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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffversorgungssystem, das der Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen und einem flüssigen Kraftstoff dient. Das Kraftstoffversorgungssystem ist insbesondere zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens geeignet.
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Bei dem gasförmigen Kraftstoff handelt es sich insbesondere um Erdgas (NG, d. h. „Natural Gas“).
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Stand der Technik
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Erdgas ist bei Normaltemperaturen selbst unter hohem Druck gasförmig (CNG, d. h. "Compressed Natural Gas"). Um verdichtetes Erdgas in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzublasen sind spezielle Einblas- bzw. Einspritzventile erforderlich, die sich von denen zur Direkteinspritzung von Benzin oder Dieselkraftstoff unterscheiden. Da flüssiges Erdgas (LNG, d. h. "Liquefied Natural Gas") ein deutlich geringeres Volumen als gasförmiges Erdgas besitzt, wird es für mobile Anwendungen in der Regel in flüssiger Form vorgehalten. Hierzu wird das Erdgas auf Temperaturen von etwa –160°C herunter gekühlt.
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Das in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingebrachte Erdgas wird durch ein Hilfsmittel oder ein Hilfsmedium zum Zünden gebracht. Beispielsweise kann flüssiger Dieselkraftstoff als Hilfsmedium verwendet werden, da dieser im Unterschied zu Erdgas bei den üblicherweise gegebenen Bedingungen selbstzündend ist. In diesem Fall gilt es zwei unterschiedliche Kraftstoffarten in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzubringen.
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Zur Einbringung zweier unterschiedlicher Kraftstoffarten in den Brennraum einer Brennkraftmaschine kann ein sogenannter Zweistoffinjektor verwendet werden. In einem solchen Zweistoffinjektor werden die beiden Kraftstoffe getrennt geführt, um eine Vermischung außerhalb des Brennraums zu verhindern. Dennoch kann es im Wege der Leckage zu einer Vermischung kommen, die insbesondere dann gefährlich bzw. schädlich ist, wenn gasförmiger Kraftstoff in den Bereich des flüssigen Kraftstoffs gelangt. Um dies sicher zu verhindern, muss der Gasdruck innerhalb des Zweistoffinjektors niedriger als der Druck des flüssigen Kraftstoffs gehalten werden.
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Aus der Veröffentlichung
DE 11 2006 001 271 T5 ist ein Verfahren zum Steuern des Einspritzdrucks eines gasförmigen Kraftstoffs bekannt, der diesen Grundsatz berücksichtigt, wenn ein einzelnes Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffs und eines flüssigen Hilfskraftstoffs zum Zünden des gasförmigen Kraftstoffs verwendet wird. Als Einspritzdruck wird dabei der Druck für den gasförmigen Kraftstoff innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils definiert. Zum Erniedrigen des Einspritzdrucks kann die Zufuhr des gasförmigen Kraftstoffs an eine Kraftstoffleiste, welche das Kraftstoffeinspritzventil versorgt, mittels eines Ventils in einer Kraftstoffzufuhrleitung unterbrochen oder verlangsamt werden, bis der Einspritzdruck für gasförmigen Kraftstoff auf einen vorbestimmten Wert abfällt. Auf diese Weise kann der Druck des gasförmigen Kraftstoffs reguliert werden, so dass er niedriger als der Druck des flüssigen Kraftstoffs ist. Vorzugsweise erfolgt die Regulierung des Einspritzdrucks des gasförmigen Kraftstoffs in Reaktion auf den Druck des Hilfskraftstoffs. Hierbei kann ein Ventil eingesetzt werden, das als Druckregelventil ausgebildet ist und eine Steuerkammer besitzt, die mit einer Kraftstoffleiste für den Hilfskraftstoff verbunden ist. Bei dieser Anordnung wird der Druck für den gasförmigen Kraftstoff über den Druck für den Hilfskraftstoff gesteuert.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für einen gasförmigen und einen flüssigen Kraftstoff anzugeben, das eine Druckregelung in einer Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff in Abhängigkeit vom Druck in einer weiteren Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff in der Weise ermöglicht, dass eine Druckdifferenz aufrechterhalten wird. Dadurch soll sichergestellt werden, dass der Druck in der Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff stets niedriger als der Druck in der weiteren Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff ist. Ferner soll ein Kraftstoffversorgungssystem angegeben werden, das die Durchführung des Verfahrens ermöglicht.
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Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Kraftstoffversorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems, das der Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen und einem flüssigen Kraftstoff dient. Bei dem Verfahren wird der gasförmige Kraftstoff einer ersten Speicherleitung entnommen und mittels eines an die erste Speicherleitung angeschlossenen Einspritzventils direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Der Druck in der ersten Speicherleitung wird dabei über eine Druckregeleinrichtung, die mindestens ein hydraulisch gesteuertes Ventil umfasst, in Abhängigkeit von einem Druck in einer weiteren Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff geregelt. Erfindungsgemäß wird zur hydraulischen Steuerung des Ventils ein gegenüber dem Druck in der weiteren Speicherleitung geminderter Druck als Steuerdruck verwendet. Zur Druckminderung wird eine Drossel eingesetzt, die in einer das Ventil mit der weiteren Speicherleitung verbindenden Abzweigleitung angeordnet ist.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird der Druck in der ersten Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff in Relation zum Druck in der weiteren Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff gesetzt. Durch die in der den flüssigen Kraftstoff führenden Abzweigleitung angeordnete Drossel ist dabei sichergestellt, dass der Druck in der ersten Speicherleitung niedriger als der Druck in der weiteren Speicherleitung ist. Über die Auslegung der Drossel kann der Steuerdruck bzw. die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der ersten Speicherleitung und dem Druck in der weiteren Speicherleitung eingestellt werden.
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Vorzugsweise ist die Drossel derart ausgelegt, dass der Steuerdruck bzw. der Druck des flüssigen Kraftstoffs nach der Drossel 150 bis 500 bar beträgt, um den Druck des gasförmigen Kraftstoffs in der ersten Speicherleitung auf einen entsprechenden Druck zu regeln. Der Druck in der weiteren Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff beträgt vorzugsweise 200 bis 600 bar und liegt weiterhin vorzugsweise 10 bis 100 bar oberhalb des Steuerdrucks bzw. des Drucks in der ersten Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff.
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Der der weiteren Speicherleitung zur hydraulischen Steuerung des mindestens einen hydraulisch gesteuerten Ventils entnommene flüssige Kraftstoff wird ferner bevorzugt einer Rücklaufleitung zugeführt. Die zur Steuerung eingesetzte Kraftstoffmenge an flüssigem Kraftstoff kann somit erneut druckbeaufschlagt und der weiteren Speicherleitung zugeführt werden.
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Da der Druck in der Rücklaufleitung niedriger in als der Steuerdruck in der Abzweigleitung ist, wird ferner vorgeschlagen, dass der Steuerdruck über ein elektrisch gesteuertes weiteres Ventil der Druckregeleinrichtung, das in der Abzweigleitung stromabwärts der Drossel und des mindestens einen hydraulisch gesteuerten Ventils angeordnet ist, aufrecht erhalten und/oder angepasst wird. Das weitere Ventil ist bevorzugt als stromlos offenes Ventil ausgelegt, so dass im Fehlerfall ein Druckabbau in der Abzweigleitung erfolgen kann. Ferner ist sichergestellt, dass der Druck in der Abzweigleitung nie höher als der Druck in der weiteren Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff ist.
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Der gasförmige Kraftstoff wird vorzugsweise in einem Zwischenspeicher vorgehalten, der über das mindestens eine hydraulisch gesteuerte Ventil der Druckregeleinrichtung mit der ersten Speicherleitung und/oder einer Rückführungsleitung für den gasförmigen Kraftstoff verbunden ist. Beispielsweise kann die Druckregeleinrichtung ein erstes hydraulisch gesteuertes Ventil umfassen, das den Zwischenspeicher mit der ersten Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff verbindet und bei fehlendem Steuerdruck geschlossen ist. Das Schließen des Ventils kann mittels einer Feder bewirkt werden, die ein Ventilglied des Ventils in Schließrichtung belastet. Um das Ventil bei fehlendem Steuerdruck sicher geschlossen zu halten, ist vorzugsweise der Druck im Zwischenspeicher höher als der Druck in der ersten Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff gewählt. Vorzugsweise beträgt der Druck im Zwischenspeicher 520 bis 550 bar. Der hohe Druck im Zwischenspeicher unterstützt das Schließen des Ventils bei fehlendem oder abfallendem Steuerdruck. Über den anliegenden Steuerdruck kann somit der Durchfluss durch das Ventil in Richtung der ersten Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff und damit der Druck in der ersten Speicherleitung geregelt werden.
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Darüber hinaus kann die Druckregeleinrichtung ein weiteres hydraulisch gesteuertes Ventil umfassen, das den Zwischenspeicher mit einer Leitung zur Rückführung des gasförmigen Kraftstoffs verbindet und bei fehlendem Steuerdruck geöffnet ist. Das Öffnen des Ventils kann mittels einer Feder bewirkt werden, die ein Ventilglied des Ventils in Öffnungsrichtung belastet. Im Fehlerfall ermöglicht somit das weitere hydraulisch gesteuerte Ventil einen Druckabbau in der ersten Speicherleitung. Denn der Druck in der Rückführungsleitung beträgt vorzugsweise weniger als 16 bar. Über das weitere hydraulisch gesteuerte Ventil kann der Druck in der ersten Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff in der Weise geregelt werden, dass er in etwa dem anliegenden Steuerdruck entspricht.
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Anstelle der vorstehend beschriebenen zwei Ventile kann die Druckregeleinrichtung auch nur ein einziges hydraulisch gesteuertes Ventil umfassen. Dieses kann beispielsweise als dombelastetes, druckreduzierendes Ventil ausgeführt sein, das die zuvor beschriebenen Funktionen beider Ventile in sich vereint. Durch Verwendung eines einzelnen hydraulisch gesteuerten Ventils kann eine kompakte und bauraumschonende Anordnung erzielt werden. Zudem reduziert sich der Leitungs- und Anschlussaufwand.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Kraftstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen und einem flüssigen Kraftstoff vorgeschlagen. Dieses umfasst eine erste Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff und ein an die erste Speicherleitung angeschlossenes Einspritzventil zur direkten Einspritzung des gasförmigen Kraftstoffs in einen Brennraum der Brennkraftmaschine. Ferner umfasst das System eine Druckregeleinrichtung zur Regelung des Drucks in der ersten Speicherleitung in Abhängigkeit von einem Druck in einer weiteren Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff, wobei die Druckregeleinrichtung mindestens ein hydraulisch gesteuertes Ventil umfasst, das eine mit der weiteren Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff verbundene Steuerkammer aufweist. Erfindungsgemäß ist die Verbindung der Steuerkammer mit der weiteren Speicherleitung über eine in einer Abzweigleitung angeordnete Drossel hergestellt. Die Drossel führt zu einer Druckminderung in der Abzweigleitung, so dass die Steuerkammer des mindestens einen hydraulisch gesteuerten Ventils mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird, der niedriger als der Druck in der weiteren Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff ist. Die Steuerung des Ventils erfolgt demnach in Relation zum Druck in der weiteren Speicherleitung, wobei über die Drossel sichergestellt ist, dass der Druck in der ersten Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff stets niedriger als der Druck in der weiteren Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff ist. Erfolgt die Einspritzung der Kraftstoffe in den Brennraum der Brennkraftmaschine über ein Zweistoffventil, ist somit sichergestellt, dass kein gasförmiger Kraftstoff im Wege der Leckage in den Bereich des flüssigen Kraftstoffs eindringt.
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Das vorgeschlagene Kraftstoffversorgungssystem ist insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, da es die hierzu erforderlichen Systemkomponenten aufweist. Die zuvor in Verbindung mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile gelten somit analog für das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem. Hinsichtlich der in den kraftstoffführenden Bereichen des Kraftstoffversorgungssystems herrschenden Drücke gelten vorzugsweise die gleichen Werte, die zuvor in Zusammenhang mit der Beschreibung des Verfahrens angegeben wurden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Druckregeleinrichtung des Kraftstoffversorgungssystems mindestens ein weiteres Ventil, das elektrisch gesteuert ist. Über das elektrisch gesteuerte weitere Ventil ist die Abzweigleitung, in der die Drossel angeordnet ist, mit einer Rücklaufleitung verbindbar. Die über die Rücklaufleitung rückgeführte Steuermenge kann somit erneut druckbeaufschlagt und der Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff zugeführt werden. Das elektrisch gesteuerte weitere Ventil dient der Aufrechterhaltung und/oder der Anpassung des Steuerdrucks in der Abzweigleitung und damit in der Steuerkammer des hydraulisch gesteuerten Ventils. Es ist daher stromabwärts der Drossel und des mindestens einen hydraulisch gesteuerten Ventils angeordnet. Vorzugsweise ist das elektrisch gesteuerte weitere Ventil als stromlos offenes Ventil ausgebildet, so dass im Fehlerfall ein Druckabbau in der Abzweigleitung möglich ist. Dadurch ist ferner sichergestellt, dass der Druck in der Abzweigleitung nie höher als der Druck in der Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff ist. Bei dem elektrisch gesteuerten weiteren Ventil kann es sich insbesondere um ein Druckregelventil handeln.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Kraftstoffversorgungssystem einen Zwischenspeicher für den gasförmigen Kraftstoff umfasst, der über das mindestens eine hydraulisch gesteuerte Ventil der Druckregeleinrichtung mit der ersten Speicherleitung und/oder einer Rückführungsleitung für den gasförmigen Kraftstoff verbindbar ist. Über das mindestens eine hydraulisch gesteuerte Ventil kann somit die Zuführung von gasförmigen Kraftstoff in Richtung der ersten Speicherleitung bzw. die Rückführung über die Rückführungsleitung geregelt werden, um den Druck in der ersten Speicherleitung an einen vorgegebenen Wert anzupassen. Der Druck im Zwischenspeicher kann als Gegendruck genutzt werden, gegen den das Ventil bei anliegendem Steuerdruck öffnet. Der Druck im Zwischenspeicher ist daher bevorzugt höher als der Druck in der ersten Speicherleitung gewählt und liegt vorzugsweise bei 520 bis 550 bar. Der Druck in der ersten Speicherleitung kann demgegenüber – in Abhängigkeit vom anliegenden Steuerdruck – 150 bis 500 bar betragen. Ferner bevorzugt umfasst das Ventil ein Ventilglied, das in Schließrichtung von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist.
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Die Druckregeleinrichtung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems kann zwei hydraulisch gesteuerte Ventile, insbesondere ein druckreduzierendes Ventil und ein druckregulierendes Ventil, oder ein dombelastetes druckreduzierendes Ventil umfassen. Sofern zwei Ventile vorgesehen sind, sind diese derart hintereinandergeschaltet, dass über ein erstes, vorzugsweise druckreduzierendes, Ventil eine Verbindung des Zwischenspeichers mit der ersten Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff herstellbar ist, so dass hierüber die Zuführung von gasförmigem Kraftstoff regelbar ist. Das zweite, vorzugsweise druckregulierende, Ventil dient vorzugsweise der Verbindung des Zwischenspeichers bzw. der ersten Speicherleitung mit einer Rückführungsleitung, so dass hierüber eine Anpassung des Drucks in der ersten Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff möglich ist. Übersteigt der Druck in der ersten Speicherleitung einen vorgegebenen Wert, wird das Ventil geöffnet bzw. der Durchfluss durch das Ventil erhöht, so dass Druck abgebaut wird.
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Sofern nur ein Ventil vorgesehen ist, das in diesem Fall bevorzugt als dombelastetes druckreduzierendes Ventil ausgelegt ist, das die Funktionen der beiden zuvor beschriebenen Ventile in sich vereinigt, kann die Druckregeleinrichtung kompakt gestaltet werden, was sich günstig auf den Bauraumbedarf auswirkt.
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Ventile, die zur Ausbildung der vorgeschlagenen Druckregeleinrichtung geeignet sind, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Es kann somit auf bereits vorhandene Komponenten zurückgegriffen werden, so dass sich das Konzept einfach und kostengünstig umsetzen lässt.
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Die für das Verfahren und das Kraftstoffversorgungssystem vorgeschlagene Druckregeleinrichtung sieht eine hydraulisch mittels des Drucks des flüssigen Kraftstoffs gesteuerte Druckregelung des gasförmigen Kraftstoffs vor, wobei durch hydraulisch/mechanische Mittel sichergestellt ist, dass der Druck des zur Einspritzung bereitstehenden flüssigen Kraftstoffs stets höher als der Druck des zur Einspritzung bereitstehenden gasförmigen Kraftstoffs ist. Die Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs in Richtung der Speicherleitung kann mittels eines hydraulisch gesteuerten Druckreduzierventils und eines Druckregelventils oder eines einzigen hydraulisch gesteuerten Ventils, das beide Funktionen in sich vereint, geregelt werden, wobei zur Steuerung der Ventile der hydraulische Druck des flüssigen Kraftstoffs stromabwärts einer Drossel eingesetzt wird, die in einer mit der Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff verbundenen Abzweigleitung angeordnet ist. Auf diese Weise wird der Druck des gasförmigen Kraftstoffs in Relation zum Druck des flüssigen Kraftstoffs geregelt, wobei zugleich sichergestellt ist, dass der Druck des zur Einspritzung bereitstehenden gasförmigen Kraftstoffs stets niedriger als der Druck des zur Einspritzung bereitstehenden flüssigen Kraftstoffs ist. Bei Verwendung eines Zweistoffinjektors zur Einspritzung beider Kraftstoffe besteht somit keine Gefahr, dass gasförmiger Kraftstoff im Wege der Leckage in den Bereich des flüssigen Kraftstoffs gelangt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch ein hydraulisch gesteuertes Ventil der Druckregeleinrichtung des Kraftstoffversorgungssystems der 1,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch ein weiteres hydraulisch gesteuertes Ventil der Druckregeleinrichtung des Kraftstoffversorgungssystems der 1,
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4 einen schematischen Längsschnitt durch ein dombelastetes hydraulisch gesteuertes Ventil einer Druckregeleinrichtung eines alternativen Kraftstoffversorgungssystems,
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5 eine schematische Darstellung einer Reglerstruktur für eine Druckregeleinrichtung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems und
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6 ein Diagramm zur Darstellung der Druckverläufe über der Zeit.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 dargestellte Kraftstoffversorgungssystem umfasst dient der Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen und einem flüssigen Kraftstoff. Bei dem gasförmigen Kraftstoff handelt es sich vorliegend um Erdgas und bei dem flüssigen Kraftstoff um Dieselkraftstoff. Die Versorgung mit Erdgas erfolgt über den oben liegenden Kreislauf. Für die Versorgung mit Dieselkraftstoff ist der untere Kreislauf vorgesehen. Beide Kraftstoffarten sind demzufolge voneinander isoliert.
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Das Erdgas wird in flüssiger Form in einem Vorratstank 15 vorgehalten. Über ein Förderaggregat 16 wird das noch flüssige Erdgas einem Verdampfer 17 zugeführt und anschließend als Gas einem Zwischenspeicher 11 zugeführt. Der Druck im Zwischenspeicher beträgt 520 bis 550 bar. Über eine Zuführungsleitung 18, in der ein Ventil 4 angeordnet ist, ist der Zwischenspeicher 11 mit einer Speicherleitung 1 verbindbar, über welche der gasförmige Kraftstoff Einspritzventilen 2 zugeführt wird, die der Einspritzung des gasförmigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine dienen. Der Druck in der Speicherleitung 1 beträgt 150 bis 500 bar und liegt damit unterhalb des Drucks, der im Zwischenspeicher 11 herrscht.
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Zum Betrieb der Einspritzventile 2 wird oft ein Hilfsmedium, vorzugsweise der Dieselkraftstoff, verwendet, da die nötigen Schaltkräfte nicht direkt mittels elektrischer Energie, beispielsweise durch einen Elektromagneten, erzeugbar sind. Die Einspritzventilsteuerung erfolgt dann über einen hydraulischen Steuerraum, dessen Druck wie bei bekannten Diesel-Common-Rail-Injektoren über ein Magnetventil veränderbar ist. Das Hilfsmedium muss gegenüber dem Erdgas isoliert werden, um schädlichen und gefährlichen Erdgaseintrag in den Dieselkraftstoff zu vermeiden. Geringe Mengen Dieselkraftstoff, die in das Erdgas gelangen, mit in den Brennraum eingeblasen und verbrannt werden, sind nicht störend.
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Die an der Führung des Erdgaseinspritzventils konstruktionsbedingte Leckage von Dieselkraftstoff ins Erdgas wird vermieden und von Erdgas in den Dieselkraftstoff wird minimiert, dadurch, dass der Druck des Erdgases etwas niedriger als der Druck des Dieselkraftstoffs gewählt wird. Um dies zu erreichen, wird der Druck des Erdgases in Abhängigkeit vom Druck des Dieselkraftstoffs geregelt.
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Der Dieselkraftstoff wird in einem Vorratstank 19 vorgehalten und mittels Förderaggregate 20, 21 einer Speicherleitung 6 zugeführt. Zur Abscheidung etwaiger im Kraftstoff enthaltener Partikel ist zwischen den Förderaggregaten 20, 21 ein Kraftstofffilter 22 angeordnet. Der Druck in der Speicherleitung 6 kann über das Förderaggregat 22, das volumenverstellbar ist, variabel im Druckbereich 160 bis 600 bar geregelt und auch in Fehlerfällen über ein Druckbegrenzungsventil 23 unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts gehalten werden. Die Absteuermenge des Druckbegrenzungsventils 23 wird über eine Rücklaufleitung 9 zurück in den Vorratstank 19 geführt.
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Der Dieselkraftstoff kann zum Betrieb der Brennkraftmaschine oder als Hilfskraftstoff zum Zünden des Erdgases genutzt werden. In beiden Fällen muss der Dieselkraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Dies kann über weitere Einspritzventile 2 oder mittels so genannter Zweistoffinjektoren (nicht dargestellt) erfolgen, mittels derer zwei unterschiedliche Kraftstoffarten einspritzbar sind. Auch in einem Zweistoffinjektor müssen die beiden Kraftstoffarten voneinander isoliert werden. Dies erfolgt in analoger Weise wie beim hydraulisch gesteuerten Erdgaseinspritzventil 2.
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Das Kraftstoffversorgungssystem der 1 weist hierzu eine Druckregeleinrichtung 3 auf, die das Ventil 4 sowie ein weiteres hydraulisch gesteuertes Ventil 5 im Kreislauf für das Erdgas, ferner eine Drossel 7 und ein elektrisch gesteuertes Ventil 10 in einer Abzweigleitung 8 des Kreislaufs für den Dieselkraftstoff umfasst. Die Ventile 4, 5 weisen jeweils eine Steuerkammer 13, 14 auf, die mit Dieselkraftstoff beaufschlagbar sind. Der Dieselkraftstoff wird der Abzweigleitung 8 stromabwärts der Drossel 7 entnommen. Da die Drossel 7 als Druckminderer wirkt, stellt sich nach der Drossel 7 ein gegenüber dem Druck in der Speicherleitung 6 reduzierter Druck in der Abzweigleitung 8 ein, der als Steuerdruck zur hydraulischen Steuerung der Ventile 4, 5 eingesetzt wird. Über das ferner in der Abzweigleitung 8 angeordnete elektrisch gesteuerte Ventil 10 kann der Steuerdruck aufrecht erhalten und/oder angepasst werden. Die Absteuermenge des Ventils 10 wird der Rücklaufleitung 9 zugeführt. Der in den Steuerkammern 13, 14 der Ventile 4, 5 anliegende Steuerdruck wird demnach durch die Auslegung der Drossel 7 und den am Ventil 10 anliegenden Steuerstrom vorgegebenen. Die Ventile 4, 5 sind dabei derart ausgelegt, dass bei fehlendem Steuerdruck das Ventil 4 schließt und das Ventil 5 öffnet. Das geöffnete Ventil 5 ermöglicht im Fehlerfall einen Druckabbau in der Speicherleitung 1, da es die Speicherleitung 1 mit einer Rückführungsleitung 12 verbindet, in welcher der Druck unterhalb von 16 bar liegt.
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Der 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines hydraulisch gesteuerten Ventils 4 zu entnehmen. Es weist einen Steller 24 auf, der die Steuerkammer 13 begrenzt, so dass am Steller 24 ein Steuerdruck anliegt, der dem Druck des Dieselkraftstoffs in der Abzweigleitung 8 stromabwärts der Drossel 7 entspricht. Dieser beträgt 150 bis 500 bar. Ein mit dem Steller 24 verbundener Dichtring 25 dichtet die Steuerkammer 13 gegenüber einem Ventilraum 26 ab, in der eine Feder 27 aufgenommen ist, über welche der Steller 24 in Schließrichtung des Ventils 4 vorgespannt ist. Der Dichtring 25 dichtet die Steuerkammer 13 gegenüber dem Ventilraum 26 ab, über den das Erdgas geführt wird. Bei ausreichend hohem Steuerdruck in der Steuerkammer 13 liegt der Steller 24 an einem Ventilglied 29 des Ventils 4 an, das in Richtung eines Ventilsitzes 28 von der Federkraft einer Feder 30 beaufschlagt ist. Bei fehlendem Steuerdruck halten die Feder 30 sowie der Druck im Federraum 31, der dem Druck im Zwischenspeicher 11 entspricht, das Ventil 4 geschlossen. Denn der Druck im Zwischenspeicher 11 (520 bis 550 bar) liegt oberhalb des Steuerdrucks (150 bis 500 bar). Der Druck im Ventilraum 26 entspricht im Wesentlichen dem Steuerdruck.
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Der 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines hydraulisch gesteuerten Ventils 5 zu entnehmen. Es weist einen Steller 32 auf, der die Steuerkammer 14 begrenzt, so dass am Steller 32 ein Steuerdruck anliegt, der ebenfalls dem Druck des Dieselkraftstoffs in der Abzweigleitung 8 stromabwärts der Drossel 7 entspricht (150 bis 500 bar). Der Steller 32 liegt an einem Ventilglied 33 des Ventils 5 an, das in Richtung eines Ventilsitzes 34 von der Federkraft einer Feder 35 beaufschlagt ist. Bei fehlendem Steuerdruck halten die Feder 35 sowie der Druck in der Speicherleitung 1 das Ventil 5 geschlossen. Denn der Druck in der Speicherleitung 1 (150 bis 500 bar) liegt oberhalb des Drucks in der Rückführungsleitung 9 (< 16 bar), über welche das Ventil 5 mit dem Vorratstank 15 verbunden ist. Die Abdichtung zwischen dem gasführenden Bereich und dem den Dieselkraftstoff führenden Bereich kann beispielsweise über eine Dichtmembran 36 oder einen Faltenbalg 37 erfolgen.
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Anstelle der in den 2 und 3 dargestellten Ventile 4, 5 kann auch ein einzelnes Ventil vorgesehen sein, das – wie beispielhaft in der 4 dargestellt – als dombelastetes druckreduzierendes Ventil ausgebildet sein kann und die Funktionen der Ventile 4, 5 in sich vereint. Die Anordnung im System kann entsprechend der links angeordneten Graphik der 4 erfolgen. Auf eine genaue Beschreibung des Ventils der 4 wird verzichtet, da Ventile dieser Art grundsätzlich bekannt sind. Der Dichtring 25 muss nur noch Erdgas zwischen Ventilraum 26 und Rückführung 12 abdichten, wo eine geringe Leckage unschädlich bzw. ungefährlich ist. Zur Trennung der die unterschiedlichen Kraftstoffe führenden Bereiche ist (beispielhaft) eine Dichtmembran 36 vorgesehen.
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Die 5 zeigt eine Reglerstruktur, welche zu den in der 6 dargestellten Druckverläufen führt. In beiden Figuren steht p_set für einen vorgegebenen Druck-Sollwert für das Erdgas, den es durch eine entsprechende Einstellung des Dieseldrucks zu erreichen gilt.
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Der Sollwert p_set wird dynamisch korrigiert (5, Box 37) zum Sollwert p_setNG, dem der Gasdruck physikalisch auch folgen kann. Daraus und aus dem aktuellen Gasdruck p_NG wird über einen wählbaren Abstand p_offset über eine Maximalwertauswahl der Sollwert für den Dieseldruck p_setD berechnet, der sicherstellt, dass p_setD auch dynamisch immer größer als der Erdgasdruck p_NG ist.
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Von beiden Drucksollwerten wird jeweils der Ist-Druck subtrahiert und die Regeldifferenz einer (vorzugsweise PID-)Regelung (39, 41) mit Vorsteuerung (38, 40) zugeführt, die jeweils die Stellgröße für das jeweilige Regelventil (Ventil 10, enthalten in Förderaggregat 21) berechnet. Bei Erdgas ist die Stellgröße der Steuerdruck p_c, der für das verwendete Druckregelventil über seine p/I-Kennlinie in einen elektrischen Steuerstrom I_PCVD umgesetzt wird. Bei Dieselkraftstoff ist die Stellgröße die Fördermenge der Dieselkraftstoffpumpe (Förderaggregat 21). Die Vorsteuereinheit 38 berücksichtigt dabei vom Betrieb der Brennkraftmaschine abhängige Parameter, wie beispielsweise Drehzahl 42 und Einspritzmenge 43. Die Fördermenge wird entsprechend der Q/I-Kennlinie des zur Mengenverstellung beispielsweise verwendeten Drosselventils (Ventil 10) der Dieselkraftstoffpumpe (Förderaggregat 21) in einen elektrischen Steuerstrom I_PumpD umgesetzt. Beide Steuerströme werden üblicherweise über stromgeregelte PWM-Endstufen des verwendeten Steuergeräts dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112006001271 T5 [0006]
