treten aufgrund von Durchflusswiderständen in dem dem Hochdruckabsperrventil stromabwärts nachgeschalteten fluidleitenden Leitungssystem Gasunterdrücke auf.
Wird insbesondere bei einem bivalent (oder monovalent-plus) betreibbaren motorischen Antrieb von der Betriebsart Gaskraftstoff auf die Betriebsart Flüssigkraftstoff umgeschaltet, so werden bislang die Gaseinblasventile und das Hochdrucksperrventil zeitgleich geschlossen. Hierbei wird die Gasströmung zum Druckminderer von dem Hochdruckabsperrventil unterbrochen und das Niederdruckleitungssystem von dem Druckminderer solange gespeist bis ein niederdruckseitiger (wählbarer) Einstelldruck erreicht ist, was zur Folge hat, dass auch der Gasdruck in der Hochdruckkammer des Druckminderers sinkt.
Ist stromabwärts des Druckminderers ein Ölabscheider vorgesehen, um Öl aus dem Gaskraftstoff zu entfernen, ist das "Schluckvolumen", das heißt, das zur Fluidleitung zur Verfügung stehende Volumen größer als ohne Ölabscheider, so dass in diesem Fall beim Umschalten von der Betriebsart Gaskraftstoff auf die Betriebsart Flüssigkraftstoff eine deutlich größer Gasdruckdifferenz am Hockdrucksperrventil auftritt.
Wird anschließend vom Betrieb mit Flüssigkraftstoff wieder auf den Betrieb mit Gaskraftstoff umgeschaltet, so werden gewöhnlich das Hochdruckabsperrventil und die Gaseinblasventile gleichzeitig wieder geöffnet. Aufgrund der über dem Hochdruckabsperrventil abfallenden großen Gasdruckdifferenz, welche sich vor allem mit eingebautem Ölabscheider einstellen kann, kann der Fall eintreten, dass bei geöffnetem Pilotventil und geschlossenem Hauptventil der durch dieses hindurchströmende Gasstrom nicht mehr in der Lage ist, die Gasdruckdifferenz durch Füllen der Hochdruckkammer des Druckminderers auszugleichen bzw. eine voreingestellte Gasdruckdifferenz zu unterschreiten, weil die Gaseinblasventile Gaskraftstoff in die Brennkraftmaschine abströmen lassen. In dieser Hinsicht besonders nachteilig kann es sich auswirken, wenn der Gastank nicht mehr vollständig, sondern beispielsweise lediglich zu einem Drittel gefüllt ist, so dass der Gasdruck des Gaskraftstoff im Gastank verringert ist.
Kann die Gasdruckdifferenz über das Hochdruckabsperrventil durch Öffnen des Pilotventils nicht mehr ausgeglichen werden, oder zumindest eine voreingestellte Gasdruckdifferenz nicht mehr unterschritten werden, so kann es passieren, dass das Hauptventil des Hochdruckabsperrventils nicht mehr elektromagnetisch geöffnet werden kann und somit der zum Betrieb der Brennkraftmaschine notwendige Mindestgasmassenstrom nicht mehr in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine eingeblasen werden kann. Dies hat beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug zur Folge, dass dieses beim Umschalten in die Betriebsart mit Gaskraftstoff kein Gas mehr annimmt, was zu sehr kritischen Fahrsituationen, beispielsweise während eines Überholvorgangs führen kann.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschinenanordnung, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Brennkraftmaschinenanordnung zur Verfügung zu stellen, durch welche die aufgezeigte Problematik vermieden werden kann. So soll insbesondere vermieden werden, dass eine Gasdruckdifferenz über das Hochdruckabsperrventil nicht mehr ausgeglichen oder zumindest eine voreingestellte Gasdruckdifferenz nicht mehr unterschritten werden kann.
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschinenanordnung, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Brennkraftmaschinenanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschinenanordnung sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Brennkraftmaschinenanordnung gezeigt. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschinenanordnung umfasst hierbei eine mit Gaskraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine, insbesondere eine mit Flüssigkraftstoff und Gaskraftstoff bivalent (oder momovalent-plus) betreibbare Brennkraftmaschine, einen Druckminderer zur Minderung des Gasdrucks des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs, welcher gewöhnlich eine Hochdruckkammer und eine Niederdruckkammer umfasst, wobei der Druckminderer hochdruckseitig über eine Gaskraftstoffleitung mit wenigstens einem Gastank zum Speichern von Gaskraftstoff fluidleitend verbunden ist, und wobei der Druckminderer niederdruckseitig durch eine Gaskraftstoffleitung mit wenigstens einem steuerbaren Gaseinblasventil zur Regelung des Gasstroms des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs fluidleitend verbunden ist, ein hochdruckseitig des Druckminderers angeordnetes, mit dem Druckminderer fluidleitend verbundenes, steuerbares Hochdruckabsperrventil zur Sperrung des Gasstroms des dem Druckminderer vom Gastank zugeführten Gaskraftstoffs, wobei das Hochdruckabsperrventil ein Pilotventil mit kleinerer Öffnungsquerschnittsfläche und ein Hauptventil mit größerer Öffnungsquerschnittsfläche umfasst, sowie eine elektronische Steuereinrichtung, die wenigstens der Steuerung des Hochdruckabsperrventils und des wenigstens einen Gaseinblasventils dient.
Das stromaufwärts des Druckminderers angeordnete und mit dem Druckminderer fluidleitend verbundene Hochdruckabsperrventil ist so ausgebildet, dass es ein Pilotventil mit einer Ventilöffnung mit kleinerer Öffnungsquerschnittsfläche und ein Hauptventil mit einer Hauptöffnung mit größerer Öffnungsquerschnittsfläche aufweist, wobei Pilotventil und Hauptventil unabhängig voneinander mittels der elektronischen Steuereinrichtung gesteuert werden können, das heißt, die Öffnungszeitpunkte und Öffnungsdauern bestimmt werden können. Das Pilotventil des Hochdruckabsperrventils dient dazu, eine Gasdruckdifferenz zwischen dem eingangsseitigen Gasdruck und dem ausgangsseitigen Gasdruck von Gaskraftstoff des Hochdruckabsperrventils zu vermindern, um auf diese Weise die Öffnungskräfte zur Öffnungs des Hauptventils zu vermindern und eine elektromagnetische Betätigung des Hauptventils des Hochdruckabsperrventils zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist die Öffnungsquerschnittsfläche des Pilotventils so ausgelegt, dass eine elektromagnetische Betätigung des Pilotventils mit einer vom Bordnetz eines Kraftfahrzeugs (beispielsweise 12 V oder 24 V) zur Verfügung gestellten elektrischen Leistung möglich ist. Dies führt im Allgemeinen dazu, dass das Hauptventil einen vergleichsweise großen Gasmassenstrom ermöglicht, welcher zum Betrieb der Brennkraftmaschine mit Gaskraftstoff dient, während der Gasmassenstrom über das Pilotventil einen vergleichsweise geringen Gasmassenstrom ermöglicht, welcher lediglich zur Verminderung der Gasdruckdifferenz über dem Hochdruckabsperrventil dient. Der durch das Pilotventil strömende Gasmassenstrom füllt eine Hochdruckkammer des Druckminderers mit Gaskraftstoff, und zwar solange, bis eine Druckdifferenz über das Hochdruckabsperrventil so gering ist, dass eine wählbare Gasdruckdifferenz unterschritten beziehungsweise die Druckdifferenz stromaufwärts und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils ausgeglichen ist. Eine elektromagnetische Betätigung von Pilot- und Hauptventil erfolgt vorzugsweise über denselben Elektromagneten, wobei die elektromagnetische Kraft zugleich auf das Pilot- und das Hauptventil wirkt. Der Elektromagnet öffnet zunächst das Pilotventil und anschließend das Hauptventil, wenn die verminderte Druckdifferenz dies erlaubt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich nun in wesentlicher Weise dadurch aus, dass zur Aufnahme des Betriebs der Brennkraftmaschine mit Gaskraftstoff, beziehungsweise bei einer Umschaltung von der Betriebsart mit Flüssigkraftstoff zu einer Betriebsart mit Gaskraftstoff bei einer bivalent (oder monovalen-plus) betreibbaren Brennkraftmaschine, gesteuert durch die elektronische Steuereinrichtung, das Pilotventil des Hochdruckabsperrventils in zeitlicher Reihenfolge vor dem wenigstens einen Gaseinblasventil geöffnet wird.
In entsprechender Weise ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die elektronische Steuereinrichtung eingerichtet, den Betrieb der Brennkraftmaschinenanordnung so zu steuern, dass zur Aufnahme des Betriebs der Brennkraftmaschine mit Gaskraftstoff, beziehungsweise bei einer Umschaltung von der Betriebsart mit Flüssigkraftstoff zu einer Betriebsart mit Gaskraftstoff bei einer bivalent (oder monovalent-plus) betreibbaren Brennkraftmaschine, das Pilotventil des Hochdruckabsperrventils in zeitlicher Reihenfolge vor dem wenigstens einen Gaseinblasventil geöffnet wird.
Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise durch Öffnen des Pilotventils des Hochdrucksperrventils bei dem noch geschlossenen wenigstens einen Gaseinblasventil (und ebenso noch geschlossenem Hauptventil des Hochdruckabsperrventils) eine Erhöung des Gasdrucks von Gaskraftstoff stromabwärts des Hochdruckabsperrventils erreicht werden, so dass eine Gasdruckdifferenz über dem Hochdruckabsperrventil ausgeglichen oder zumindest eine wählbare Gasdruckdifferenz unterschritten werden kann. Das heißt, in der fluidleitenden Verbindung zwischen dem Hochdruckabsperrventil und der Hochdruckkammer des Druckminderers kann auch bei vergleichsweise hoher Druckdifferenz über dem Hochabdruckabsperrventil und/oder bei niedrigem Gasdruck im Gastank lediglich durch Öffnen des Pilotventils bei einem noch geschlossenen wenigstens einen Gaseinblasventil eine Gasdruckerhöhung stromabwärts des Hochabsperrventils erfolgen.
Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren stets sichergestellt werden, dass das Hauptventil des Hochdruckabsperrventils beispielsweise durch elektromagnetische Betätigung geöffnet werden kann, und dass ein mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanordnung ausgestattetes Kraftfahrzeug bei Aufnahme der Betriebsart mit Gaskraftstoff, insbesondere beim Umschalten von der Betriebsart mit Flüssigkraftstoff zu der Betriebsart mit Gaskraftstoff, Gas annimmt.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels der in geeigneter Weise ausgebildeten, elektronischen Steuereinrichtung das wenigstens eine Gaseinblasventil zeitlich nach dem Pilotventil des Hochdruckabsperrventils geöffnet, und zwar derart, dass ein Druckausgleich zwischen dem eingangs- und ausgangsseitig des Hochdruckabsperrventils anliegenden Gasdruck von Gaskraftstoff beziehungsweise ein Unterschreiten einer wählbaren Gasdruckdifferenz zwischen dem eingangs- und ausgangsseitig des Hochdrucksperrventils anliegenden Gasdruck von Gaskraftstoff ermöglicht ist.
Die Zeitspanne nach der das wenigstens eine Gaseinblasventil nach dem Pilotventil des Hochdrucksperrventils geöffnet wird, hängt von einer jeweiligen Auslegung, insbesondere von dem Volumen des Niederdrucksystems ab.
Dabei ist es beispielsweise möglich, dass bei Aufnahme der Betriebsart mit Gaskraftstoff, insbesondere beim Umschalten von der Betriebsart mit Flüssigkraftstoff zu der Betriebsart mit Gaskraftstoff, eine konstante Zeitspanne in der elektronischen Steuereinrichtung voreingestellt wird, nach deren Ablauf das wenigstens eine Gaseinblasventil in zeitlicher Reihenfolge nach dem Pilotventil des Hochdruckabsperrventils geöffnet wird. Gleichermaßen ist es möglich, dass in dem erfindungsgemäßen Verfahren das wenigstens eine Gaseinblasventil in zeitlicher Reihenfolge nach dem Pilotventil des Hochdruckabsperrventils geöffnet wird, wenn ein Druckausgleich zwischen dem eingangsseitig und dem ausgangsseitig des Hochdruckabsperrventils anliegenden Gasdruck von Gaskraftstoff erfolgt ist beziehungsweise eine wählbare Gasdruckdifferenz unterschritten worden ist.
Zu diesem Zweck können in der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanordnung stromaufwärts des Hochdruckabsperrventils und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils jeweilige mit der elektronischen Steuereinrichtung verbundene Gasdrucksensoren vorgesehen sein, welche den Gasdruck von Gaskraftstoff stromaufwärts und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils erfassen. Mittels der elektronischen Steuereinrichtung kann eine Gasdruckdifferenz zwischen dem eingangs- und ausgangsseitig des Hochdruckabsperrventils anliegenden Gasdruck von Gaskraftstoff ermittelt werden, so dass eine Öffnung des Pilotventils des Hochdruckabsperrventils und des wenigstens einen Gaseinblasventils mittels der elektronischen Steuereinrichtung in der zeitlichen Abfolge gesteuert werden kann, wenn sich die Druckverhältnisse stromaufwärts und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils in der oben dargestellten Weise eingestellt haben.
Zum Betrieb der Brennkraftmaschinenanordnung mit Gaskraftstoff kann beispielsweise Compressed Natural Gas (CNG) eingesetzt werden. Zum Betrieb der Brennkraftmaschinenanordnung bei einer bivalent (oder monovalent-plus) mit Flüssigkraftstoff und Gaskraft betreibbaren Brennkraftmaschine, bei welcher die Brennkraftmaschinenanordnung sowohl mit einer Flüssigkraftstofftankanlage als auch mit einer Gaskraftstofftankanlage, sowie jeweiligen Zufuhr- und Zumesseinrichtungen zum Zuführen und Zumessen der jeweiligen Kraftstoffarten zur Brennkraftmaschine ausgerüstet ist, so dass bei Bedarf mittels einer elektronischen Steuereinrichtung automatisch oder manuell auf den Betrieb mit einer der beiden Kraftstoffarten umgeschaltet werden kann, kann als Gaskraftstoff beispielsweise Compressed Natural Gas (CNG) und als Flüssigkraftstoff beispielsweise Benzin eingesetzt werden.
In der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanordnung kann stromabwärts des Druckminderers in dessen Niederdrucksystem eine Ölabscheidevorrichtung (Ölseparator) zum Abscheiden von flüssigen oder gasförmigen Ölbestandteilen im Gaskraftstoff angeordnet sein. In diesem Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhafter Weise angewendet werden, da das fluidleitende Volumen im Niederdrucksystem des Hochdrucksperrventils deutlich erhöht ist.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf ein Kraftfahrzeug, das mit einer wie oben beschriebenen Brennkraftmaschinenanordnung ausgestattet ist.
Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf eine elektronische Steuereinrichtung für eine wie oben beschriebene erfindungsgemäße Brennkraftmaschinenanordnung, welche geeignet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschinenanordnung so zu steuern, dass ein wie oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird.
Des Weiteren erstreckt sich die Erfindung auf einen maschinenlesbaren Programmcode für eine wie oben beschriebene erfindungsgemäße, zur Datenverarbeitung geeignete, elektronische Steuereinrichtung, welcher Steuerbefehle enthält, die die erfindungsgemäße Steuereinrichtung zur Durchführung eines wie oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen.
Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf ein Speichermedium mit einem darauf gespeicherten, wie oben beschriebenen, erfindungsgemäßen maschinenlesbaren Programmcode.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen wird. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanordnung.
Demnach umfasst ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanordnung, welche vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, ein insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnetes, hier lediglich in schematischer Weise dargestelltes und an sich bekanntes Hochdruckabsperrventil, welches eingangsseitig über eine Gaskraftstoffleitung 3 fluidleitend mit einem Gaskraftstoffbehälter 2 verbunden ist. Der Gaskraftstoffbehälter 2 ist in gewöhnlicher Weise mit einem Absperrventil 4 versehen, von welchem die mit dem Hochdruckabsperrventil eingangsseitig verbundene Gaskraftstoffleitung 3 abzweigt.
Das Hochdruckabsperrventil 1, welches einen Ventilkörper 23 und ein diesem aufgesetztes Ventilgehäuseabschnitt 24 umfasst, ist in Form eines Hauptventils mit einem integrierten Pilotventil ausgebildet. Zu diesem Zweck formt der Ventilkörper 23 in einer Aussparung 57 einen Hauptventilsitz 15. In die Aussparung 57 mündet ein Strömungskanal 22, wobei die Mündung des Strömungskanals 22 von dem Hauptventilsitz 15 umgeben ist.
Ein bewegbares Hauptventilelement 17 sitzt in der Aussparung 57, federdruckbeaufschlagt durch die Spiralfeder 19, dem Hauptventilsitz 15 fluiddicht auf, wodurch die Schließstellung des Hochdruckabsperrventils 1 definiert ist. Das Hauptventilelement 17 kann entgegen der Federkraft der Spiralfeder 19 elektromagnetisch von dem Hauptventildichtsitz 15 abgehoben werden, wodurch die Mündung des Strömungskanals 22 frei gegeben wird. Eingangsseitig ist das Hochdruckabsperrventil 1 über einen Strömungskanal 20 an die mit dem Gaskraftstoffbehälter 2 verbundene Gaskraftstoffleitung 3 angeschlossen. Der Strömungskanal 20 ist andererseits an den Strömungskanal 22 angeschlossen, wobei eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Strömungskanal 20 und dem Strömungskanal 22 frei gegeben wird, wenn das Hauptventilelement 17 von seinem Hauptventildichtsitz 15 abgehoben ist. Dem Fachmann ist Aufbau und Funktion eines elektromagenetischen Betätigungsmechanismus zum Abheben des Hauptventilelements 17 von seinem Hauptventildichtsitz 15 bekannt, so dass sich eine zeichnerische Darstellung und nähere Erläuterung erübrigt.
An seinem dem Hauptventildichtsitz abgewandten Ende mündet der Strömungskanal 22 in einem Ausgang des Hochdruckabsperrventils 1, so dass bei von seinem Hauptventildichtsitz 15 abgehobenen Hauptventilelement 17 Eingang und Ausgang des Hochdruckabsperrventils 1 fluidleitend miteinander verbunden sind und das Hochdruckabsperrventil 1 in seiner Öffnungsstellung ist. Die vom Hauptventildichtsitz 17 umgebene Querschnittsfläche des Strömungskanals 22 bestimmt hierbei die Öffnungsfläche, das heißt, die dem Gasstrom am Hauptventildichtsitz effektiv zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des Hauptventils.
Zur Formung des Pilotventils ist im Hauptventilelement 17 eine in eine Aussparung 26 des Hauptventilelements 17 mündende Durchgangsbohrung 25 geformt, welche in den Strömungskanal 22 mündet. Die Durchgangsbohrung 25 kann durch ein elektromagnetisch bewegbares Pilotventilelement 18 verschlossen oder frei gegeben werden. Dem Fachmann ist Aufbau und Funktion eines solchen elektromagenetischen Betätigungsmechanismus zum Bewegen des Pilotventilelements 18 bekannt, so dass sich eine zeichnerische Darstellung und nähere Erläuterung erübrigt.
Die Durchgangsbohrung 25 im Pilotventilelement 18 ist über eine seitliche Bohrung 21 im Pilotventilelement 18 an den Strömungskanal 20 strömungstechnisch angeschlossen. Wird das Pilotventilelement 18 elektromagnetisch so weit aus der Durchgangsbohrung 25 herausgezogen, dass die seitliche Bohrung 21 frei gegeben wird, so wird eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Strömungskanal 20 und dem Strömungskanal 22 geschaffen. Die Querschnittsfläche der Durchgangsbohrung 25 in ihrer Mündung in die Aussparung 26 bestimmt hierbei die Öffnungsfläche, das heißt, die dem Gasstrom am Pilotventildichtsitz effektiv zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des Pilotventils.
Da die Öffnungsfläche des Hauptventils wesentlich größer ist als die Öffnungsfläche des Pilotventils kann über das offene Hauptventil ein entsprechend größerer Gasmassenstrom transport werden als über das offene Pilotventil. Gleichermaßen ist zur Öffnung des Pilotventils entsprechend weniger Kraft erforderlich als zur Öffnung des Hauptventils.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das dargestellte und erläuterte Hochdruckabsperrventil 1 nicht auf die gezeigte Ausführung eingeschränkt ist, sondern durch ein anderes Hochdruckabsperrventil ersetzt werden kann, welches ein Hauptventil mit größerer Öffnungsfläche und ein Steuerventil mit kleinerer Öffnungsfläche umfasst.
Ausgangsseitig des Hochdruckabsperrventils 1 ist der Strömungskanal 22 an eine Gaskraftstoffleitung 5 angeschlossen, welche ihrerseits mit dem hochdruckseitigen Eingang eines insgesamt mit der Bezugszahl 6 bezeichneten Druckminderers fluidleitend verbunden ist.
Der in 1 lediglich schematisch dargestellte und an sich bekannte, mehrstufige Druckminderer 6 weist drei über jeweilige Membran-Druckregelventile miteinander verbundene Druckkammern auf, nämlich eine eingangsseitige Hochdruckkammer 27, eine ausgangsseitige Niederdruckkammer 29 und eine zwischen diesen angeordnete Zwischendruckdruckkammer 28, in welchen geregelt durch die Memb ran-Druckregelventile ein hoher, ein niedriger, sowie ein zwischenliegender Gasdruck eingestellt werden kann.
Eingangsseitig ist der Druckminderer 6 mit seiner Hochdruckkammer 27 an die mit dem Ausgang des Hochdruckabsperrventils 1 fluidleitend verbundene Gaskraftstoffleitung 5 angeschlossen, wodurch Gaskraftstoff der Hochdruckkammer 27 zugeführt werden kann. Die Hochdruckkammer 27 und die Zwischendruckkammer 28 sind über ein an sich bekanntes Membran-Druckregelventil miteinander verbunden, welches eine durch den Gasdruck beaufschlagbare Membran 30, welche eine den beiden Kammern gemeinsame Wandung darstellt, sowie einen mit der Membran 30 verbundenen Ventilkegel 31 umfasst. Der Ventilkegel 31 wird durch die Federkraft einer Feder 32 auf die Öffnung eines die Hochdruckkammer 27 mit der Zwischendruckkammer 28 fluidleitend verbindenden Strömungskanals 33 gedrückt, taucht in diesen ein und verschließt den Strömungskanal 33 fluiddicht. Bei einem wählbaren Gasdruck in der Hochdruckkammer 27 wird die Membran 30 zur Zwischendruckkammer 28 hin gewölbt, wodurch der Ventilkegel 31 aus dem Strömungskanal 33 gezogen wird, die Öffnung des Strömungskanals 33 frei gibt und somit eine fluidleitende Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 27 und der Zwischendruckkammer 28 ermöglicht. Aufgrund der Drosselungswirkung des Strömungskanals 33 wird der in der Hochdruckkammer 27 herrschende hohe Gasdruck zu einem niedrigeren Gasdruck in der Zwischenkammer 28 vermindert. Gleichermaßen ist die Zwischendruckkammer 28 über ein entsprechend aufgebautes Membran-Druckregelventil mit einer Membran 34, Ventilkegel 35, Feder 37, sowie Strömungskanal 36 mit der Niederdruckkammer 29 verbunden, wobei eine weitere Druckminderung des Gasdrucks relativ zum Gasdruck in der Zwischendruckkammer erfolgt.
Der in 1 dargestellte Druckminderer ist lediglich al Beispiel dargestellt und erläutert und kann durch einen anderen, dem Fachmann bekannten Druckminderer, durch welchen der Gasdruck des Gaskraftstoff vermindert werden kann, ersetzt werden. Insbesondere kann ein solcher Druckminderer eine geringere oder größere Anzahl von Druckstufen als der in 1 dargestellte Druckminderer aufweisen.
Ausgangsseitig des Druckminderers 6 ist die Niederdruckkammer 29 an eine Gaskraftstoffleitung 7 angeschlossen, die mit dem Eingang eines insgesamt mit der Bezugszahl 8 bezeichneten und in 1 lediglich schematisch dargestellten Ölabscheiders fluidleitend verbunden ist.
Der durch die Gaskraftstoffleitung 7 in den Ölabscheider 8 gespeiste Gaskraftstoff tritt zunächst in eine von einem Gehäuseabschnitt 43 geformten Hohlraum 38 ein, wird um ca. 90° entgegen der Schwerkraft umgelenkt und tritt durch eine Öffnung 39 aus dem Hohlraum 38 wieder aus.
Durch das Umlenken des Gasstroms im Hohlraum 38 können flüssige Ölbestandteile im Gaskraftstoff aufgrund der einwirkenden Schwerkraft separiert werden, welche durch im Gehäuseabschnitt 43 geformte Öffnungen 42 in ein am Gehäuseabschnitt 43 befestigtes erstes Ölreservoir 45 abströmen können. Im Hohlraum 44 des ersten Ölreservoirs 45 sammelt sich das Öl als Öllache 46 in einer am tiefsten gelegenen Stelle, beispielsweise am Boden, des Ölreservoirs 45.
Der aus dem Hohlraum 38 des Gehäuseabschnitts 43 austretende Gasstrom gelangt in einen am Gehäuseabschnitt 43 befestigten Filterabschnitt 52, in welchem beispielsweise Vliesmembranen enthaltende Filtereinheiten 41 aufgenommen sind, die verschiedene Hohlräume voneinander abgrenzen. So grenzen die Filtereinheiten 41 einen Hohlraum 40 und einen Hohlraum 53, sowie den Hohlraum 53 von dem Hohlraum 54 voneinander ab. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Hohlräume 40 und 54 aufgrund der Rotationssymmetrie des Abscheideelements identisch. Wie als Beispiel dargestellt ist, strömt der in den Hohlraum 40 einströmende Gaskraftstoff durch eine Filtereinheit 41 in den Hohlraum 53, wobei durch die Filtereinheit 41 im Gaskraftstoff beispielsweise in Aerosol-Form verbliebene Ölbestandteile abgefiltert werden können. Das abgefilterte Öl wird anschließend über eine den Hohlraum 53 mit einem zweiten Ölreservoir 48 fluidleitend verbindende Verbindungsleitung 47 in den von dem Ölreservoir 48 geformten Hohlraum 49 geleitet und sammelt sich als Öllache 50 an einer tiefsten Stelle, beispielsweise dem Boden des zweiten Ölreservoirs 48.
Der Gaskraftstoff wird über einen in den Hohlraum 53 eintretenden Strömungskanal 51 von dem Hohlraum 53 aus dem Ölabscheider 8 geleitet.
Der in 1 dargestellte Ölabscheider ist lediglich als Beispiel dargestellt und erläutert und kann durch einen anderen, dem Fachmann bekannten Ölabscheider zum Abscheiden von flüssigen bis aersolartigen Ölbestandteilen aus einem Gaskraftstoffstrom ersetzt werden.
Ausgangsseitig ist der Ölabscheider 8, genauer dessen Strömungskanal 51, an eine Gaskraftstoffleitung 9 angeschlossen, welche in eine Gaskraftstoffschiene 10 (allgemein als "Rail" bezeichnet) mündet. Am Ende der Gaskraftstoffschiene 10 sind vier steuerbare Gasinjektoren 11 (Gaseinblasventile) angeordnet, durch welche Gaskraftstoff in einen in 1 nicht dargestellten Ansaugtrakt einer in 1 nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingeblasen werden kann. Derartige Gasinjektoren 11, welche beispielsweise elekromagnetisch steuerbar sind, sind an sich bekannt und müssen deshalb hier nicht näher erläutert werden. Die Anzahl der Gasinjektoren hängt von der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine ab, und es sei lediglich der Vollständigkeit halber angemerkt, dass die Anzahl der Gasinjektoren nicht auf die Zahl 4 eingeschränkt ist, sondern von der speziellen Auslegung der Brennkraftmaschine abhängt.
Weiterhin ist ein Steuergerät 12 vorgesehen, bei welchem es sich um ein der Motorsteuerung dienendes, so genanntes Motorsteuergerät (ECU = Electronic Control Unit) handeln kann. Das Steuergerät 12 ist mittels einer Datenleitung 13 mit dem Hochdruckabsperrventil 1 und mittels einer sich verzweigenden Steuerleitung 14 mit jedem der Gasinjektoren 11 elektrisch leitend verbunden, so dass Steuerströme zwischen dem Steuergerät 12 und dem Hochdruckabsperrventil 1 einerseits, sowie zwischen dem Steuergerät 12 und jedem der Gasinjektoren 11 andererseits ausgetauscht werden können. Die Daten- und Steuerleitungen 13, 14 können Teil des so genannten CAN-Bus, einem zentralen Datenbus in einem Kraftfahrzeug sein, so dass die Datensignale im CAN-Bus-Format ausgetauscht werden können. Das Steuergerät 12 dient der Steuerung des Hochdruckabsperrventils 1 und bestimmt dessen Öffnungszeitpunkt und Öffnungsdauer. Weiterhin steuert das Steuergerät 12 einen jeden der Gasinjektoren 11 und bestimmt deren Öffnungszeitpunkte und Öffnungsdauern.
In dem Ausführungsbeispiel von 1 ist das Steuergerät 12 so ausgestaltet, dass zum Starten des Betriebs der Brennkraftmaschinenanordnung mit Gaskraftstoff, beziehungsweise zum Umschalten von der Betriebsart Flüssigkraftstoff auf die Betriebsart Gaskraftstoff bei einer bivalent (oder monovalent-plus) betreibbaren Brennkraftmaschine, das Pilotventil des Hochdruckabsperrventils 1 zeitlich vor den Gasinjektoren 11 geöffnet wird, so dass, noch bevor Gaskraftstoff die Gasinjektoren 11 passieren kann, die Hochdruckkammer 27 des Druckminderers 6 mit Gaskraftstoff gefüllt wird und ein Druckdifferenzausgleich des Gasdrucks von Gaskraftstoff stromaufwärts und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils 1 erfolgen kann. Ebenso ist es möglich, dass das Pilotventil des Hochdruckabsperrventils 1 zeitlich vor den Gasinjektoren 11 geöffnet wird, bis eine Druckdifferenz des Gasdrucks von Gaskraftstoff stromaufwärts und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils 1 unterhalb eines wählbaren Schwellwerts für die Druckdifferenz fällt. Hierbei kann das Steuergerät 12 so eingerichtet sein, dass die Gasinjektoren 11 nach Ablauf einer wählbaren Zeitdauer nach dem Öffnen des Pilotventils des Hochdruckabsperrventils 1 geöffnet werden. Gleichermaßen kann das Steuergerät 12 so eingerichtet sein, dass die Gasinjektoren 11 nach dem Öffnen des Pilotventils des Hochdruckabsperrventils 1 geöffnet werden, wenn ein Druckausgleich des Gasdrucks von Gaskraftstoff stromaufwärts und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils 1 erfolgt ist beziehungsweise eine Druckdifferenz des Gasdrucks von Gaskraftstoff stromaufwärts und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils 1 unterhalb eines wählbaren Schwellwerts für die Druckdifferenz gefallen ist. Um die Druckdifferenz des Gasdrucks von Gaskraftstoff stromaufwärts und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils 1 zu erfassen, ist in der Gaskraftstoffleitung 3 stromaufwärts des Hochdruckabsperrventils 1 und in der Gaskraftstoffleitung 5 stromabwärts des Hochdruckabsperrventils 1 jeweils ein Drucksensor 55, 56 angeordnet, durch welchen der Gasdruck von Gaskraftstoff in den zugehörigen Gaskraftstoffleitungen 3, 5 erfasst werden kann. Die Drucksensoren 55, 57 sind über Datenleitungen 58, 59 mit dem Steuergerät 12 datentechnisch verbunden, so dass die erfassten Gasdruckwerte dem Steuergerät 12 zugeführt werden können. Das Steuergerät 12 ermittelt hieraus eine Druckdifferenz des Gasdrucks von Gaskraftstoff stromaufwärts und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils 1 und steuert das Pilotventil des Hochdruckabsperrventils 1 und die Gasinjektoren 11 in entsprechender Weise, wie oben dargestellt, an.

1: Hochdruckabsperrventil
2: Gaskraftstoffbehälter
3: Gaskraftstoffleitung
4: Absperrventil
5: Gaskraftstoffleitung
6: Druckminderer
7: Gaskraftstoffleitung
8: Ölabscheider
9: Gaskraftstoffleitung
10: Gaskraftstoffschiene
11: Gasinjektor
12: Steuergerät
13: Datenleitung
14: Steuerleitung
15: Hauptventilsitz
16: Pilotventilsitz
17: Hauptventilelement
18: Pilotventilelement
19: Spiralfeder
20: Strömungskanal
21: Bohrung
22: Strömungskanal
23: Ventilkörper
24: Ventilgehäuseabschnitt
25: Durchgangsbohrung
26: Aussparung
27: Hochdruckkammer
28: Zwischendruckkammer
29: Niederdruckkammer
30: Membran
31: Ventilkegel
32: Feder
33: Strömungskanal
34: Membran
35: Ventilkegel
36: Strömungskanal
37: Feder
38: Hohlraum
39: Öffnung
40: Hohlraum
41: Filtereinheit
42: Öffnung
43: Gehäuseabschnitt
44: Hohlraum
45: erstes Ölreservoir
46: Öllache
47: Verbindungsleitung
48: zweites Ölreservoir
49: Hohlraum
50: Öllache
51: Strömungskanal
52: Filterabschnitt
53: Hohlraum
54: Hohlraum
55: Drucksensor
56: Drucksensor
57: Aussparung
58: Datenleitung
59: Datenleitung

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschinenanordnung, welche – eine mit Gastkraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine, – einen Druckminderer (6) zur Minderung des Gasdrucks des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs, wobei der Druckminderer hochdruckseitig über eine Gaskraftstoffleitung (3, 5) mit wenigstens einem Gastank (2) zum Speichern von Gaskraftstoff fluidleitend verbunden ist, und wobei der Druckminderer niederdruckseitig durch eine Gaskraftstoffleitung (7, 9) mit wenigstens einem steuerbaren Gaseinblasventil (11) zur Regelung des Gasstroms des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs fluidleitend verbunden ist, – ein hochdruckseitig des Druckminderers (6) angeordnetes, mit dem Druckminderer fluidleitend verbundenes, steuerbares Hochdruckabsperrventil (1) zum Sperren des Gasstroms des dem Druckminderer vom Gastank zugeführten Gaskraftstoffs, wobei das Hochdruckabsperrventil ein Pilotventil (16, 18) mit kleinerer Öffnungsquerschnittsfläche und eine Hauptventil (15, 17) mit größerer Öffnungsquerschnittsfläche umfasst, sowie – eine elektronische Steuereinrichtung (12), die wenigstens der Steuerung des Hochdruckabsperrventils und des wenigstens einen Gaseinblasventils dient, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme des Betriebs der Brennkraftmaschine mit Gaskraftstoff, beziehungsweise bei einer Umschaltung von der Betriebsart mit Flüssigkraftstoff zu einer Betriebsart mit Gaskraftstoff bei einer bivalent betreibbaren Brennkraftmaschine, gesteuert durch die elektronische Steuerein richtung (12), das Pilotventil (16, 18) des Hochdruckabsperrventils (1) in zeitlicher Reihenfolge vor dem wenigstens einen Gaseinblasventil (11) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Gaseinblasventil gemäß wählbarer Zeitspannen in zeitlicher Reihenfolge nach dem Pilotventil des Hochdruckabsperrventils geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Gaseinblasventil in zeitlicher Reihenfolge nach dem Pilotventil des Hochdrucksperrventils geöffnet wird, wenn mittels Druckaufnehmer erfasst worden ist, dass eine Gasdruckdifferenz von Gaskraftstoff stromaufwärts des Hochdruckabsperrventils und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils ausgeglichen ist oder eine wählbare Gasdruckdifferenz unterschritten worden ist.
Verfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Brennkraftmaschinenanordnung eine mit Gaskraftstoff als erste Kraftstoffart und mit Flüssigkraftstoff als zweite Kraftstoffart betreibbare, bivalente Brennkraftmaschine umfasst.
Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, welche – eine mit Gastkraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine, – einen Druckminderer (6) zur Minderung des Gasdrucks des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs, wobei der Druckminderer hochdruckseitig über eine Gaskraftstoffleitung (3, 5) mit wenigstens einem Gastank (2) zum Speichern von Gaskraftstoff fluidleitend verbunden ist, und wobei der Druckminderer niederdruckseitig durch eine Gaskraftstoffleitung (7, 9) mit wenigstens einem steuerbaren Gaseinblasventil (11) zur Regelung des Gasstroms des der Brennkraftmaschine zugeführten Gaskraftstoffs fluidleitend verbunden ist, – ein hochdruckseitig des Druckminderers (6) angeordnetes, mit dem Druckminderer fluidleitend verbundenes, steuerbares Hochdruckabsperrventil (10) zum Sperren des Gasstroms des dem Druckminderer vom Gastank zugeführten Gaskraftstoffs, wobei das Hochdruckabsperrventil ein Pilotventil (16, 18) mit kleinerer Öffnungsquerschnittsfläche und eine Hauptventil (15, 17) mit größerer Öffnungsquerschnittsfläche umfasst, sowie – eine elektronische Steuereinrichtung (12), die wenigstens der Steuerung des Hochdruckabsperrventils und des wenigstens einen Gaseinblasventils dient, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (12) eingerichtet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschinenanordnung so zu steuern, dass zur Aufnahme des Betriebs der Brennkraftmaschine mit Gaskraftstoff, beziehungsweise bei einer Umschaltung von der Betriebsart mit Flüssigkraftstoff zu einer Betriebsart mit Gaskraftstoff bei einer bivalent betreibbaren Brennkraftmaschine, gesteuert durch die elektronische Steuereinrichtung (12), das Pilotventil (16, 18) des Hochdruckabsperrventils (1) in zeitlicher Reihenfolge vor dem wenigstens einen Gaseinblasventil (11) geöffnet wird.
Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung eingerichtet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschinenanordnung so zu steuern, dass das wenigstens eine Gaseinblasventil gemäß wählbarer Zeitspannen in zeitlicher Reihenfolge nach dem Pilotventil des Hochdruckabsperrventils geöffnet wird.
Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung eingerichtet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschinenanordnung so zu steuern, dass das wenigstens eine Gaseinblasventil in zeitlicher Reihenfolge nach dem Pilotventil des Hochdrucksperrventils geöffnet wird, wenn mittels Druckaufnehmer erfasst worden ist, dass eine Gasdruckdifferenz von Gaskraftstoff stromaufwärts des Hochdruckabsperrventils und stromabwärts des Hochdruckabsperrventils ausgeglichen ist oder eine wählbare Gasdruckdifferenz unterschritten worden ist.
Brennkraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskraftstoff Compressed Natural Gas (CNG) ist.
Brennkraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Niederdruckzweig (7, 9, 10) des Druckminderers eine Ölabscheidevorrichtung (8) zum Abscheiden von flüssigen oder gasförmigen Ölbestandteilen im Gaskraftstoff angeordnet ist.
Brennkraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Hochdrucksperrventils und stromabwärts des Hochdrucksperrventils jeweils Druckaufnehmer (55, 56) zur Aufnahme des Gasdrucks von Gaskraftstoff stromaufwärts und stromabwärts des Hochdrucksperrventils angeordnet sind.
Brennkraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, welche eine mit Gaskraftstoff als erste Kraftstoffart und mit Flüssigkraftstoff als zweite Kraftstoffart betreibbare Brennkraftmaschine umfasst.
Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung geeignet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschinenanordnung so zu steuern, dass beim Umschalten des Betriebs der Brennkraftmaschine von einem Betrieb mit der zweiten Kraftstoffart zu einem Betrieb mit der ersten Kraftstoffart das Pilotventil des Hochdruckabsperrventils in zeitlicher Reihenfolge vor dem wenigstens einen Gaseinblasventil geöffnet wird.
Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraftstoffart Compressed Natural Gas (CNG) und die zweite Kraftstoffart Benzin ist.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 13.
Elektronische Steuereinrichtung (12) für eine Brennkraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung geeignet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschinenanordnung so zu steuern, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchgeführt wird.
Programmcode für eine zur Datenverarbeitung geeignete elektronische Steuereinrichtung (12) gemäß Anspruch 15, welcher Steuerbefehle enthält, die die Steuereinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 veranlassen.
Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Programmcode gemäß Anspruch 16.