DE102017218824A1

DE102017218824A1 - Method and device for supplying fuel to an internal combustion engine operable with a gaseous fuel

Info

Publication number: DE102017218824A1
Application number: DE102017218824.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Kirschke; Jörg Worm; Pierre Scheller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung (12) einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Brennkraftmaschine (14), insbesondere für ein Landkratfahrzeug (10), offenbart. Der Gasdruck des gasförmigen Kraftstoffs wird von einem ersten Gasdruckwert auf einen zweiten Gasdruckwert von einer Druckminderungseinrichtung (18) reduziert. Der gasförmige Kraftstoff wird in einer stromab der Druckminderungseinrichtung (18) und stromauf oder innerhalb eines Gasverteilerrails (26) liegenden Expansionsbereichs mit einer Temperiereinrichtung (30) temperiert, wobei die Temperierung des gasförmigen Kraftstoffs durch die Temperiereinrichtung (30) mittels einer Regelungseinrichtung (32) geregelt wird. Die Temperiereinrichtung (30) wird modellbasiert unter Verarbeitung wenigstens eines Maßes für den ersten Gasdruckwert, eines Maßes für die Temperatur im Gasverteilerrail (26) und eines Maßes für den Gasmassenstrom aus dem Gasverteilerrail (26) heraus vorgesteuert betrieben.A method and a device for the fuel supply (12) of an internal combustion engine (14) which can be operated with a gaseous fuel, in particular for a land crane vehicle (10), are disclosed. The gas pressure of the gaseous fuel is reduced from a first gas pressure value to a second gas pressure value by a pressure reducing device (18). The gaseous fuel is tempered in a downstream of the pressure reduction device (18) and upstream or within a gas distribution rail (26) expansion area with a tempering device (30), wherein the temperature of the gaseous fuel by the temperature control device (30) by means of a control device (32) becomes. The tempering device (30) is operated model-controlled by processing at least one measure for the first gas pressure value, a measure of the temperature in the gas distribution rail (26) and a measure of the gas mass flow from the gas distribution rail (26).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftstoffversorgung einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.The invention relates to a method for fueling an operable with a gaseous fuel internal combustion engine with the features according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for supplying fuel to a gaseous fuel operable internal combustion engine with the features according to the preamble of claim. 9

In einer Vielzahl von Realisierungen von mit gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Brennkraftmaschinen wird der gasförmige Kraftstoff in einem Drucktankbehälter vorgehalten. Der Druck des gasförmigen Kraftstoffs wird auf einen Arbeitsdruckwert in einem Gasverteilerrail zur Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine reduziert, wobei sich der gasförmige Kraftstoff infolge des Joule-Thomson-Effektes bei der Entspannung abkühlt. Bei hohen Massenströmen und hohem Tankdruck wirkt dieser Effekt dominant auf die Temperatur im Gasverteilerrail, während bei niedrigen Massenströmen und niedrigem Tankdruck aufgrund anderer Wärmeströme in der Nähe der betriebswarmen Brennkraftmaschine eine relativ hohe Temperatur des Gasverteilerrails resultiert. Daher ist eine in verschiedenen Betriebszuständen bedarfsgerechte Temperierung des Gasverteilerrails erforderlich, wobei minimal zulässige Temperaturen gerade nicht unterschritten, die zur Verfügung stehende Wärme aber auch nicht unnötig eingesetzt wird. Typischerweise wird das Kühlfluid der Brennkraftmaschine als Medium zur bedarfsgerechten Zufuhr von Wärme genutzt. Ein positiver Effekt der bedarfsgerechten Heizung auf ein minimales Temperaturniveau ist die Erhöhung der Brennraumfüllung, wodurch bei ansonsten unveränderten Parametern ein höheres Drehmoment oder eine höhere Leistung der Brennkraftmaschine erreichbar ist.In a variety of implementations of gaseous fuel operable internal combustion engines, the gaseous fuel is stored in a pressurized tank container. The pressure of the gaseous fuel is reduced to a working pressure value in a gas distributor rail for the fuel supply of the internal combustion engine, whereby the gaseous fuel cools down as a result of the Joule-Thomson effect during the expansion. At high mass flows and high tank pressure, this effect dominantly affects the temperature in the gas distribution rail, while at low mass flows and low tank pressure due to other heat flows in the vicinity of the warm engine combustion results in a relatively high temperature of the gas distribution rail. For this reason, a temperature control of the gas distribution rail that is appropriate in various operating states is required, with minimum permissible temperatures not falling short of, but the available heat is not used unnecessarily. Typically, the cooling fluid of the internal combustion engine is used as a medium for the demand-based supply of heat. A positive effect of the need-based heating to a minimum temperature level is the increase in the combustion chamber filling, whereby a higher torque or higher power of the internal combustion engine can be achieved with otherwise unchanged parameters.

Beispielsweise im Dokument DE 10 2014 218 632 A1 wird eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung einer mit verdichtetem Gas betriebenes Fahrzeug beschrieben. Von einem Tankdruck wird mittels einer Druckminderungseinrichtung das Gas auf einen Versorgungsdruck einer Kraftstoffeinblasvorrichtung reduziert. Es ist eine Heizeinrichtung zur Erwärmung eines Gehäuses um einen Expansionsbereich ausgebildet, um das Gehäuse zu erwärmen. Die Heizeinrichtung ist mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der Erwärmung versehen. Durch die Regelung in Abhängigkeit von einem Parameter, der ein Maß für die Vereisungsgefahr ist, wird erreicht, dass die Erwärmung gezielt im Hinblick auf diese Gefahr erfolgen kann. Das Gas wird dabei auf einer möglichst niedrigen Temperatur belassen, um eine Effizienzsteigerung der Verbrennung zu erreichen.For example, in the document DE 10 2014 218 632 A1 a device for supplying fuel to a compressed gas operated vehicle is described. From a tank pressure, the gas is reduced to a supply pressure of a fuel injection device by means of a pressure reducing device. A heater is provided for heating a housing around an expansion area to heat the housing. The heater is provided with a control device for controlling the heating. By regulating in dependence on a parameter that is a measure of the risk of icing, it is achieved that the heating can be targeted with regard to this risk. The gas is left at the lowest possible temperature in order to achieve an increase in combustion efficiency.

Des Weiteren wird im Dokument DE 10 2014 219 501 A1 eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung für ein mit Erdgas betriebenes Fahrzeug beschrieben, in welchem das Erdgas als liquified natural gas (LNG) in einem Kryotank vorgehalten wird und das Erdgas mittels eines Verdampfers vom flüssigen Aggregatzustand in den gasförmigen Zustand vor einer Kraftstoffeinblasvorrichtung überführt wird. Die notwendige Wärmeenergie für die Verdampfung wird durch das Motorkühlmittel des Fahrzeugs bereitgestellt. Der Verdampfer wird mittels einer Regeleinrichtung geregelt. Es ist bezweckt, eine zu starke Erwärmung des gasförmigen Kraftstoffs zu vermeiden, um den Gesamtwirkungsgrad nicht unerwünscht zu reduzieren sowie um eine höhere Füllung der Brennkammer und somit eine Effizienzsteigerung zu erzielen.Furthermore, in the document DE 10 2014 219 501 A1 a device for fuel supply for a natural gas-powered vehicle is described, in which the natural gas is kept as liquified natural gas (LNG) in a cryotank and the natural gas is transferred by means of an evaporator from the liquid state to the gaseous state in front of a fuel injector. The necessary heat energy for the evaporation is provided by the engine coolant of the vehicle. The evaporator is regulated by means of a control device. It is intended to avoid excessive heating of the gaseous fuel in order not to undesirably reduce the overall efficiency and to achieve a higher filling of the combustion chamber and thus an increase in efficiency.

Die vorliegenden Darstellungen lassen offen, wie für die Praxis eine optimale Ausgestaltung einer bedarfsgerechten Temperierung vorgenommen werden soll.The present illustrations leave open how an optimal configuration of a demand-oriented temperature control should be carried out for the practice.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine schnelle Temperierung eines auf einen Gasdruckwert entspannten gasförmigen Kraftstoffs für eine mit dem gasförmigen Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine zu erreichen.Object of the present invention is to achieve a rapid temperature control of a relaxed to a gas pressure gaseous fuel for an operable with the gaseous fuel internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Kraftstoffversorgung einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.This object is achieved by a method for supplying fuel operable with a gaseous fuel internal combustion engine having the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are characterized in the dependent claims. The features listed individually in the claims can be combined in a technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description and / or details of the figures, with further embodiments of the invention are shown.

Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Kraftstoffversorgung einer mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Methan, betreibbaren Brennkraftmaschine wird ein Gasdruck des gasförmigen Kraftstoffs von einem ersten Gasdruckwert auf einen zweiten Gasdruckwert von einer Druckminderungseinrichtung reduziert. Der gasförmige Kraftstoff, insbesondere das Methan, wird in einem stromab der Druckminderungseinrichtung und stromauf oder innerhalb eines Gasverteilerrails liegenden Expansionsbereich mit einer Temperiereinrichtung temperiert. Dabei wird die Temperierung des gasförmigen Kraftstoffs durch die Temperiereinrichtung mittels einer Regelungseinrichtung geregelt. Erfindungsgemäß wird die Temperiereinrichtung modellbasiert unter Verarbeitung wenigstens eines Maßes für den ersten Gasdruckwert, eines Maßes für die Temperatur im Gasverteilerrail und eines Maßes für den Gasmassenstrom aus dem Gasverteilerrail heraus vorgesteuert betrieben.In the method according to the invention for supplying fuel to an internal combustion engine operable with a gaseous fuel, in particular with methane, a gas pressure of the gaseous fuel is reduced from a first gas pressure value to a second gas pressure value by a pressure reduction device. The gaseous fuel, in particular the methane, is tempered with a temperature control device in an expansion region located downstream of the pressure reduction device and upstream or within a gas distributor rail. In this case, the temperature of the gaseous fuel is regulated by the tempering device by means of a control device. According to the invention, the tempering device is model based on processing at least one measure of the first gas pressure value, a measure of the temperature in the gas distribution rail and a measure of the Gas mass flow out of the gas distribution rail out pilot operated.

Bei dem ersten Gasdruckwert, der Temperatur im Gasverteilerrail und dem Gasmassenstrom aus dem Gasverteilerrail handelt es sich jeweils insbesondere um Istwerte oder Sollwerte. Die Sollwerte können aktuelle Sollwerte oder prädizierte zukünftige Sollwerte sein. Im Zusammenhang der Erfindung bedeutet der Ausdruck „modellbasiert“, dass auf Basis eines Modells, welches die besagten Maße als Eingangsgrößen oder Parameter verarbeitet, Ansteuerungswerte für die Vorsteuerung, insbesondere auf rechnerischem Wege in der Regelungseinrichtung, bestimmt werden. Sodann erfolgt eine Regelung der Ansteuerungswerte in einer Regelschleife. Das Modell umfasst insbesondere eine Berücksichtigung oder Abschätzung des Joule-Thomson-Effekts bei der Expansion des gasförmigen Kraftstoffs.The first gas pressure value, the temperature in the gas distributor rail and the gas mass flow from the gas distributor rail are, in each case, actual values or setpoint values. The setpoints may be actual setpoints or predicted future setpoints. In the context of the invention, the term "model-based" means that, based on a model which processes the said measures as input variables or parameters, control values for the precontrol, in particular by computational means in the control device, are determined. Then there is a control of the control values in a control loop. In particular, the model includes consideration or estimation of the Joule-Thomson effect in the expansion of the gaseous fuel.

Als ein Maß für eine Größe wird im Zusammenhang der Erfindung eine direkte oder indirekte Maßeinheit für die Größe verstanden. Das Maß steht insbesondere in einem eindeutigen oder funktionalen Zusammenhang mit der Größe. Die Brennkraftmaschine kann eine monovalent mit dem gasförmigen Kraftstoff oder (bevorzugt) eine bivalent mit einem weiteren, insbesondere Flüssigkraftstoff, zum Beispiel Diesel oder (bevorzugt) Benzin, betreibbare Brennkraftmaschine sein. Das gasförmige Kraftstoff besteht bevorzugt im Wesentlichen, insbesondere nur, aus Methan. Der gasförmige Kraftstoff kann als compressed natural gas (CNG) vorliegen. Er kann insbesondere Erdgas oder ein auf biologischem Wege gewonnenes Gas sein. In bestimmten alternativen Ausführungsformen kann es sich dagegen um Wasserstoff handeln.As a measure of a size is understood in the context of the invention, a direct or indirect unit of measure for the size. The measure stands in particular in a clear or functional relationship with the size. The internal combustion engine may be a monovalent with the gaseous fuel or (preferably) a bivalent with another, in particular liquid fuel, for example diesel or (preferably) gasoline operable internal combustion engine. The gaseous fuel preferably consists essentially, in particular only, of methane. The gaseous fuel can be present as compressed natural gas (CNG). In particular, it may be natural gas or a biologically derived gas. In certain alternative embodiments, however, it may be hydrogen.

Dank der erfindungsgemäßen Vorsteuerung, die verschiedene Randbedingungen/Parameter einbezieht, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, möglichst schnell den Sollwert für die Temperatur im Gasverteilerrail zu erreichen. Mittels der Vorsteuerung wird die erwartete Abkühlung aufgrund der Expansion des gasförmigen Kraftstoffs direkt in der Ansteuerung der Temperiereinrichtung berücksichtigt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht die Einstellung möglichst niedriger Temperaturen. Das ist vorteilhaft, da diese zu einer höheren Frischgasfüllung oder Brennraumfüllung/Zylinderfüllung führen, wodurch ein verglichen zu höheren Temperaturen höheres Drehmoment beziehungsweise eine größere Leistung ohne sonstige Änderungen resultiert. In der Folge kann daher die besagte aktive Gastemperaturregelung mit Vorsteuerung dazu genutzt werden, minimal mögliche Gastemperaturen aktiv für eine Füllungssteigerung einzusetzen.Thanks to the feedforward control according to the invention, which incorporates various boundary conditions / parameters, it is possible with the method according to the invention to reach the desired value for the temperature in the gas distributor rail as quickly as possible. By means of pilot control, the expected cooling due to the expansion of the gaseous fuel is taken into account directly in the control of the tempering. The procedure according to the invention makes it possible to set the lowest possible temperatures. This is advantageous because they lead to a higher fresh gas filling or combustion chamber filling / cylinder filling, resulting in a higher torque compared to higher temperatures or a greater performance without any other changes. As a result, therefore, said active gas temperature control with pilot control can be used to actively use minimum possible gas temperatures for a filling increase.

Für Ausführungsformen von Brennkraftmaschinen mit Aufladeaggregat, zum Beispiel Turbolader, elektrischem Verdichter oder mechanischem Kompressor, kann im LowEndTorque-Bereich zusätzlich der Ladedruck gesteigert werden, da eine höhere Füllung auch einen Anstieg der Abgasenthalpie ermöglicht, wodurch wiederum mittels einer Abgasturboladers (ATL) mehr Ladedruck bereitgestellt werden kann (Selbstverstärkungseffekt). An der Nennleistung kann die Leistung bei gleicher ATL-Drehzahl gesteigert werden. Alternativ könnte aber auch die Leistung konstant gehalten und die ATL-Drehzahl reduziert werden, wodurch sich eine größere Höhenreserve realisieren lässt.For embodiments of internal combustion engines with turbocharger, for example turbocharger, electric compressor or mechanical compressor, the boost pressure can be additionally increased in the LowEndTorque range, since a higher filling also allows an increase in the exhaust gas enthalpy, which in turn provides more boost pressure by means of an exhaust gas turbocharger (ATL) can be (self-reinforcing effect). At rated power, the power can be increased at the same ATL speed. Alternatively, however, the power could be kept constant and the ATL speed can be reduced, which allows a greater altitude reserve can be realized.

Bevorzugt nutzt in Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kraftstoffversorgung die Temperiereinrichtung eine Kühlmittelflüssigkeit der Brennkraftmaschine als Temperiermittel in der Temperiereinrichtung. Dabei wird der gasförmige Kraftstoff im Expansionsbereich auf eine Solltemperatur, die kleiner als die Isttemperatur des Temperiermittels im Warmbetrieb der Brennkraftmaschine ist, geregelt. Auf diese Weise kann eine tiefere Temperatur des gasförmigen Kraftstoffs im Gasverteilerrail als bei ungeregelter Nutzung der Kühlmittelflüssigkeit erreicht werden. In besonders vorteilhaften Ausführungsformen wird der Massenstrom der Kühlmittelflüssigkeit durch die Temperiereinrichtung mittels eines Aktors eingestellt. Die Einstellung kann beispielsweise durch eine Massenstromreduzierung, zum Beispiel mittels eines Proportionalventils oder eine PWM-angesteuerten Ventils, oder durch getaktete Unterbrechung des Stromes, zum Beispiel mittels eines zu- und aufsperrbaren Absperrventils, erfolgen.In embodiments of the fuel supply method according to the invention, the temperature control device preferably uses a coolant fluid of the internal combustion engine as the temperature control means in the temperature control device. In this case, the gaseous fuel in the expansion region to a target temperature, which is smaller than the actual temperature of the temperature control in the hot operation of the internal combustion engine, regulated. In this way, a lower temperature of the gaseous fuel in the gas distribution rail can be achieved than in unregulated use of the coolant liquid. In particularly advantageous embodiments, the mass flow of the coolant liquid is adjusted by the temperature control means by means of an actuator. The setting can be done for example by a mass flow reduction, for example by means of a proportional valve or a PWM-controlled valve, or by clocked interruption of the current, for example by means of a lockable and lockable shut-off valve.

Bei Ausführungsformen von Brennkraftmaschinen, welche über eine Mehrzahl von Kühlkreisen verfügen, welche jeweils zueinander unterschiedliche Temperaturen aufweisen, kann die Kühlmittelflüssigkeit aus einem Niedertemperaturkühlkreis der Brennkraftmaschine entnommen werden, so dass die erfindungsgemäße Regelung mit Vorsteuerung aufgrund einer niedrigen Vorlauftemperatur der Kühlmittelflüssigkeit zur Temperiereinrichtung von überschüssiger Wärmezufuhr entlastet ist.In embodiments of internal combustion engines, which have a plurality of cooling circuits, which each have mutually different temperatures, the coolant liquid can be removed from a low-temperature cooling circuit of the internal combustion engine, so that the control according to the invention with pilot control relieved due to a low flow temperature of the coolant liquid to the temperature control of excess heat is.

Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Kraftstoffversorgung kann als Maß für den ersten Gasdruckwert ein Tankdruck eines Gastanks verwendet werden und der Tankdruck stromauf der Druckminderungseinrichtung mittels eines Tankdrucksensors gemessen werden. Ein typischer Tankdruckwert für CNG liegt bei 200 bar für volle Tanks, während typischer Arbeitsdrücke für CNG bei 4 bis 16 bar liegen. Insoweit kommt der Expansion vom Tankdruck auf einen Druckwert im Expansionsbereich, welcher entweder ein Mitteldruck- oder Zwischendruckwert oder bereits der Arbeitsdruckwert sein kann, besondere Bedeutung zu, da eine starke Abkühlung erfolgt, so dass in vorteilhafter Weise das erfindungsgemäße Verfahren bei dieser Expansion zum Einsatz gelangt.In the fuel supply method according to the invention, a tank pressure of a gas tank can be used as a measure of the first gas pressure value, and the tank pressure upstream of the pressure reduction device can be measured by means of a tank pressure sensor. A typical tank pressure value for CNG is 200 bar for full tanks, while typical working pressures for CNG are 4 to 16 bar. In that regard, the expansion of the tank pressure to a pressure value in the expansion range, which may be either a medium pressure or intermediate pressure value or already the working pressure value, is of particular importance, since a strong cooling takes place, so that advantageously the method according to the invention is used in this expansion ,

In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der gasförmige Kraftstoff stromauf der Druckminderungseinrichtung (zusätzlich) geheizt werden, damit der gasförmige Kraftstoff von einer möglichst hohen Temperatur ausgehend entspannt wird. In a further development of the method according to the invention, the gaseous fuel upstream of the pressure reduction device (in addition) can be heated, so that the gaseous fuel is expanded starting from the highest possible temperature.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gasförmige Kraftstoff an einer Mehrzahl von Einleitungsstellen in Einlasskanälen eines Frischgasleitungssystem der Brennkraftmaschine aus dem Gasverteilerrail über Gasinjektoren in das Frischgasleitungssystem eingeblasen. Mit anderen Worten, es gelangt das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt bei Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinblasung zum Einsatz. Typische Gasdruckwerte der Saugrohreinblasung liegen bei etwa von 4 bis 10 bar, während typische Gasdruckwerte bei Direkteinblasung etwa von 4 bis 16 bar.In particularly preferred embodiments of the inventive method, the gaseous fuel is injected at a plurality of introduction points in inlet channels of a fresh gas line system of the internal combustion engine from the gas distributor rail via gas injectors in the fresh gas line system. In other words, the inventive method is preferably used in internal combustion engines with Saugrohreinblasung used. Typical gas pressure values of the intake manifold injection are approximately from 4 to 10 bar, while typical gas pressure values for direct injection are approximately from 4 to 16 bar.

In konkreter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Solltemperatur für die Temperierung des gasförmigen Kraftstoffs in Abhängigkeit von einer Füllung eines Brennraums der Brennkraftmaschine vorgegeben. Auf diese vorteilhafte Weise kann die Motorsteuerung der Brennkraftmaschine, insbesondere wenn deren Betrieb füllungsbezogen gesteuert/geregelt wird, mit der Kraftstoffversorgung mit einem gasförmigen Kraftstoff verbunden werden.In a concrete embodiment of the method according to the invention, the desired temperature for the temperature control of the gaseous fuel in dependence on a filling of a combustion chamber of the internal combustion engine is specified. In this advantageous manner, the engine control of the internal combustion engine, in particular when the operation of the fuel-related controlled / regulated, be connected to the fuel supply with a gaseous fuel.

Im Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht auch eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Brennkraftmaschine. Dieser Vorrichtung umfasst eine Druckminderungseinrichtung zur Reduzierung eines Gasdrucks des gasförmigen Kraftstoffs von einem ersten Druckwert auf einen zweiten Druckwert, ein Gasverteilerrail, eine Temperiereinrichtung und einen stromab der Druckminderungseinrichtung und stromauf oder innerhalb des Gasverteilerrails liegenden Expansionsbereich. Im Expansionsbereich ist der gasförmigen Kraftstoff durch die Temperiereinrichtung temperierbar. Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einer Regelungseinrichtung zur Regelung der Temperierung durch die Temperiereinrichtung, wobei die Regelungseinrichtung eine Speichereinheit umfasst, in welcher ein Programm abgelegt ist, welches bei wenigstens teilweiser Ausführung in einer Recheneinheit der Regelungseinrichtung die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kraftstoffversorgung mit Merkmalen oder einer Merkmalskombination gemäß dieser Darstellung ausführt.In the context of the inventive idea, there is also a device for supplying fuel to an internal combustion engine operable with a gaseous fuel. This device comprises a pressure reduction device for reducing a gas pressure of the gaseous fuel from a first pressure value to a second pressure value, a gas distributor rail, a tempering device and an expansion region downstream of the pressure reduction device and upstream or inside the gas distributor rail. In the expansion region of the gaseous fuel is tempered by the tempering. Furthermore, the inventive device comprises a control device for controlling the temperature control by the tempering device, wherein the control device comprises a memory unit in which a program is stored, which at least partially executed in a computing unit of the control device, the steps of the inventive method for fuel supply with features or performs a feature combination according to this representation.

Die Recheneinheit kann ein Motorsteuergerät oder ein Teil eines Motorsteuergeräts sein.The arithmetic unit may be an engine control unit or a part of an engine control unit.

Darüber hinaus kann die Temperiereinrichtung eine elektrische Heizung umfassen. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist eine Temperierung des gasförmigen Kraftstoffs unabhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine, insbesondere von der Temperatur des Kühlmittelflüssigkeit der Brennkraftmaschine, möglich.In addition, the tempering may include an electric heater. In such an embodiment, a temperature control of the gaseous fuel is independent of the temperature of the internal combustion engine, in particular of the temperature of the coolant liquid of the internal combustion engine, possible.

Alternativ dazu oder des Weiteren kann die Druckminderungseinrichtung in Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung eine mechanische Druckreduziervorrichtung und ein elektrisch ansteuerbares elektromechanisches Zumessventil stromauf des Gasverteilerrails aufweisen. Mit anderen Worten, die Expansion des gasförmigen Kraftstoffs kann kontrolliert mehrstufig erfolgen. Die Druckreduziervorrichtung und das Zumessventil können in einem kompakten Bauteil integriert aufgebaut sein. Die Druckminderungseinrichtung weist dann eine Kammer mit einem Mitteldruckwert des gasförmigen Kraftstoffs auf, welche insbesondere stromab der Druckreduziervorrichtung und/oder stromauf des Gasverteilerrails liegt. Diese Kammer kann den Expansionsbereich darstellen. Der Joule-Thomson-Effekt kann besonders maßgeblich bei der Passage des gasförmigen Kraftstoffs durch die Druckreduziervorrichtung eintreten, insbesondere vor dem Hintergrund, dass typischerweise mittels dieser eine Entspannung des Gases um etwa eine Größenordnung von Druckwerten, insbesondere gemessen in bar, erfolgt. Daher ist eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise an dieser Stelle, in der Kammer, besonders vorteilhaft. Alternativ dazu liegt der Expansionsbereich stromab des Zumessventils, insbesondere im Gasverteilerrail. Die erfindungsgemäße Durchführung der Tempererierung ist an dieser Stelle bedeutsam, da das Gas ausgehend vom Gasverteilerrail für die Gemischbildung, sei es ins Saugrohr oder in eine Brennkammer, zugemessen wird. In konkreten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann sowohl eine Temperierung der Kammer als auch eine (von der Kammertemperierung unabhängige) Temperierung des Gasverteilerrails erfolgen.Alternatively or further, in embodiments of the fuel supply device according to the invention, the pressure reduction device may have a mechanical pressure reducing device and an electrically controllable electromechanical metering valve upstream of the gas distributor rail. In other words, the expansion of the gaseous fuel can be carried out in a multi-stage controlled manner. The pressure reducing device and the metering valve can be constructed integrated in a compact component. The pressure reduction device then has a chamber with a mean pressure value of the gaseous fuel, which in particular lies downstream of the pressure reducing device and / or upstream of the gas distributor rail. This chamber can represent the expansion area. The Joule-Thomson effect can be particularly significant in the passage of the gaseous fuel through the pressure reducing device, especially against the background that typically by means of this a relaxation of the gas by about an order of magnitude of pressure values, in particular measured in bar occurs. Therefore, an application of the procedure according to the invention at this point, in the chamber, is particularly advantageous. Alternatively, the expansion region is downstream of the metering valve, in particular in the gas distribution rail. The implementation of the tempering according to the invention is significant at this point, since the gas, starting from the gas distributor rail, is metered for mixture formation, be it into the intake manifold or into a combustion chamber. In concrete embodiments of the procedure according to the invention, it is possible both to control the temperature of the chamber and to control the temperature of the gas distributor rail (independent of the chamber temperature control).

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Brennkraftmaschinen, welche Brennverfahren mit gasförmigen Kraftstoff, insbesondere CNG oder Methan, nutzen, zum Einsatz gelangen. Der gasförmige Kraftstoff kann ins Saugrohr an mehreren Stellen (MPI) oder direkt in die Brennkammern (DI) eingeblasen werden. Für die Saugrohreinblasung werden typischerweise Raildrücke von 4 bis 10 bar, bei der Direkteinblasung bis zu 16 bar eingestellt.The method according to the invention can be used in internal combustion engines which use combustion processes with gaseous fuel, in particular CNG or methane. The gaseous fuel can be injected into the intake manifold at several points (MPI) or directly into the combustion chambers (DI). For intake manifold injection, rail pressures of 4 to 10 bar are typically set, and up to 16 bar for direct injection.

Eine flexibel betreibbare Brennkraftmaschine, welche insbesondere zur praktischen Nutzung in Landkraftfahrzeugen vorteilhaft ist, wird durch eine Brennkraftmaschine dargestellt, welche bivalent mit einem Flüssigkraftstoff und einem gasförmigen Kraftstoff fremdgezündet, insbesondere mittels Zündfunken, betreibbar ist und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung mit den Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung aufweist. Der Flüssigkraftstoff ist bevorzugt Benzin und der gasförmige Kraftstoff bevorzugt Methan in Form von CNG. In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird der gasförmige Kraftstoff ins Saugrohr an mehreren Stellen eingeblasen (MPI) und der Flüssigkraftstoff direkt in die Brennkammern eingespritzt (DI).A flexibly operable internal combustion engine, which is particularly advantageous for practical use in agricultural vehicles, is represented by an internal combustion engine, which is bivalent with a liquid fuel and a gaseous Fuel externally ignited, in particular by means of sparks, is operable and has a device according to the invention for supplying fuel with the features or feature combinations according to this illustration. The liquid fuel is preferably gasoline and the gaseous fuel preferably methane in the form of CNG. In preferred embodiments of the internal combustion engine according to the invention, the gaseous fuel is blown into the intake manifold at several locations (MPI) and the liquid fuel is injected directly into the combustion chambers (DI).

Die Brennkraftmaschine kann des Weiteren aufgeladen sein, insbesondere mittels eines Abgasturboladers oder eines elektrisch angetriebenen Verdichters. Alternativ dazu oder darüber hinaus kann die Brennkraftmaschine Teil eines Hybridantriebs sein. Der Hybridantrieb kann ein elektrisches Antriebsaggregat umfassen.The internal combustion engine may further be charged, in particular by means of an exhaust gas turbocharger or an electrically driven compressor. Alternatively or in addition, the internal combustion engine may be part of a hybrid drive. The hybrid drive may comprise an electric drive unit.

In vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist die Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung brennkraftmaschinennah angeordnet. Dabei ist Wärmeenergie von der Brennkraftmaschine auf Teile der Vorrichtung stromauf der Druckminderungseinrichtung übertragbar und/oder sind Teile der Vorrichtung stromab der Druckminderungseinrichtung thermisch abgeschirmt von der Brennkraftmaschine und/oder in einer Kühlluftströmung positioniert. Auf diese Weise werden extern auf die Vorrichtung einwirkende Wärmequellen genutzt beziehungsweise externe Wärmesenken von der Vorrichtung entkoppelt. Diese Maßnahmen unterstützen eine präzise und/oder schnelle geregelte Temperierung.In advantageous developments of the internal combustion engine according to the invention, the device for fuel supply is arranged close to the combustion engine. In this case, heat energy from the internal combustion engine to parts of the device upstream of the pressure reduction device is transferable and / or parts of the device downstream of the pressure reduction device thermally shielded by the internal combustion engine and / or positioned in a cooling air flow. In this way, externally applied to the device heat sources are used or decoupled external heat sinks from the device. These measures support precise and / or fast regulated temperature control.

Im Zusammenhang der Erfindung steht auch ein Landkraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Merkmalen oder einer Merkmalskombination gemäß dieser Darstellung. Insbesondere ist die Brennkraftmaschine ein Teil des Antriebssystems des Landkraftfahrzeugs. Das Landkraftfahrzeug kann insbesondere ein gleisloses Landkraftfahrzeug und/oder ein Radlandkraftfahrzeug sein. Konkret kann das Landkraftfahrzeug ein Personenwagen, ein Bus oder ein Nutzkraftfahrzeug sein.In the context of the invention is also an agricultural vehicle with an internal combustion engine according to the invention with features or a feature combination according to this representation. In particular, the internal combustion engine is a part of the drive system of the land vehicle. The land vehicle may in particular be a trackless land vehicle and / or a Radlandkraftfahrzeug. Specifically, the land vehicle may be a passenger car, a bus or a utility vehicle.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Temperiereinrichtung des erfindungsgemäßen Landkraftfahrzeug in Fluidverbindung mit einer Klimaanlage des Landkraftfahrzeugs zur Leitung wenigstens eines Teils eines Wärmeträgerfluids der Klimaanlage durch die Temperiereinrichtung stehen. Auf diese Weise kann alternativ oder in Ergänzung zur Kühlmittelflüssigkeit der Brennkraftmaschine auch das Wärmeträgerfluid als Energieträger zum Einsatz gelangen. Es kann damit in gegebenen Betriebssituationen eine weitere Wärmezufuhr zur oder einer weitere Wärmeableitung von der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung bedarfsgerecht erfolgen.In an advantageous development, the tempering device of the agricultural vehicle according to the invention may be in fluid communication with an air conditioning system of the agricultural vehicle for guiding at least part of a heat transfer fluid of the air conditioning system through the tempering device. In this way, alternatively or in addition to the coolant liquid of the internal combustion engine, the heat transfer fluid can be used as an energy source. It can be done as needed in given operating situations, a further supply of heat to or further heat dissipation from the device for fuel supply according to the invention.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figur dargestellt. Die Figur zeigt:

1 ein Schema einer Topologie einer vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine in einem Landkraftfahrzeug mit gasförmigem Kraftstoff.

Further advantages and advantageous embodiments and developments of the invention will be described with reference to the following description with reference to the figure. The figure shows:

1 a diagram of a topology of an advantageous embodiment of an inventive device for supplying fuel to an internal combustion engine in an agricultural vehicle with gaseous fuel.

Die konkret bevorzugte Ausführungsform ist eine Vorrichtung für eine bivalent mit CNG/Erdgas und mit Benzin betreibbare aufladbare Brennkraftmaschine, wobei das CNG/Erdgas in einer MPI-Konfiguration und das Benzin in einer DI-Konfiguration zugeführt wird. Das in der 1 nur durch einen Kasten schematisiert dargestellte Landkraftfahrzeug 10 weist eine Kraftstoffversorgung 12 mit CNG/Erdgas für eine Brennkraftmaschine 14 auf. Aus einem Drucktank 16 wird Erdgas entnommen und über eine Gasleitung einer Druckminderungseinrichtung 18 zugeführt, in welcher der Gasdruck von einem Tankdruckwert - bis zu 200 bar - auf einen Arbeitsdruckwert - von etwa 4 bis 10 bar - reduziert wird, indem das Erdgas entspannt wird, wobei sich das Gas infolge des Joule-Thomson-Effektes abkühlt. Von der Druckminderungseinrichtung 18 gelangt das Erdgas über eine Gasleitung in ein Gasverteilerrail 26, in welchem der besagte Arbeitsdruck herrscht. Vom Gasverteilerrail 26 aus gelangt das Gas über Gasinjektoren in ein Saugrohr 28 der Brennkraftmaschine 14. In der 1 sind keine Teile der Kraftstoffversorgung mit Benzin gezeichnet, um die Darstellung nicht zu überfrachten.The specifically preferred embodiment is an apparatus for bivalent CNG / natural gas and gasoline operable chargeable internal combustion engine wherein the CNG / natural gas is supplied in an MPI configuration and the gasoline is supplied in a DI configuration. That in the 1 only by a box schematically illustrated land vehicle 10 has a fuel supply 12 with CNG / natural gas for an internal combustion engine 14 on. From a pressure tank 16 Natural gas is extracted and via a gas line of a pressure reducing device 18 supplied, in which the gas pressure of a tank pressure value - up to 200 bar - to a working pressure value - from about 4 to 10 bar - is reduced by the natural gas is expanded, whereby the gas cools due to the Joule-Thomson effect. From the pressure reducer 18 The natural gas passes through a gas line in a gas distribution rail 26 , in which said working pressure prevails. From the gas distribution rail 26 from the gas passes through gas injectors in a suction pipe 28 the internal combustion engine 14 , In the 1 No parts of the fuel supply are drawn with gasoline so as not to overload the display.

Die Druckminderungseinrichtung 18 ist in bevorzugter Ausführung zweistufig ausgeführt: Das Erdgas gelangt aus dem Drucktank 16 zunächst zu einer Druckreduziervorrichtung 20. Die Druckreduziervorrichtung 20 ist bevorzugt mechanisch geregelt ausgeführt und verringert den Druck vom (variablen) Tankdruck auf einen (im Wesentlich konstanten) Mitteldruck in einer Kammer 24. Von dieser Kammer 24 aus wird das Erdgas dem Gasverteilerrail 26 mit einem Zumessventil 22 kontrolliert zugeführt: Das Zumessventil 22 ist bevorzugt elektrisch angesteuert, zum Beispiel mittels eines PWM-Signals, insbesondere derart hochfrequent, dass sich ein Öffnungsverhalten proportional zur Ansteuerungsstärke ergibt, und reduziert den Mitteldruck weiter auf den besagten Arbeitsdruck im Gasverteilerrail 26. Baulich sind die zwei Stufen der Druckminderungseinrichtung 18 integriert in einem Bauteil ausgeführt.The pressure reducing device 18 is executed in two stages in a preferred embodiment: The natural gas passes out of the pressure tank 16 first to a pressure reducing device 20 , The pressure reducing device 20 is preferably carried out mechanically controlled and reduces the pressure of the (variable) tank pressure to a (substantially constant) medium pressure in a chamber 24 , From this chamber 24 the natural gas becomes the gas distributor rail 26 with a metering valve 22 controlled supplied: The metering valve 22 is preferably electrically controlled, for example by means of a PWM signal, in particular such high frequency that results in an opening behavior proportional to the driving force, and further reduces the mean pressure to said working pressure in Gasverteilerrail 26 , Structurally, the two stages of the pressure reducing device 18 integrated in one component.

Um zu vermeiden, dass bei kalten Umgebungsbedingungen sehr niedrige Bauteiltemperaturen, insbesondere an der Druckminderungseinrichtung 18, der Gasverbindung zum Gasverteilerrail 236, dem Gasverteilerrail 26 und den Gasinjektoren, entstehen, wird die Druckminderungseinrichtung 18 mit Motorkühlflüssigkeit zur Temperierung durchströmt. Wenn (in der Regel) die Motorkühlflüssigkeit wärmer als das entspannte, aufgrund des Joule-Thomson-Effekts abgekühlte Gas ist, wird das Erdgas auf diese Weise aufgeheizt. Konkret ist in der in der 1 gezeigten Ausführungsform eine Temperiereinrichtung 30 gezeigt. Ausgehend vom Kühlsystem 38 der Brennkraftmaschine 14 gelangt Kühlflüssigkeit über Kühlflüssigkeitsleitungen 40 zur Temperiereinrichtung 30 und zurück. Die Temperiereinrichtung 30 ist in vorteilhafter Weise zweistufig ausgeführt, so dass jede Expansionsstufe der zweistufig ausgeführten Druckminderungseinrichtung 18 bedarfsgerecht und unabhängig voneinander temperiert werden kann.To avoid that in cold ambient conditions very low Component temperatures, in particular at the pressure reducing device 18 , the gas connection to the gas distribution rail 236 , the gas distribution rail 26 and the gas injectors, arise, the pressure reducing device 18 flows through with engine coolant for temperature control. If (usually) the engine coolant is warmer than the relaxed gas cooled due to the Joule-Thomson effect, the natural gas is heated in this manner. Specifically, in the in the 1 embodiment shown a tempering 30 shown. Starting from the cooling system 38 the internal combustion engine 14 coolant passes through coolant lines 40 for tempering device 30 and back. The tempering device 30 is advantageously carried out in two stages, so that each expansion stage of the two-stage pressure reducing device 18 can be tempered according to needs and independently of each other.

Die Temperierung des Erdgases durch die Temperiereinrichtung 30 wird mittels einer Regelungseinrichtung 32 - wie folgt dargestellt - (aktiv) geregelt. Die Regelungseinrichtung 32 hat eine Speichereinheit 34 und eine Recheneinheit 36. Im Speicher 34 ist ein Programm abgelegt, welches bei wenigstens teilweiser Ausführung in einer Recheneinheit 36 der Regelungseinrichtung 32 ein Verfahren zur Kraftstoffversorgung ausführt, in welchem die Temperiereinrichtung 30 geregelt betrieben wird. Die Regelung ist mit einer modellbasierten Vorsteuerung ausgestattet: Die Regelungseinrichtung 32 ist in der in der 1 gezeigten Ausführungsform über Signalleitungen 50 mit einer Mehrzahl von Sensoren verbunden: Es gibt einen Raildrucksensor 42, mit dessen Hilfe der Druckwert innerhalb des Gasverteilerrails 26 gemessen werden kann. Des Weiteren gibt es einen Tankdrucksensor 44, mit dessen Hilfe der Druck stromauf der Druckminderungseinrichtung 18 messbar ist. Ferner werden die Temperatur im Gasverteilerrail 26 mit einem Railtemperatursensor 46 und die Temperatur der Kühlmittelflüssigkeits mittels eines Kühlmittelflüssigkeitstemperatursensors 48 gemessen. In dieser bevorzugten Ausführungsform dienen direkt der Tankdruck als Maß für den ersten Gasdruckwert, die Gasverteilerrailtemperatur als Maß für die Temperatur im Gasverteilerrail und der Druck innerhalb des Gasverteilerrails 26 als Maßes für den Gasmassenstrom aus dem Gasverteilerrail heraus.The tempering of the natural gas by the tempering 30 is by means of a control device 32 - as follows - (actively) regulated. The control device 32 has a storage unit 34 and a computing unit 36 , In the storage room 34 is a program stored, which at least partial execution in a computing unit 36 the control device 32 performs a method of fuel supply, in which the tempering 30 is operated regulated. The control is equipped with a model-based pilot control: the control device 32 is in the in the 1 shown embodiment via signal lines 50 connected to a plurality of sensors: There is a rail pressure sensor 42 , with the help of which the pressure value within the gas distribution rail 26 can be measured. There is also a tank pressure sensor 44 , with the help of which the pressure upstream of the pressure reducing device 18 is measurable. Further, the temperature in Gasverteilerrail 26 with a rail temperature sensor 46 and the temperature of the coolant liquid by means of a coolant liquid temperature sensor 48 measured. In this preferred embodiment, the tank pressure directly serve as a measure of the first gas pressure value, the gas distribution line temperature as a measure of the temperature in the gas distribution rail and the pressure within the gas distribution rail 26 as a measure of the gas mass flow out of the gas distribution rail.

Unter Verarbeitung der gemessenen drei Größen Tankdruckwert, Gasverteilerrailtemperaturwert und Druckwert innerhalb des Gasverteilerrails als Parameter des Modells für die Gasexpansion aufgrund des Joule-Thomson-Effekts wird eine erwartete Temperaturerniedrigung bestimmt. In Kenntnis der Temperatur der Kühlmittelflüssigkeit 48, welche mittels des Kühlmittelflüssigkeitstemperatursensors gemessen wird, wird sodann die Regelung der Gasrailtemperatur mittels der Temperiereinrichtung 30 vorgesteuert betrieben. Das heißt, der erwarteten Temperaturerniedrigung wird eine adäquate Temperierleistung mittels einer adaptierten Zufuhr von Kühlmittelflüssigkeit entgegengestellt. Insbesondere wird nur eine ausreichende, aber keine zu große Menge an Kühlmittelflüssigkeit zur Temperierung eingesetzt. Eine Vorsteuerung ist verglichen zu einer Einregelung in Reaktion auf Messgrößenveränderungen schneller.By processing the measured three values tank pressure value, gas distribution rail temperature value and pressure value within the gas distribution rail as a parameter of the gas expansion model due to the Joule-Thomson effect, an expected temperature decrease is determined. In knowledge of the temperature of the coolant fluid 48 , which is measured by means of the coolant liquid temperature sensor, then the control of the gas rail temperature by means of the temperature control 30 operated pre-controlled. That is, the expected temperature reduction is opposed to an adequate temperature control by means of an adapted supply of coolant liquid. In particular, only a sufficient, but not too large amount of coolant liquid is used for temperature control. Feedforward is faster compared to tuning in response to changes in the measured quantities.

Auf diese Weise ist, insbesondere in Situationen mit betriebswarmer Brennkraftmaschine 14, in vorteilhafter Weise vermeidbar, dass die Gasrailtemperatur höher als erforderlich, insbesondere als optimal niedrig, ist. Damit kann das Gas bedarfsgerecht erwärmt werden, ansonsten aber deutlich kälter in das Saugrohr 28 und damit in die Brennräume der Brennkraftmaschine 14 geführt werden, als es bei einer passiv auf den kritischen Anwendungsfall ausgelegten Beheizung ist. Direkter Vorteil einer möglichst kalten Zufuhr von Erdgas ist eine vergleichsweise höhere Füllung. In der Folge kann die aktive Gastemperaturregelung auch dazu genutzt werden, begrenzt zur Verfügung stehende Wärme zu anderen Zwecken, insbesondere zum Aufheizen der Brennkraftmaschine bei einem Kaltstart oder zum Heizen anderer Bauteile oder Räume, zum Beispiel einer nicht zeichnerisch dargestellten Fahrgastzelle des Landfahrzeugs 10, einzusetzen.In this way, especially in situations with operationally warm internal combustion engine 14 , advantageously avoidable, that the gas rail temperature is higher than required, in particular as optimally low. Thus, the gas can be heated as needed, but otherwise much colder in the intake manifold 28 and thus in the combustion chambers of the internal combustion engine 14 be guided, as it is in a passively designed for the critical application heating. The direct advantage of supplying natural gas as cold as possible is a comparatively higher filling. As a result, the active gas temperature control can also be used to provide limited available heat for other purposes, in particular for heating the internal combustion engine during a cold start or for heating other components or rooms, for example a non-illustrated passenger compartment of the land vehicle 10 to use.

Neben der beschriebenen bedarfsgerechten aktiven Regelung der Gasrailtemperatur auf ein niedrigstmögliches Temperaturniveau, um die oben beschriebenen Vorteile einer niedrigen Gasrailtemperatur nutzen zu können, sind noch die Aspekte der bedarfsgerechte Beheizung der Kraftstoffversorgung 12, wenn dies zum Beispiel aus Bauteilschutzgründen erforderlich ist, und die aktive Kühlung der Kraftstoffversorgung 12 zur Erreichung des gewünschten Gastemperaturniveaus aufzuführen.In addition to the described needs-based active control of the gas rail temperature to a lowest possible temperature level in order to use the advantages of a low Gasrailtemperatur described above, are still the aspects of demand heating of the fuel supply 12 if this is necessary, for example, for component protection reasons, and the active cooling of the fuel supply 12 to achieve the desired gas temperature level.

In Bezug auf die bedarfsgerechte Heizung ist zunächst festzuhalten, dass eine aktiv geregelte Zufuhr von warmer Kühlmittelflüssigkeit im Rahmen der Temperierung der Druckminderungseinrichtung nicht nur im Hinblick auf den Ausgleich der Joule-Thomson-Effekt bedingten Abkühlung erfolgen kann, sondern auch eine gastemperaturabhängige Ansteuerung der bedarfsgerechten Kühlmittelflüssigkeitsmenge mit dem Zweck der Aufheizung durchgeführt werden kann.With regard to the need-based heating is first noted that an actively regulated supply of warm coolant fluid in the context of temperature control of the pressure reducing device can be done not only in terms of balancing the Joule-Thomson effect-related cooling, but also a gas-temperature-dependent control of the need-based amount of coolant fluid can be performed with the purpose of heating.

In vorteilhaften Ausführungsformen der um eine integrierte elektrische Heizung weiterentwickelten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung weist die Temperiereinrichtung 30, konkret die Druckminderungseinrichtung 18, eine äußere oder innere Beschichtung der Druckminderungseinrichtung 18 mit einem medienstabilen Heizlack und/oder einen PTC-Heizer auf. 5). Damit steht auch im Kaltstart oder beim Warmlauf der Brennkraftmaschine 14 eine Wärmezufuhr durch die Kühlmitteflüssigkeit zur Verfügung. Der PTC-Heizer kann insbesondere eingesetzt werden, um entweder das Gas und/oder die Kühlmittelflüssigkeit, welche die Druckminderungseinrichtung 18 durchströmt, vorzuheizen.In advantageous embodiments of the invention further developed by an integrated electric heater fuel supply device, the temperature control device 30 , Specifically, the pressure reducing device 18 , an outer or inner coating of the pressure reducing device 18 with a media-stable heating varnish and / or a PTC heater. 5). This is also in the Cold start or warm-up of the engine 14 a heat supply through the Kühlmitteflüssigkeit available. In particular, the PTC heater can be used to charge either the gas and / or the coolant fluid which is the pressure reducer 18 flows through, preheat.

Insbesondere für Ausführungsformen mit der in der 1 gezeigten Topologie ist eine brennkraftmaschinennahe Positionierung der Druckminderungseinrichtung 18 vorteilhaft. Dadurch sind Schlauch- beziehungsweise Leitungslängen von der Druckminderungseinrichtung 18 zum Gasverteilerrail 26 möglichst kurz. Eine Entspannung des Gases auf den angeforderten Arbeitsdruck kann möglichst dicht am Ort der Einblasung in das Saugrohr 28 erfolgen. Da eine minimal beheizte Kraftstoffversorgung 12 durch die aktive Temperaturregelung vor zu tiefen Bauteiltemperaturen geschützt werden muss, können darüber hinaus Maßnahmen ergriffen werden, die unvermeidbare Wärmeübergänge auf das Gassystem, zum Beispiel durch die Motorraumwärme auf den Bereich stromauf der Druckminderungseinrichtung 18 wirken zu lassen. Wenn die Gastemperatur drucktankseitig höher ist, ist die Tiefsttemperatur nach der Entspannung ebenfalls höher, so dass gegebenenfalls weniger stromab der Druckminderungseinrichtung 18 aufzuheizen ist.In particular, for embodiments with in the 1 The topology shown is an engine-near positioning of the pressure reducing device 18 advantageous. As a result, hose or line lengths of the pressure reducing device 18 to the gas distribution rail 26 as short as possible. A relaxation of the gas to the required working pressure can be as close to the place of injection into the intake manifold 28 respectively. As a minimally heated fuel supply 12 In addition, measures must be taken by the active temperature control to protect against excessive component temperatures, the unavoidable heat transfer to the gas system, for example, by the engine room heat to the area upstream of the pressure reducing device 18 to let act. If the gas temperature is higher on the pressure tank side, the lowest temperature after the expansion is also higher, so that possibly less downstream of the pressure reduction device 18 is to heat up.

Ebenfalls nicht zeichnerisch in der 1 als Weiterentwicklungen dargestellt sind eine thermische Abschirmung der Kraftstoffversorgung 12 und/oder eine Positionierung der Kraftstoffversorgung 12 im Kühlluftstrom des Landkraftfahrzeugs 10. Auf diese Weise können unvermeidbare Wärmeübergänge minimiert werden. Dabei ist eine möglichst tiefe Position im Kühlerbereich der Brennkraftmaschine 14 bevorzugt.Also not graphically in the 1 shown as further developments are a thermal shielding of the fuel supply 12 and / or a positioning of the fuel supply 12 in the cooling air flow of the land vehicle 10 , In this way unavoidable heat transfer can be minimized. In this case, the lowest possible position in the radiator area of the internal combustion engine 14 prefers.

In Bezug auf die aktive Kühlung ist noch festzuhalten, dass bei Ausführungsformen mit in Hochtemperatur- und Niedertemperaturkreise strukturierten Kühlsystemen 38 die Temperiereinrichtung 30 mit Kühlmittelflüssigkeit aus dem Niedertemperaturkreis bevorzugt erfolgt. Darüber hinaus oder alternativ dazu wird in Weiterentwicklungen das Kühlungsangebot einer Klimaanlage aktiv genutzt, falls das Landkraftfahrzeug 10 eine derartige umfasst.With regard to the active cooling, it should also be noted that in embodiments with cooling systems structured in high-temperature and low-temperature circuits 38 the tempering device 30 with coolant liquid from the low-temperature circuit is preferably carried out. In addition, or alternatively, in further developments, the cooling system of an air conditioning system is actively used, if the land vehicle 10 such includes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: LandkraftfahrzeugCountry vehicle
1212: KraftstoffversorgungFuel supply
1414: BrennkraftmaschineInternal combustion engine
1616: Drucktankpressure tank
1818: DruckminderungseinrichtungPressure reducing device
2020: Druckreduziervorrichtungpressure reducing device
2222: Zumessventilmetering
2424: Kammerchamber
2626: GasverteilerrailGas distributor rail
2828: Saugrohrsuction tube
3030: Temperiereinrichtungtempering
3232: Regelungseinrichtungcontrol device
3434: SpeicherStorage
3636: Recheneinheitcomputer unit
3838: Kühlsystem der BrennkraftmaschineCooling system of the internal combustion engine
4040: KühlmittelflüssigkeitsleitungRefrigerant liquid line
4242: RaildrucksensorRail pressure sensor
4444: TankdrucksensorTank pressure sensor
4646: RailtemperatursensorRail temperature sensor
4848: KühlmittelflüssigkeitstemperatursensorCoolant fluid temperature sensor
5050: Signalleitungsignal line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014218632 A1 [0003]DE 102014218632 A1 [0003]
DE 102014219501 A1 [0004]DE 102014219501 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Kraftstoffversorgung (12) einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Brennkraftmaschine (14), in welchem ein Gasdruck des gasförmigen Kraftstoffs von einem ersten Gasdruckwert auf einen zweiten Gasdruckwert von einer Druckminderungseinrichtung (18) reduziert wird und der gasförmige Kraftstoff in einem stromab der Druckminderungseinrichtung (18) und stromauf oder innerhalb eines Gasverteilerrails (26) liegenden Expansionsbereich mit einer Temperiereinrichtung (30) temperiert wird, wobei die Temperierung des gasförmigen Kraftstoffs durch die Temperiereinrichtung (30) mittels einer Regelungseinrichtung (32) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet dass die Temperiereinrichtung (30) modellbasiert unter Verarbeitung wenigstens eines Maßes für den ersten Gasdruckwert, eines Maßes für die Temperatur im Gasverteilerrail (26) und eines Maßes für den Gasmassenstrom aus dem Gasverteilerrail (26) heraus vorgesteuert betrieben wird.A method of fueling (12) an internal combustion engine (14) operable with a gaseous fuel in which a gas pressure of the gaseous fuel is reduced from a first gas pressure value to a second gas pressure level by a pressure reducing means (18) and the gaseous fuel is downstream of the pressure reducing means (12). 18) and upstream or within a gas distribution rail (26) lying expansion range with a temperature control (30) is controlled, the temperature of the gaseous fuel by the temperature control (30) by means of a control device (32) is controlled, characterized in that the temperature control (30 ) is operated pilot-operated by processing at least one measure of the first gas pressure value, a measure of the temperature in the gas distribution rail (26), and a measure of the gas mass flow from the gas distribution rail (26).

Verfahren zur Kraftstoffversorgung (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Temperiereinrichtung (30) eine Kühlmittelflüssigkeit der Brennkraftmaschine (14) als Temperiermittel in der Temperiereinrichtung (30) nutzt und der gasförmige Kraftstoff im Expansionsbereich auf eine Solltemperatur, die kleiner als die Isttemperatur des Temperiermittels im Warmbetrieb der Brennkraftmaschine (14) ist, geregelt wird.Method for fuel supply (12) according to Claim 1 , characterized in that the tempering device (30) uses a coolant liquid of the internal combustion engine (14) as tempering in the tempering (30) and the gaseous fuel in the expansion region to a target temperature which is smaller than the actual temperature of the temperature control in the warm operation of the internal combustion engine (14) , is regulated.

Verfahren zur Kraftstoffversorgung (12) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass der Massenstrom der Kühlmittelflüssigkeit durch die Temperiereinrichtung (30) eingestellt wird.Method for fuel supply (12) according to Claim 2 , characterized in that the mass flow of the coolant liquid is adjusted by the tempering device (30).

Verfahren zur Kraftstoffversorgung (12) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet dass die Kühlmittelflüssigkeit aus einem Niedertemperaturkühlkreis der Brennkraftmaschine (14) entnommen wird.Method for fuel supply (12) according to Claim 2 or 3 , characterized in that the coolant liquid is removed from a low-temperature cooling circuit of the internal combustion engine (14).

Verfahren zur Kraftstoffversorgung (12) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass als Maß für den ersten Gasdruckwert ein Tankdruck eines Gastanks verwendet wird und der Tankdruck stromauf der Druckminderungseinrichtung mittels eines Tankdrucksensors gemessen wird.Method for fuel supply (12) according to one of the preceding claims, characterized in that a tank pressure of a gas tank is used as a measure of the first gas pressure value and the tank pressure is measured upstream of the pressure reduction device by means of a tank pressure sensor.

Verfahren zur Kraftstoffversorgung (12) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der gasförmige Kraftstoff stromauf der Druckminderungseinrichtung (18) geheizt wird.Method for fuel supply (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the gaseous fuel is heated upstream of the pressure reducing device (18).

Verfahren zur Kraftstoffversorgung (12) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der gasförmige Kraftstoff an einer Mehrzahl von Einleitungsstellen in Einlasskanälen eines Frischgasleitungssystem der Brennkraftmaschine (14) aus dem Gasverteilerrail über Gasinjektoren in das Frischgasleitungssystem eingeblasen wird.Method for fuel supply (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the gaseous fuel is injected at a plurality of introduction points in inlet channels of a fresh gas line system of the internal combustion engine (14) from the gas distributor rail via gas injectors in the fresh gas line system.

Verfahren zur Kraftstoffversorgung (12) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Solltemperatur für die Temperierung des gasförmigen Kraftstoffs in Abhängigkeit von einer Füllung eines Brennraums der Brennkraftmaschine (14) vorgegeben wird.Method for fuel supply (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the setpoint temperature for the temperature control of the gaseous fuel in dependence on a filling of a combustion chamber of the internal combustion engine (14) is predetermined.

Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung (12) einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Brennkraftmaschine (14), mit einer Druckminderungseinrichtung (18) zur Reduzierung eines Gasdrucks des gasförmigen Kraftstoffs von einem ersten Druckwert auf einen zweiten Druckwert, mit einem Gasverteilerrail (26), mit einer Temperiereinrichtung (30) und mit einem stromab der Druckminderungseinrichtung (18) und stromauf oder innerhalb des Gasverteilerrails (26) liegenden Expansionsbereich, in welchem der gasförmigen Kraftstoff durch die Temperiereinrichtung (30) temperierbar ist, sowie mit einer Regelungseinrichtung (32) zur Regelung der Temperierung durch die Temperiereinrichtung (30), dadurch gekennzeichnet dass die Regelungseinrichtung (32) eine Speichereinheit (34) umfasst, in welcher ein Programm abgelegt ist, welches bei wenigstens teilweiser Ausführung in einer Recheneinheit (36) der Regelungseinrichtung (32) die Schritte des Verfahrens zur Kraftstoffversorgung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausführt.Device for supplying fuel (12) to an internal combustion engine (14) which can be operated with a gaseous fuel, having a pressure reduction device (18) for reducing a gas pressure of the gaseous fuel from a first pressure value to a second pressure value, with a gas distributor rail (26), with a temperature control device ( 30) and with a downstream of the pressure reducing means (18) and upstream or within the gas distribution rail (26) lying expansion region in which the gaseous fuel by the temperature control (30) is temperature controlled, and with a control device (32) for controlling the temperature by the Tempering device (30), characterized in that the control device (32) comprises a memory unit (34) in which a program is stored, which at least partially in a processing unit (36) of the control device (32) the steps of the method for fuel supply according to one of the vo executes the following claims.

Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung (12) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass die Temperiereinrichtung (30) eine elektrische Heizung umfasst.Device for fuel supply (12) according to Claim 9 , characterized in that the tempering device (30) comprises an electric heater.

Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung (12) gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet dass die Druckminderungseinrichtung (18) eine mechanische Druckreduziervorrichtung (20) und ein elektrisch ansteuerbares elektromechanisches Zumessventil (22) stromauf des Gasverteilerrails (26) aufweist.Device for fuel supply (12) according to Claim 9 or 10 , characterized in that the pressure reduction device (18) comprises a mechanical pressure reducing device (20) and an electrically controllable electromechanical metering valve (22) upstream of the gas distribution rail (26).

Brennkraftmaschine (14), welche bivalent mit einem Flüssigkraftstoff und einem gasförmigen Kraftstoff fremdgezündet betreibbar ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung (12) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11.Internal combustion engine (14), which is bivalent operable with a liquid fuel and a gaseous fuel externally ignited, characterized by a device for supplying fuel (12) according to one of Claims 9 to 11 ,

Brennkraftmaschine (14) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass die Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung (14) brennkraftmaschinennah angeordnet ist, wobei Wärmeenergie von der Brennkraftmaschine (14) auf Teile der Vorrichtung stromauf der Druckminderungseinrichtung (18) übertragbar ist und/oder wobei Teile der Vorrichtung stromab der Druckminderungseinrichtung (18) thermisch abgeschirmt von der Brennkraftmaschine und/oder in einer Kühlluftströmung positioniert sind.Internal combustion engine (14) according to Claim 12 , characterized in that the fuel supply device (14) is arranged close to the engine, wherein heat energy from the internal combustion engine (14) to parts of the device upstream of the pressure reducing device (18) is transferable and / or wherein parts of the device downstream of the pressure reducing device (18) are thermally shielded from the internal combustion engine and / or positioned in a cooling air flow.

Landkraftfahrzeug (10) mit einer Brennkraftmaschine (14) gemäß Anspruch 12 oder 13.Land vehicle (10) with an internal combustion engine (14) according to Claim 12 or 13 ,

Landkraftfahrzeug (10) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet dass die Temperiereinrichtung (30) in Fluidverbindung mit einer Klimaanlage des Landkraftfahrzeugs (10) zur Leitung wenigstens eines Teils eines Wärmeträgerfluids der Klimaanlage durch die Temperiereinrichtung (30) steht.Land vehicle (10) according to Claim 14 , characterized in that the tempering device (30) in fluid communication with an air conditioner of the land vehicle (10) for conducting at least a portion of a heat transfer fluid of the air conditioner by the tempering device (30).