DE102009049687A1 - Gas container arrangement for natural-gas engine of natural-gas vehicle, has controller temporarily controlling valve devices such that gas containers are connected with each other and gas flows between containers for pressure compensation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor mit mehreren Gasbehältern und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Gasbehälteranordnung.The invention relates to a gas container arrangement for a gas engine with a plurality of gas containers and a method for operating such a gas container arrangement.
Mit Erdgas betriebene Fahrzeuge weisen häufig mehrere Gasbehälter auf, um ein möglichst großes Gasvolumen zur Verfügung stellen zu können. Je nach Größe und Verteilung des verfügbaren Bauraums können diese Gasbehälter auch unterschiedliche Volumina besitzen.Natural gas powered vehicles often have multiple gas tanks to provide as large a volume of gas as possible. Depending on the size and distribution of the available installation space, these gas containers may also have different volumes.
Eine herkömmliche Gasbehälteranordnung, wie sie für Erdgasfahrzeuge verwendet werden kann, weist zum Beispiel mehrere Gasbehälter, denen jeweils ein Sicherheitsventil zugeordnet ist, welches ein Absperrventil und einen Durchflussbegrenzer umfasst, eine gemeinsame Gasleitung, die einerseits mit den mehreren Gasbehältern bzw. diesen vorgeschalteten Sicherheitsventilen und andererseits mit einem Einfüllstutzen und mit dem Erdgasmotor verbunden ist; und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Sicherheitsventile der mehreren Gasbehälter auf.A conventional gas container arrangement, as can be used for natural gas vehicles, for example, has a plurality of gas tank, each associated with a safety valve, which includes a shut-off valve and a flow restrictor, a common gas line, on the one hand with the plurality of gas tanks or safety valves upstream and on the other connected to a filler neck and to the natural gas engine; and a control device for driving the safety valves of the plurality of gas containers.
Bei Gasbehältern mit im Wesentlichen gleichen Volumina und symmetrischen, d. h. etwa gleich langen und gleichartig verlaufenden Gasleitungen zu den Behältern füllen sich diese in etwa gleich schnell mit Erdgas und bauen dabei auch in etwa den gleichen Druck auf.For gas containers of substantially equal volumes and symmetrical, d. H. about the same length and similar running gas lines to the containers, these fill with natural gas at about the same speed and thereby build up in about the same pressure.
Im Fall von Gasbehältern mit unterschiedlichen Volumina und/oder unterschiedlich langen/unterschiedlich geführten Gasleitungen zu den Behältern besteht jedoch das Problem, dass diese bei einem Betankungsvorgang unterschiedlich schnell mit dem hoch verdichteten Gas befüllt werden, was zu unterschiedlichen Druckniveaus führen kann. Eine solche Druckdifferenz kann insbesondere bei einer Teilbetankung zum Ansprechen des Durchflussbegrenzers innerhalb des Sicherheitsventils speziell bei den Gasbehältern mit dem höheren Druck führen. Aber auch Druckdifferenzen, die andere Ursachen haben, können zum Ansprechen des Durchflussbegrenzers führen.In the case of gas containers with different volumes and / or different length / differently guided gas lines to the containers, however, there is the problem that they are filled at a refueling process at different speeds with the highly compressed gas, which can lead to different pressure levels. Such a pressure difference can lead, in particular in the case of partial refueling, to the response of the flow restrictor within the safety valve, especially in the gas containers with the higher pressure. But also pressure differences, which have other causes, can lead to the response of the flow restrictor.
Als Folge davon steht dem Erdgasmotor nicht die maximal mögliche Gasmenge zum Betrieb zur Verfügung. Des Weiteren erzeugt ein Druckausgleich zwischen den Gasbehältern nach dem Betriebsstart des Fahrzeugs Überströmgeräusche, die von den Fahrzeuginsassen als unangenehm bzw. irritierend empfunden werden.As a result, the natural gas engine does not have the maximum possible amount of gas available for operation. Furthermore, a pressure equalization between the gas containers after the start of operation of the vehicle generates overflow noise, which is perceived by the vehicle occupants as unpleasant or irritating.
Um diese Probleme zu vermeiden, könnten die einzelnen Gasbehälter grundsätzlich nacheinander befüllt werden. Hierzu wäre allerdings ein aufwändiges Rohrleitungs- und Ventilsystem erforderlich. Außerdem werden die obigen Probleme häufig vermieden oder zumindest minimiert, wenn alle Gasbehälter im Wesentlichen die gleichen Volumina aufweisen und die Rohrleitungen zum Betanken im Wesentlichen gleichmäßig den mehreren Gasbehältern zugeordnet sind.In order to avoid these problems, the individual gas containers could in principle be filled one after the other. However, this would require a complex piping and valve system. In addition, the above problems are often avoided or at least minimized when all gas tanks have substantially the same volumes and the refueling pipes are substantially evenly associated with the plurality of gas tanks.
Es besteht jedoch Bedarf an Gasbehälteranordnungen für Gasmotoren, die mehrere Gasbehälter mit unterschiedlichen Volumina und ggf. auch unterschiedlich langen und/oder angeordneten Rohrleitungen umfassen. Speziell im Fall von Erdgasfahrzeugen wird einerseits eine große Reichweite gewünscht und steht andererseits im Allgemeinen nur ein begrenzter Raum zum Einbau der Gasbehälter zur Verfügung, sodass es häufig von Vorteil ist, mehrere Gasbehälter unterschiedlicher Größen an verschiedenen Stellen im Fahrzeug unterzubringen.However, there is a need for gas container arrangements for gas engines, which comprise a plurality of gas containers with different volumes and possibly also different lengths and / or arranged pipelines. Especially in the case of natural gas vehicles on the one hand a long range is desired and on the other hand is generally only a limited space for installation of gas containers available, so it is often advantageous to accommodate several gas containers of different sizes at different locations in the vehicle.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor zu schaffen, die ein möglichst vollständiges Betanken mehrerer Gasbehälter mit einem hoch verdichteten Gas ermöglichen und/oder störende Überströmgeräusche während des Betriebs des Gasmotors vermeiden.It is therefore an object of the present invention to provide an improved gas container assembly for a gas engine and an improved method of operating a gas container assembly for a gas engine, which allow as complete refueling of multiple gas containers with a highly compressed gas and / or disturbing Überströmgeräusche during operation of the Avoid gas engine.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Gasbehälteranordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 4.According to a first aspect of the invention, this object is achieved by a gas container arrangement for a gas engine with the features of claim 1. Advantageous developments and refinements of this gas container arrangement are the subject of the dependent claims 2 to 4.
Die Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor weist mehrere Gasbehältern, wobei jedem der mehreren Gasbehälter jeweils wenigstens eine Ventilvorrichtung zugeordnet ist; eine gemeinsamen Gasleitung, die einerseits mit den mehreren Gasbehältern und andererseits mit einem Befüllstutzen und mit dem Gasmotor verbunden ist; und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Ventilvorrichtungen der mehreren Gasbehälter auf. Erfindungsgemäß ist die Gasbehälteranordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, um die Ventilvorrichtungen der mehreren Gasbehälter zumindest zeitweise derart anzusteuern, dass ein erster Gasbehälter und ein zweiter Gasbehälter miteinander verbunden sind, sodass zwischen dem ersten und dem zweiten Gasbehälter Gas zum Druckausgleich strömen kann.The gas container assembly for a gas engine has a plurality of gas containers, wherein each of the plurality of gas containers is associated with at least one valve device; a common gas line, which is connected on the one hand with the plurality of gas containers and on the other hand with a filling nozzle and with the gas engine; and a control device for driving the valve devices of the plurality of gas containers. According to the gas container arrangement is characterized in that the control device is designed to at least temporarily control the valve devices of the plurality of gas containers such that a first gas container and a second gas container are connected to each other, so that gas can flow between the first and the second gas container for pressure equalization.
Da die Steuereinrichtung und die Ventilvorrichtungen der Gasbehälter derart ausgebildet sind, dass ein erster Gasbehälter und ein zweiter Gasbehälter bei Bedarf miteinander verbunden werden können, sodass zwischen dem ersten und dem zweiten Gasbehälter Gas zum Druckausgleich strömen kann, kann ein derartiger Druckausgleich grundsätzlich zu beliebigen Zeiten vorgenommen werden. Insbesondere ist der Druckausgleich nicht nur auf den Zeitraum des Betriebs des Gasmotors beschränkt und der Druckausgleich ist vollständig möglich. Auf diese Weise können auch den Benutzer störende Überströmgeräusche vermieden werden.Since the control device and the valve devices of the gas containers are designed such that a first gas container and a second gas container can be connected to one another as required so that gas can flow between the first and the second gas container for pressure equalization, Such pressure equalization can in principle be carried out at arbitrary times. In particular, the pressure compensation is not limited to the period of operation of the gas engine and the pressure compensation is completely possible. In this way, the user disturbing overflow noise can be avoided.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Ventilvorrichtungen der mehreren Gasbehälter dem jeweiligen Gasbehälter auf der Seite der gemeinsamen Gasleitung zugeordnet und weisen jeweils ein Absperrventil und einen Durchflussbegrenzer auf. Die Durchflussbegrenzer der Ventilvorrichtungen der mehreren Gasbehälter sind dabei deaktivierbar ausgebildet und die Steuereinrichtung ist so ausgebildet, dass sie die Durchflussbegrenzer der Ventilvorrichtungen der mehreren Gasbehälter zumindest zeitweise deaktivieren kann.In one embodiment of the invention, the valve devices of the plurality of gas containers are associated with the respective gas tank on the side of the common gas line and each have a shut-off valve and a flow restrictor. The flow restrictors of the valve devices of the plurality of gas containers are designed to be deactivated and the control device is designed so that it can deactivate the flow restrictors of the valve devices of the plurality of gas containers at least temporarily.
In diesem Fall können die Absperrventile der Ventilvorrichtungen der mehreren Gasbehälter vorzugsweise jeweils einen elektrischen Stellmechanismus aufweisen, der im stromlosen Zustand das jeweilige Absperrventil schließt; können die Durchflussbegrenzer der Ventilvorrichtungen der mehreren Gasbehälter vorzugsweise jeweils einen elektrischen Stellmechanismus aufweisen, der im stromlosen Zustand eine Rückschlagfunktion des jeweiligen Durchflussbegrenzers freigibt; und kann die Steuereinrichtung vorzugsweise so ausgebildet sein, dass sie die elektrischen Stellmechanismen der Absperrventile und der Durchflussbegrenzer der Ventilvorrichtungen der mehreren Gasbehälter zumindest zeitweise jeweils so ansteuern kann, dass die Absperrventile geöffnet und die Rückschlagfunktion der Durchflussbegrenzer deaktiviert werden.In this case, the shut-off valves of the valve devices of the plurality of gas containers may preferably each have an electric adjusting mechanism which closes the respective shut-off valve when de-energized; the flow restrictors of the valve devices of the plurality of gas containers can preferably each have an electrical adjusting mechanism which releases a non-return function of the respective flow restrictor in the de-energized state; and the control device may preferably be designed so that it can at least temporarily each control the electrical adjusting mechanisms of the shut-off valves and the flow restrictors of the valve devices of the plurality of gas containers so that the shut-off valves are opened and the non-return function of the flow restrictors are deactivated.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind ein erster Gasbehälter und ein zweiter Gasbehälter über eine Bypassleitung miteinander verbunden, in der wenigstens eine Bypass-Ventilvorrichtung angeordnet ist. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung so ausgebildet, dass sie die wenigstens eine Bypass-Ventilvorrichtung zumindest zeitweise öffnen kann.In another embodiment of the invention, a first gas container and a second gas container are connected to one another via a bypass line, in which at least one bypass valve device is arranged. In this case, the control device is designed so that it can open the at least one bypass valve device at least temporarily.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor mit den Merkmalen des Anspruches 5. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 6 und 7.According to a second aspect of the invention, the above-mentioned object is achieved by a method for operating a gas container arrangement for a gas engine with the features of claim 5. Advantageous developments and refinements of this method are the subject of the dependent claims 6 and 7.
Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor mit mehreren Gasbehältern, wobei jedem der mehreren Gasbehälter jeweils eine Ventilvorrichtung zugeordnet ist, und einer gemeinsamen Gasleitung, die einerseits mit den mehreren Gasbehältern und andererseits mit einem Befüllstutzen und mit dem Gasmotor verbunden ist, wird ein hoch verdichtetes Gas von mindestens einem Vorratstank gleichzeitig in die mehreren Gasbehälter gefördert. Während eines Betankungsvorganges der Gasbehälteranordnung werden die Ventilvorrichtungen eines ersten Gasbehälters und eines zweiten Gasbehälters zumindest zeitweise geöffnet, um den ersten und den zweiten Gasbehälter derart miteinander zu verbinden, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Gasbehälter Gas zum Druckausgleich strömen kann.In the method for operating a gas container assembly for a gas engine with a plurality of gas containers, wherein each of the plurality of gas containers is associated with a respective valve device, and a common gas line, which is connected on the one hand with the plurality of gas containers and on the other hand with a filling nozzle and with the gas engine, is a highly compressed gas from at least one storage tank simultaneously conveyed into the plurality of gas containers. During a refueling operation of the gas canister assembly, the valve devices of a first gas container and a second gas container are at least temporarily opened to interconnect the first and second gas containers such that gas can flow between the first and second gas containers for pressure equalization.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen die Gasbehälter erst beim Betriebsstart des Gasmotors durch das Öffnen der Ventilvorrichtungen eine gegenseitige Verbindung aufbauen, was dann zu den oben beschriebenen Überströmgeräuschen führen kann, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits während eines Betankungsvorganges ein erster Gasbehälter und ein zweiter Gasbehälter zumindest zeitweise derart miteinander verbunden, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Gasbehälter Gas zum Druckausgleich strömen kann. Auf diese Weise kann schon während des Betankungsvorganges ein Druckausgleich zwischen einem ersten und einem zweiten Gasbehälter (vorzugsweise zwischen allen vorhandenen Gasbehältern) stattfinden, was einerseits dazu führt, dass die Gasbehälter gleichmäßiger befüllt werden, und andererseits ein frühzeitiges Ansprechen einer Überströmsicherung durch höhere Drücke in einem Teil der Gasbehälter verhindert. Dies führt wiederum dazu, dass eine insgesamt größere Gasmenge (vorzugsweise die maximal mögliche Gasmenge) in die vorhandenen mehreren Gasbehälter gefüllt werden kann.In contrast to conventional systems, in which the gas containers establish a mutual connection only when the gas engine is started by opening the valve devices, which can then lead to the Überströmgeräuschen described above, in the inventive method already during a refueling operation, a first gas container and a second Gas container at least temporarily connected to each other such that between the first and the second gas tank gas can flow to equalize the pressure. In this way, even during the refueling process, a pressure equalization between a first and a second gas container (preferably between all existing gas containers) take place, which on the one hand leads to the gas containers are filled more evenly, and on the other hand early response of overflow by higher pressures in one Part of the gas tank prevented. This in turn means that an overall larger amount of gas (preferably the maximum possible amount of gas) can be filled in the existing multiple gas containers.
Dieses Betankungsverfahren der Erfindung ist insbesondere auch bei Gasbehälteranordnungen mit mehreren Gasbehältern unterschiedlicher Volumina und/oder asymmetrischen Gasleitungen in vorteilhafter Weise einsetzbar.This refueling method of the invention can also be used advantageously in gas container arrangements with a plurality of gas containers of different volumes and / or asymmetric gas lines.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kommuniziert die Gasbehälteranordnung vor dem Betankungsvorgang mit einer Betankungsvorrichtung Daten zum Bestimmen der in die mehreren Gasbehälter zu fördernden Gasmenge.In one embodiment of the invention, the gas container arrangement communicates with a refueling device prior to refueling operation to determine the amount of gas to be delivered into the plurality of gas containers.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Ventilvorrichtungen des ersten und des zweiten Gasbehälters zum Schluss des Betankungsvorganges so lange geöffnet, bis ein vollständiger Druckausgleich zwischen dem ersten und dem zweiten Gasbehälter erfolgt ist.In a further embodiment of the invention, the valve devices of the first and the second gas container are opened at the end of the refueling process until a complete pressure equalization has taken place between the first and the second gas container.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor mit den Merkmalen des Anspruches 8.According to a third aspect of the invention, the above-mentioned object is achieved by a method for operating a gas container arrangement for a gas engine with the features of claim 8.
Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor mit mehreren Gasbehältern, wobei jedem der mehreren Gasbehälter jeweils eine Ventilvorrichtung zugeordnet ist, und einer gemeinsamen Gasleitung, die einerseits mit den mehreren Gasbehältern und andererseits mit einem Befüllstutzen und mit dem Gasmotor verbunden ist, wird ein hoch verdichtetes Gas von mindestens einem Vorratstank gleichzeitig in die mehreren Gasbehälter gefördert. Während eines Startvorganges des Gasmotors werden die Ventilvorrichtungen eines ersten Gasbehälters und eines zweiten Gasbehälters zumindest zeitweise geöffnet, um den ersten und den zweiten Gasbehälter derart miteinander zu verbinden, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Gasbehälter Gas zum Druckausgleich strömen kann.In the method for operating a gas container assembly for a gas engine with a plurality of gas containers, wherein each of the plurality of gas containers is associated with a respective valve device, and a common gas line, which is connected on the one hand with the plurality of gas containers and on the other hand with a filling nozzle and with the gas engine, is a highly compressed gas from at least one storage tank simultaneously conveyed into the plurality of gas containers. During a starting operation of the gas engine, the valve devices of a first gas container and a second gas container are at least temporarily opened to connect the first and the second gas container with each other so that gas can flow between the first and the second gas container for pressure equalization.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor mit den Merkmalen des Anspruches 9.According to a fourth aspect of the invention, the above-mentioned object is achieved by a method for operating a gas container arrangement for a gas engine with the features of claim 9.
Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Gasbehälteranordnung für einen Gasmotor mit mehreren Gasbehältern, wobei jedem der mehreren Gasbehälter jeweils eine Ventilvorrichtung zugeordnet ist, und einer gemeinsamen Gasleitung, die einerseits mit den mehreren Gasbehältern und andererseits mit einem Befüllstutzen und mit dem Gasmotor verbunden ist, wird ein hoch verdichtetes Gas von mindestens einem Vorratstank gleichzeitig in die mehreren Gasbehälter gefördert. Während eines Betriebs des Gasmotors werden die Ventilvorrichtungen eines ersten Gasbehälters und eines zweiten Gasbehälters zumindest zeitweise geöffnet, um den ersten und den zweiten Gasbehälter derart miteinander zu verbinden, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Gasbehälter Gas zum Druckausgleich strömen kann.In the method for operating a gas container assembly for a gas engine with a plurality of gas containers, wherein each of the plurality of gas containers is associated with a respective valve device, and a common gas line, which is connected on the one hand with the plurality of gas containers and on the other hand with a filling nozzle and with the gas engine, is a highly compressed gas from at least one storage tank simultaneously conveyed into the plurality of gas containers. During operation of the gas engine, the valve devices of a first gas container and a second gas container are at least temporarily opened to connect the first and second gas containers together so that gas can flow between the first and second gas containers for pressure equalization.
Bei den oben beschriebenen Verfahren der Erfindung wird bevorzugt vor dem erstmaligen Öffnen der Ventilvorrichtungen des ersten und des zweiten Gasbehälters eine Dichtheitsprüfung der Gasbehälteranordnung durchgeführt.In the above-described methods of the invention, a leak test of the gas container assembly is preferably performed prior to initial opening of the valve devices of the first and second gas containers.
Die „Absperrventile” der den Gasbehältern zugeordneten Ventilvorrichtungen dienen allgemein dem Öffnen und Schließen der Gasbehälter. Sie sind üblicherweise so konzipiert, dass sie im stromlosen Zustand ihres Stellmechanismus geschlossen sind, ohne dass die Erfindung auf diese Konstruktion beschränkt sein soll. Bei den Absperrventilen handelt es sich zum Beispiel um Rückschlagventile, die im stromlosen Zustand ihres Stellmechanismus ein Ausströmen des Gases aus dem Gasbehälter verhindern, aber ein Einströmen von Gas z. B. während eines Betankungsvorganges erlauben, und bei aktiviertem Stellmechanismus in beide Strömungsrichtungen geöffnet sind.The "shut-off valves" of the gas containers associated with the valve devices are generally used to open and close the gas tank. They are usually designed so that they are closed in the de-energized state of their actuating mechanism, without the invention being limited to this construction. The shut-off valves are, for example, check valves which, in the de-energized state of their actuating mechanism, prevent the gas from flowing out of the gas container, but an inflow of gas, for example, is prevented. B. allow during a refueling operation, and are open when the actuating mechanism in both directions of flow.
Die „Durchflussbegrenzer” der den Gasbehältern zugeordneten Ventilvorrichtungen sollen allgemein den Gasfluss aus den Gasbehältern heraus und in die Gasbehälter hinein begrenzen. Zu diesem Zweck weisen die Durchflussbegrenzer zum Beispiel eine Verengung des Strömungsquerschnitts auf. Außerdem können die Durchflussbegrenzer zusätzlich mit einer Rückschlagfunktion versehen sein, welche den Strömungsquerschnitt komplett verschließt, wenn der Druck im Gasbehälter relativ zum Druck außerhalb des Behälters einen bestimmten Wert übersteigt. Das Ventilelement kann zu diesem Zweck beispielsweise mittels einer mechanischen Feder in Öffnungsrichtung vorgespannt sein, wobei die Federkraft den Wert der Druckdifferenz bestimmt, bei welcher der Durchflussbegrenzer schließt.The "flow restrictors" of the valve assemblies associated with the gas containers are generally intended to limit the flow of gas out of the gas containers and into the gas containers. For this purpose, the flow restrictors have, for example, a narrowing of the flow cross-section. In addition, the flow restrictor may additionally be provided with a non-return function, which completely closes the flow cross-section, when the pressure in the gas container relative to the pressure outside the container exceeds a certain value. The valve element may be biased for this purpose, for example by means of a mechanical spring in the opening direction, wherein the spring force determines the value of the pressure difference at which the flow restrictor closes.
Das „gleichzeitige Betanken” der mehreren Gasbehälter steht im Gegensatz zu einem sequentiellen Betanken der Gasbehälter. Zum Beispiel erfolgt das Betanken der mehreren Gasbehältern über parallele Zuleitungen, die mit einem gemeinsamen Befüllstutzen gekoppelt sind, sodass das hoch verdichtete Gas gleichzeitig/parallel den mehreren Behältern zugeführt werden kann.The "simultaneous refueling" of the multiple gas containers is in contrast to a sequential refueling of the gas tank. For example, the refueling of the plurality of gas tanks via parallel feed lines, which are coupled to a common filling nozzle, so that the highly compressed gas can be supplied simultaneously / parallel to the plurality of containers.
Der „Betankungsvorgang” der mehreren Gasbehälter umfasst insbesondere den Zeitraum, in dem das hoch verdichtete Gas in die Behälter gefördert wird, darüber hinaus aber auch Zeitabschnitte vor und nach diesem eigentlichen Befüllen der Gasbehälter, in denen der Gasmotor nicht in Betrieb ist. Zum Beispiel kann der „Betankungsvorgang” durch den Zeitraum definiert werden, in dem der Befüllstutzen oder eine vorgeschaltete Tankklappe zum Betanken durch einen Benutzer geöffnet ist.The "refueling operation" of the plurality of gas containers comprises, in particular, the period in which the highly compressed gas is conveyed into the containers, but also periods before and after this actual filling of the gas containers in which the gas engine is not in operation. For example, the "refueling operation" may be defined by the length of time that the filler neck or upstream fuel filler door is open for refueling by a user.
Außerdem umfasst der „Betankungsvorgang” sowohl ein kontinuierliches als auch ein intermittierendes Fördern des hoch verdichteten Gases von einem oder mehreren Vorratstanks in die mehreren Gasbehälter der Gasbehälteranordnung.Additionally, the "refueling operation" includes both continuous and intermittent delivery of the high density gas from one or more storage tanks into the multiple gas containers of the gas container assembly.
Obige sowie weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:The above and other features, advantages and applications of the invention will become more apparent from the following description of a preferred, non-limiting embodiment thereof with reference to the accompanying drawings. Show:
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Gasbehälteranordnung für einen Erdgasmotor eines Erdgasfahrzeugs näher erläutert.The present invention will be explained in more detail below using the example of a gas container arrangement for a natural gas engine of a natural gas vehicle.
Die Gasbehälteranordnung umfasst mehrere Gasbehälter, wobei im Ausführungsbeispiel von
Die Erfindung ist aber natürlich ebenso auf Anordnungen mit mehr als zwei Gasbehältern anwendbar.Of course, the invention is also applicable to arrangements with more than two gas containers.
Außerdem können die Gasbehälter
Die beiden Gasbehälter
In der gemeinsamen Gasleitung
In der gemeinsamen Gasleitung
Wie in
Die Ventilvorrichtungen
Die Gasbehälteranordnung weist ferner eine Steuereinrichtung
Optional kann auch die Betankungsanlage
Der Aufbau und die Funktionsweise der Ventilvorrichtungen
Wie in
Das Absperrventil
Bei aktivierter Rückschlagfunktion des Absperrventils
Der Durchflussbegrenzer
Wie beispielhaft in
Der Ventilkörper
Der elektrische Stellmechanismus
Während in
Die Bestromung bzw. Aktivierung des elektrischen Stellmechanismus
In dem Ausführungsbeispiel von
Es werden nun die Betriebsweisen der oben beschriebenen Gasbehälteranordnung mit den speziellen Ventilvorrichtungen und die damit verbundenen Vorteile näher erläutert.The operations of the gas container assembly described above with the specific valve devices and the advantages associated therewith will now be explained in more detail.
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zunächst die Wirkungsweise einer Ventilvorrichtung mit einem Absperrventil und einem Durchflussbegrenzer beschrieben werden, wobei der Durchflussbegrenzer im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Ausführungsform von
Bei einem solchen Behältersicherheitsventil wird während des Betankungsvorganges das Absperrventil in Betankungsrichtung durch den Gasdruck der Tankstelle
Da zusätzlich der Durchflussbegrenzer zu diesem Absperrventil in Reihe geschaltet ist, kann dieser selbst bei deaktivierter Rückschlagfunktion des Absperrventils ebenfalls einen Druckausgleich zwischen den Behältern
Der mechanische Stellmechanismus des Durchflussbegrenzers verhindert darüber hinaus die sofortige Aktivierung des Durchflussbegrenzers, sodass bei angesteuertem Absperrventil ein definierter Durchfluss noch möglich wäre. Dieser definierte Durchfluss würde einerseits das Durchströmen des für den Motorbetrieb erforderlichen Gases sowie andererseits den Ausgleich von eher geringen Druckdifferenzen kleiner 5,6 bar zwischen den Behältern während elektrischer Ansteuerung des Absperrventils ermöglichen.The mechanical adjustment mechanism of the flow restrictor also prevents the immediate activation of the flow restrictor, so that a defined flow would still be possible with activated shut-off valve. This defined flow would on the one hand flow through the gas required for engine operation and on the other hand, the compensation of rather small pressure differences less than 5.6 bar between the containers while enabling electrical control of the shut-off valve.
Ist die Druckdifferenz zwischen den Behältern
Dies führt dazu, dass ein während der Betankung (insbesondere Teilbetankung) entstandener Druckunterschied größer 5,6 bar sich erstens nur bei laufendem Motor und zweitens nur sehr langsam über die Drosselbohrung ausgleichen kann. Es wird jedoch beim Betrieb des Motors kontinuierlich Gas aus dem restlichen Behältersystem entnommen, was einem Druckausgleich entgegenwirkt. Das heißt, wenn einmal bei der Betankung bei einem Behälter ein Druckunterschied zum Gassystem von größer als 5,6 bar entstanden ist, spricht bei jedem Motorstart bei diesem Behälter wieder der Durchflussbegrenzer an. Dadurch wird nur der Behälter niedrigeren Drucks vom Motor richtig entleert. Aufgrund des aktiven Durchflussbegrenzers kann aus dem Behälter höheren Druckes nur sehr langsam Gas durch die Drosselbohrung strömen. Je nach dem Gasverbrauch des Motors und der anfänglichen Druckdifferenz zwischen den Behältern kann sich die Druckdifferenz ausgleichen oder nicht.As a result, a pressure difference of greater than 5.6 bar which occurs during refueling (in particular partial refueling) can first of all only be compensated via the throttle bore when the engine is running and secondly only very slowly. However, during operation of the engine, gas is continuously withdrawn from the remaining container system, which counteracts pressure equalization. In other words, once a tank has been pressurized to greater than 5.6 bar when refueling a tank, the flow restrictor will respond again each time the engine starts. As a result, only the container of lower pressure is properly emptied by the engine. Due to the active flow restrictor, gas can only very slowly flow out of the container of higher pressure through the throttle bore. Depending on the gas consumption of the engine and the initial pressure difference between the tanks, the pressure difference may or may not equalize.
Im Extremfall steht die Gasmasse des Behälters höheren Druckes aufgrund des verschlossenen Durchflussbegrenzers dadurch für den gesamten Fahrzeugbetrieb nicht mehr zur Verfügung.In extreme cases, the gas mass of the container of higher pressure due to the closed flow restrictor is thus no longer available for the entire vehicle operation.
Bei der erfindungsgemäßen Gasbehälteranordnung der
So können zum Beispiel bereits während des Betankungsvorganges zwei Gasbehälter
Der schnelle Druckausgleich zwischen den Behältern
Über die Elektromagnetspule
Der Betankungsvorgang der Behälter
Außerdem umfasst der Betankungsvorgang sowohl ein kontinuierliches als auch ein intermittierendes Fördern des hoch verdichteten Gases von einem oder mehreren Vorratstanks in die Behälter
Zum Druckausgleich werden die Magnetspulen der Absperrventile
Mit der oben beschriebenen Gasbehälteranordnung sind verschiedene vorteilhafte Betriebsverfahren durchführbar, di nachfolgend anhand von beispielhaften Vorgängen näher beschrieben werden. With the gas container arrangement described above, various advantageous operating methods can be carried out, which are described in more detail below with reference to exemplary processes.
Beispiel 1: Druckausgleich während und kurz nach der BetankungExample 1: Pressure equalization during and shortly after refueling
Durch die Öffnung der Tankklappe
Nach dieser Erkennung werden sowohl die Absperrventile
Durch Druckgradientenauswertung kann während der gesamten Betankungsdauer jeder einzelne Druckstoß der Tankstelle
Diese Sicherungsfunktion ist notwendig, da der gemessene Druckabfall auch die Folge eines Leitungsbruchs in der Gasleitung
Während der durch die Tankstelle
Die gleichzeitige elektrische Ansteuerung der zweiten Ventilstufe (abschaltbarer Durchflussbegrenzer
Beispiel 2: Druckausgleich vor dem Motorstart und während der FahrtExample 2: Pressure equalization before engine start and while driving
Die Durchflussbegrenzer
Aus Sicherheitsgründen ist es dabei von Vorteil, wenn vor der Öffnung der beiden Ventile
Dies könnte durch vorherige alleinige Ansteuerung der Absperrventile
Dabei wird der gassystemseitig verbaute Hochdrucksensor
Bei erfolgreichem Dichtheitstest können die Durchflussbegrenzer
Mögliche Druckdifferenzen der Gasbehälter
Beispiel 3: Interaktion von Tankstelle und FahrzeugExample 3: Interaction of gas station and vehicle
Die Tankstelle
Ebenfalls kann die Tankstelle
Nach Aufsetzen des Befüllschlauchs wird durch die Tankstelle
Die Ansteuerung dient der Ermöglichung eines Druckausgleichs zwischen den Behältern
Während der Betankung kann das Signal des tankstellenseitigen Massenstromsensors zur Erkennung eines Leitungsabrisses verwendet werden. Steigt der Massenstrom bei der Betankung sprunghaft an, kann nur ein Leitungsabriss die Ursache dafür sein. In diesem Fall wird der Betankungsvorgang von der Tankstelle
Die Busverbindung über den Befüllschlauch ermöglicht die Kommunikation zwischen der Tankstelle
Die Tankstelle
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