DE102018215847A1 - Fuel metering system for gaseous and liquid fuel - Google Patents

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Abstract

Kraftstoffdosiersystem zur dosierten Abgabe von gasförmigem und flüssigem Kraftstoff, mit einem Gastank (1) für flüssiges, kryogenes Gas, aus dem über eine Gashochdruckpumpe (4) flüssiges Gas entnehmbar und einem Gasrail (10) zuführbar ist. Zwischen der Gashochdruckpumpe (4) und dem Gasrail (10) ist ein Gas-Zwischenspeicher (7) angeordnet, in dem Gas unter einem vorgegebenen Druck gespeichert werden kann, wobei das Gasrail (10) und der Gas-Zwischenspeicher (7) über ein Druckregelventil (8) verbindbar sind. Ein Injektor (20), der mit dem Gasrail (10) verbunden ist und über den Gas aus dem Gasrail (10) dosiert abgegeben werden kann, ist gleichzeitig dazu ausgebildet, flüssigen Kraftstoff unter einem Einspritzdruck abzugeben. Weiter ist ein Gas-Pufferspeicher (15) vorhanden, der mit dem Gasrail (10) und dem Gastank (1) verbindbar ist.Fuel metering system for metered delivery of gaseous and liquid fuel, with a gas tank (1) for liquid, cryogenic gas, from which liquid gas can be removed via a gas high-pressure pump (4) and fed to a gas rail (10). Between the high-pressure gas pump (4) and the gas rail (10) there is a gas buffer (7) in which gas can be stored under a predetermined pressure, the gas rail (10) and the gas buffer (7) via a pressure control valve (8) are connectable. An injector (20), which is connected to the gas rail (10) and via which gas can be dispensed from the gas rail (10), is at the same time designed to dispense liquid fuel under an injection pressure. There is also a gas buffer store (15) which can be connected to the gas rail (10) and the gas tank (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffdosiersystem, wie es zur dosierten Abgabe von gasförmigem und flüssigem Kraftstoff unter einem Eispritz- bzw. Eindüsdruck Verwendung findet.The invention relates to a fuel metering system as used for the metered delivery of gaseous and liquid fuel under an ice spray or injection pressure.

Stand der TechnikState of the art

Gasförmiger Kraftstoff weist in der Regel eine geringe Zündwilligkeit auf, die für eine Selbstzündung nach dem Dieselprinzip nicht ausreicht, muss der gasförmige Kraftstoff fremdgezündet werden. Dies kann beispielsweise durch eine Zündkerze geschehen, die einen Zündfunken in den Brennraum einbringt, oder aber, indem ein zündwilliger, flüssiger Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird, bevor die Hauptmenge an gasförmigem Kraftstoff eingedüst wird. Der flüssige Kraftstoff zündet die Verbrennung, so dass auch der zeitlich nachfolgend eingedüste, gasförmige Kraftstoff verbrennt, was dann den Hauptteil der Verbrennungsenergie freisetzt. Solche Systeme sind aus dem Stand der Technik beispielsweise aus der DE 10 2016 207 743 A1 bekannt. Dabei werden beide Kraftstoffstoffe mit einem einzigen Injektor eingebracht, also sowohl der flüssige als auch der gasförmige Kraftstoff. Das Kraftstoffdosiersystem stellt dazu zum einen verdichteten flüssigen Kraftstoff zur Verfügung, der dem Injektor zugeführt wird und der mit einem beweglichen Ventilelement nach Bedarf in einen Brennraum eingespritzt werden kann. Zum anderen ist ein gasförmiger Kraftstoff, meist als kryogenes, verflüssigtes Gas, vorhanden, der über eine Pumpe entnommen, verdichtet und einem Gasspeicher oder einem Gasrail zugeführt wird. Von diesem Gasrail gelangt der gasförmige Kraftstoff in den Injektor und wird entsprechend abgestimmt mit dem flüssigen Kraftstoff in einen Brennraum eingebracht.Gaseous fuel usually has a low ignitability, which is not sufficient for self-ignition according to the diesel principle, the gaseous fuel must be spark-ignited. This can be done, for example, by means of a spark plug that introduces a spark into the combustion chamber or by introducing an ignitable, liquid fuel into the combustion chamber before the main amount of gaseous fuel is injected. The liquid fuel ignites the combustion, so that the gaseous fuel subsequently injected also burns, which then releases the main part of the combustion energy. Such systems are known from the prior art, for example from DE 10 2016 207 743 A1 known. Both fuels are introduced with a single injector, i.e. both the liquid and the gaseous fuel. For this purpose, the fuel metering system provides compressed liquid fuel which is fed to the injector and which can be injected into a combustion chamber as required using a movable valve element. On the other hand, there is a gaseous fuel, usually as a cryogenic, liquefied gas, which is removed, compressed by a pump and fed to a gas storage or a gas rail. From this gas rail, the gaseous fuel reaches the injector and is introduced into a combustion chamber in accordance with the liquid fuel.

Die Versorgung mit dem gasförmigen Kraftstoff funktioniert dabei in der Form, dass der flüssige Kraftstoff über eine Hochdruckpumpe dem Gastank entnommen und verdichtet wird. Der gasförmige Kraftstoff wird anschließend in einem Verdampfer erwärmt und einem Zwischenspeicher zugeführt, in dem gasförmiger Kraftstoff vorgehalten wird. Der Zwischenspeicher befüllt schließlich Gasrail, von dem die einzelnen Injektoren versorgt werden.The supply of the gaseous fuel works in such a way that the liquid fuel is removed from the gas tank and compressed using a high-pressure pump. The gaseous fuel is then heated in an evaporator and fed to an intermediate store in which gaseous fuel is kept. The intermediate store finally fills the gas rail, from which the individual injectors are supplied.

Der Gas-Zwischenspeicher dient dabei vor allem der Pufferung des Gasdrucks und stellt ein Gasreservoir zur Verfügung, um das Gasrail stets ausreichend mit gasförmigem Kraftstoff zu versorgen, ohne dass dieses ein übergroßes Volumen verfügen muss. Bei der Versorgung der Brennkraftmaschine ist es insbesondere wichtig, dass jeder Kraftstoffinjektor stets mit gasförmigem Kraftstoff unter einem lastabhängig variablen Eindüsdruck im Gasrail versorgt wird. Dazu ist zwischen dem Gasrail und dem Gas-Zwischenspeicher ein Gasdruckregler angeordnet, der zum Druckaufbau im Gasrail Gas aus dem Zwischenspeicher entnimmt und zum Druckabbau aus dem Gasrail abführt.The intermediate gas storage primarily serves to buffer the gas pressure and provides a gas reservoir so that the gas rail is always adequately supplied with gaseous fuel without it having to have an excessive volume. When supplying the internal combustion engine, it is particularly important that each fuel injector is always supplied with gaseous fuel under a load-dependent variable injection pressure in the gas rail. For this purpose, a gas pressure regulator is arranged between the gas rail and the intermediate gas storage device, which takes gas from the intermediate storage device to build up pressure in the gas rail and discharges it from the gas rail to reduce pressure.

Beim Ausschalten der Brennkaftmaschine muss das Gasrail druckentlastet werden. Andernfalls besteht die Gefahr, dass gasförmiger Kraftstoff mit der Zeit in Bereiche des Injektors gelangt, in denen es dadurch zu unerwünschten Wirkungen kommt. Der gasförmige Kraftstoff aus dem Gasrail kann zum einen in den Tank zurückgeführt werden, was jedoch dort zu einem großen Wärmeeintrag führt, der unerwünscht ist, da er kryogenen Kraftstoff verdampfen lässt und den Druck entsprechend erhöht. Die andere Möglichkeit besteht darin, den gasförmigen Kraftstoff anderweitig zu entsorgen, beispielsweise in die Umgebung abzublasen oder abzubrennen, was zum einen nicht immer möglich ist und zum anderen den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine insgesamt deutlich herabsetzt.When the fuel press is switched off, the gas rail must be depressurized. Otherwise there is a risk that gaseous fuel will reach areas of the injector over time, which could lead to undesirable effects. The gaseous fuel from the gas rail can be returned to the tank on the one hand, but this leads to a large heat input there, which is undesirable because it allows cryogenic fuel to evaporate and increases the pressure accordingly. The other possibility is to dispose of the gaseous fuel in some other way, for example to blow it off or burn it off into the surroundings, which is not always possible on the one hand and on the other hand significantly reduces the overall efficiency of the internal combustion engine.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Kraftstoffdosiersystem weist dem gegenüber den Vorteil auf, dass gasförmiger Kraftstoff nicht oder nur in geringem Maße zurück in den Tank bzw. in die Umwelt abgelassen werden muss, was den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine insgesamt erhöht und seine Umweltverträglichkeit deutlich erhöht. Dazu weist das Kraftstoffdosiersystem einen Gastank für flüssiges kryogenes Gas auf, aus dem über eine Gashochdruckpumpe flüssiges Gas entnehmbar und einem Gasrail zuführbar ist, wobei zwischen der Gashochdruckpumpe und dem Gasrail ein Gaszwischenspeicher angeordnet ist. Im Gaszwischenspeicher wird Gas unter einem vorgegebenen Druck gespeichert, wobei der Gaszwischenspeicher über ein Druckregelventil mit dem Gasrail verbunden ist, aus dem das Gas über einen Injektor dosiert abgegeben werden kann. Der Injektor ist dabei gleichzeitig dazu ausgebildet, flüssigen Kraftstoff unter einem Einspritzdruck abzugeben. Darüber hinaus ist ein Gaspufferspeicher vorhanden, der mit dem Gasrail und dem Gastank verbindbar ist.The fuel metering system according to the invention has the advantage over the fact that gaseous fuel does not have to be drained or only to a small extent back into the tank or into the environment, which increases the overall efficiency of the internal combustion engine and significantly increases its environmental compatibility. For this purpose, the fuel metering system has a gas tank for liquid cryogenic gas, from which liquid gas can be removed and fed to a gas rail via a gas high-pressure pump, a gas buffer being arranged between the gas high-pressure pump and the gas rail. Gas is stored under a predetermined pressure in the gas intermediate store, the gas intermediate store being connected to the gas rail via a pressure control valve, from which the gas can be dispensed in a metered manner via an injector. At the same time, the injector is designed to deliver liquid fuel under an injection pressure. In addition, there is a gas buffer memory that can be connected to the gas rail and the gas tank.

Über den Gaspufferspeicher kann Gas, das aus dem Gasrail abgeführt werden soll, zwischengespeichert werden unter einem Druck der kleiner ist als der Druck, der unter Betriebsdruck im Gasrail bzw. im Gaszwischenspeicher herrscht. Das so gespeicherte Gas kann in das Gasrail zurückgeleitet werden, wenn die Brennkraftmaschine oder der sonstige zu versorgende Verbraucher Gas nur unter einem geringeren Druck benötigt, indem der Gaspufferspeicher über das Druckregelventil mit dem Gasrail verbunden wird. Der minimal einstellbare Gasdruck im Gasrail ist dann der im Gaspufferspeicher herrschende Druck. Auf diese Weise kann ein Großteil des abzuführenden Gases zwischengespeichert und damit wiederverwendet werden und muss nicht in dem Gastank zurückgeführt bzw. in die Umwelt abgeführt werden.Gas that is to be discharged from the gas rail can be temporarily stored via the gas buffer store at a pressure that is less than the pressure that prevails in the gas rail or in the gas intermediate store under operating pressure. The gas stored in this way can be returned to the gas rail if the internal combustion engine or the other consumer to be supplied only requires gas at a lower pressure by connecting the gas buffer store to the gas rail via the pressure control valve. The minimum adjustable gas pressure in the gas rail is then the pressure prevailing in the gas buffer storage. In this way, a large part of the gas to be discharged can be temporarily stored and thus can be reused and does not have to be returned to the gas tank or discharged into the environment.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist der Gaspufferspeicher über ein Absteuerventil, das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist, mit dem Gasrail und dem Gastank verbindbar. Damit ist es möglich, den Gaspufferspeicher entweder mit dem Druckregelventil oder mit dem Gastank zu verbinden, um einerseits das Gas aus dem Gasrail aufzunehmen und andererseits Gas aus dem Gaspufferspeicher dem Gastank zuzuführen, wenn dies - beispielsweise beim Abstellen des Verbrennungsmotors - nicht vermeidbar ist. Der verbleibende Restdruck im Gaspufferspeicher wird beim Wiederstart des Motors dazu verwendet, den Druck im Gasrail aufzubauen, bevor Gas aus dem Gas-Zwischenspeicher verwendet wird.In a first advantageous embodiment, the gas buffer store can be connected to the gas rail and the gas tank via a control valve, which is designed as a 3/2-way valve. This makes it possible to connect the gas buffer storage either to the pressure control valve or to the gas tank, on the one hand to receive the gas from the gas rail and on the other hand to supply gas from the gas buffer storage to the gas tank if this cannot be avoided, for example when the internal combustion engine is switched off. The remaining pressure in the gas buffer storage is used when the engine is restarted to build up the pressure in the gas rail before gas from the gas buffer storage is used.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Druckregelventil abhängig vom Druck des flüssigen Kraftstoffs schaltbar. Entscheidend ist dabei der Punkt, dass der Druck des flüssigen Kraftstoffs stets etwas höher sein sollte als der Druck des gasförmigen Kraftstoffs innerhalb des Injektors, um Leckage vom gasförmigen in den flüssigen Kraftstoff zu vermeiden. Indem der Druck des flüssigen Kraftstoffs zur Regelung und zum Schalten der Druckregelventile bzw. der Absteuerventile Verwendung findet, kann eine entsprechende Druckdifferenz zwischen dem gasförmigen und dem flüssigen Kraftstoff im Injektor aufrechterhalten werden.In a further advantageous embodiment, the pressure control valve can be switched depending on the pressure of the liquid fuel. The crucial point here is that the pressure of the liquid fuel should always be somewhat higher than the pressure of the gaseous fuel within the injector in order to avoid leakage from the gaseous into the liquid fuel. A corresponding pressure difference between the gaseous and the liquid fuel in the injector can be maintained by using the pressure of the liquid fuel for regulating and switching the pressure regulating valves or the control valves.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Gaspufferspeicher mit dem Gaszwischenspeicher über ein Rückschlagventil verbindbar, das nur einen Gasfluss vom Gaspufferspeicher in den Gaszwischenspeicher erlaubt. Dadurch ist eine Überdruckabsicherung des Gaspufferspeichers unter Nutzung der für den Gaszwischenspeicher vorhandenen Sicherheitsventile möglich.In a further advantageous embodiment, the gas buffer store can be connected to the gas intermediate store via a check valve which only allows a gas flow from the gas buffer store into the gas intermediate store. Overpressure protection of the gas buffer store is thereby possible using the safety valves available for the gas intermediate store.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffdosiersystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche wird im Gaspufferspeicher ein niedrigerer Druck eingestellt als im Gaszwischenspeicher. Dabei wird in vorteilhafter Ausgestaltung ein vorgegebener maximaler Gaszwischendruck im Gaspufferspeicher nicht überschritten. Durch das zur Verfügung stellen dieses niedrigen Gasdruckniveaus ist ein Gasdruckreservoir im Kraftstoffdosiersystem vorhanden, mit dem das Gasrail und andere Komponenten bei Bedarf befüllt werden können.In a method according to the invention for operating a fuel metering system according to one of the preceding claims, a lower pressure is set in the gas buffer store than in the gas intermediate store. In an advantageous embodiment, a predetermined maximum gas intermediate pressure in the gas buffer store is not exceeded. By making this low gas pressure level available, a gas pressure reservoir is available in the fuel metering system, with which the gas rail and other components can be filled if necessary.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird der Gaspufferspeicher über ein Absteuerventil mit dem Gastank verbunden, wenn der Druck den vorgegebenen maximalen Gaszwischendruck überschreitet. Damit ist sichergestellt, dass im Gaspufferspeicher kein zu hoher Druck aufgebaut wird, bei dem die Funktion des Gaspufferspeichers nicht mehr gegeben wäre.In a further advantageous embodiment of the method, the gas buffer store is connected to the gas tank via a control valve if the pressure exceeds the predetermined maximum intermediate gas pressure. This ensures that the gas buffer memory does not build up too high a pressure at which the gas buffer memory would no longer function.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist der Gaszwischenspeicher über ein Druckregelventil mit dem Gasrail verbindbar, wobei das Druckregelventil so geschaltet wird, dass im Gasrail ein niedrigerer Druck vorhanden ist als der Einspritzdruck des flüssigen Kraftstoffs. Dies ist wichtig, damit im Kraftstoffinjektor kein Überdruck des gasförmigen Kraftstoffs herrscht, um eine Leckage des gasförmigen in den flüssigen Kraftstoff zu verhindern.In a further advantageous development of the method, the gas intermediate store can be connected to the gas rail via a pressure control valve, the pressure control valve being switched so that a lower pressure is present in the gas rail than the injection pressure of the liquid fuel. This is important so that there is no excess pressure of the gaseous fuel in the fuel injector to prevent leakage of the gaseous into the liquid fuel.

FigurenlisteFigure list

  • In der Zeichnung ist eine schematische Darstellung des Kraftstoffdosiersystems dargestellt, wobei nur die wesentlichen Komponenten des Kraftstoffdosiersystems dargestellt sind.The drawing shows a schematic representation of the fuel metering system, only the essential components of the fuel metering system being shown.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffdosiersystem schematisch dargestellt, wobei dieses Kraftstoffdosiersystem zur dosierten Abgabe von gasförmigem und flüssigem Kraftstoff ausgerichtet ist. Das Kraftstoffdosiersystem weist einen Gastank 1 auf, in dem flüssiger kryogener Kraftstoff vorgehalten wird. Über eine Gasleitung 2 wird der kryogene Kraftstoff einer Gashochdruckpumpe zugeführt, die den flüssigen Kraftstoff verdichtet und einem Verdampfer zuführt. Der verdampfte gasförmige Kraftstoff wird vom Verdampfer 5 in einen Gaszwischenspeicher geleitet, wo der gasförmige Kraftstoff unter einem gewünschten Druck vorgehalten wird. Der Druck im Gaszwischenspeicher 7 wird dabei mit einem ersten Drucksensor 17 überwacht, wobei bei Überschreiten eines zulässigen Höchstdruckes der gasförmige Kraftstoff über ein Überdruckventil 14 abgelassen werden kann. Der gasförmige Kraftstoff aus dem Gaszwischenspeicher 7 wird über ein Druckregelventil 8 einem Gasrail 10 zugeführt, in dem ebenfalls gasförmiger Kraftstoff vorgehalten wird, wobei der Druck im Gasrail 10, wie später noch näher erläutert, etwas niedriger ist als im Gaszwischenspeicher 7. Mit dem Gasrail 10 sind mehrere Injektoren 20 verbunden, von denen in der Figur nur ein Injektor exemplarisch dargestellt ist. In 1 A fuel metering system according to the invention is shown schematically, this fuel metering system being designed for metered delivery of gaseous and liquid fuel. The fuel metering system has a gas tank 1 in which liquid cryogenic fuel is kept. Via a gas pipe 2nd the cryogenic fuel is fed to a high-pressure gas pump, which compresses the liquid fuel and supplies it to an evaporator. The vaporized gaseous fuel is from the evaporator 5 passed into a gas buffer, where the gaseous fuel is kept at a desired pressure. The pressure in the gas buffer 7 comes with a first pressure sensor 17th monitors, the gaseous fuel via a pressure relief valve when a maximum permissible pressure is exceeded 14 can be drained. The gaseous fuel from the gas buffer 7 is via a pressure control valve 8th a gas rail 10th supplied, in which gaseous fuel is also held, the pressure in the gas rail 10th , as explained in more detail later, is somewhat lower than in the gas buffer 7 . With the gas rail 10th are multiple injectors 20th connected, of which only one injector is shown as an example in the figure.

Der Injektor 20 ist zum Dosieren des Gases unter hohem Druck ausgerichtet und kann elektrisch gesteuert gasförmigen Kraftstoff in Form von Eindüsstrahlen 42 beispielsweise in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einbringen. Der Druck im Gasrail 10 wird dabei über einen zweiten Drucksensor 18 ebenfalls überwacht.The injector 20th is designed for metering the gas under high pressure and can be electrically controlled gaseous fuel in the form of injection jets 42 for example in a combustion chamber of an internal combustion engine. The pressure in the gas rail 10th is via a second pressure sensor 18th also monitored.

Das Druckregelventil 8 ist als 3/2-Ventil ausgebildet und ist neben dem Gaszwischenspeicher 7 und dem Gasrail 10 über eine Absteuerleitung 12 auch mit einem Absteuerventil 13 verbunden. Das Absteuerventil 13 ist ebenfalls als 3/2-Wegeventil ausgebildet und weist zwei weitere Verbindungen auf: Eine Rückführleitung 16, die das Absteuerventil 13 mit dem Gastank 1 verbindet, und eine Verbindungsleitung 24 zu einem Gaspufferspeicher 15. Der Gaspufferspeicher 15 ist ein Gastank, der dazu ausgebildet ist, gasförmigen Kraftstoff aufzunehmen, wobei der Druck im Gaspufferspeicher 15 über einen dritten Drucksensor 19 überwacht wird. In der Gasrückführleitung 16 ist ein Rückschagventil 26 angeordnet, das einen Gasfluss nur in Richtung des Gastanks 1 erlaubt.The pressure control valve 8th is designed as a 3/2 valve and is next to the gas buffer 7 and the gas rail 10th via a control line 12th also with a control valve 13 connected. The control valve 13 is also designed as a 3/2-way valve and has two further connections: A return line 16 that the control valve 13 with the gas tank 1 connects, and a connecting line 24th to a gas buffer storage 15 . The gas buffer storage 15 is a gas tank that is designed to hold gaseous fuel, the pressure in the gas buffer memory 15 via a third pressure sensor 19th is monitored. In the gas return line 16 is a check valve 26 arranged that a gas flow only towards the gas tank 1 allowed.

Das als 3/2-Wegeventil ausgebildete Absteuerventil 13 verbindet in einer ersten Schaltstellung, die in der 1 dargestellt ist, die Absteuerleitung 12 mit der Rückführleitung 16, so dass eine Verbindung des Druckregelventils 8 mit dem Gastank 1 hergestellt wird, während die Verbindung des Absteuerventils 13 zum Gaspufferspeicher 15 unterbrochen ist. In einer zweiten Schaltstellung des Absteuerventils 13, das elektromagnetisch geschaltet ist, wird hingegen der Gaspufferspeicher 15 mit dem Druckregelventil 8 verbunden, während die Verbindung der Rückführleitung 16 zum Absteuerventil 13 unterbrochen ist.The control valve designed as a 3/2-way valve 13 connects in a first switching position, in the 1 is shown, the control line 12th with the return line 16 so that a connection of the pressure control valve 8th with the gas tank 1 is established during the connection of the control valve 13 to the gas buffer storage 15 is interrupted. In a second switch position of the control valve 13 , which is switched electromagnetically, becomes the gas buffer storage 15 with the pressure control valve 8th connected while connecting the return line 16 to the control valve 13 is interrupted.

Die Versorgung des Injektors 20 bzw. der Injektoren 20 mit flüssigem Kraftstoff unter einem hohen Druck erfolgt aus einem Kraftstofftank 22, in dem flüssiger Kraftstoff vorgehalten wird. Mittels einer Hochdruckpumpe 23 wird der flüssige Kraftstoff entnommen, verdichtet und einem Flüssigkraftstoffrail 25 zugeführt. Der Injektor 20 bzw. die Injektoren 20, sofern mehrere Injektoren vorhanden sind, ist mit dem Flüssigkraftstoffrail 25 verbunden, wobei der Injektor 20 dazu ausgebildet ist, flüssigen Kraftstoff zerstäubt beispielsweise in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzubringen. Dazu erzeugt der Injektor 20 Einspritzstrahlen 40 und Gaseindüsstrahlen 42, die in der 1 angedeutet sind. Der Injektor 20 ist dabei in der Regel so ausgebildet, dass Einspritzstrahlen 40 und Gaseindüsstrahlen 42 unabhängig voneinander erzeugt werden können, indem über elektromagnetische Schaltvorrichtungen sowohl die Flüssig- als auch die Gaseinspritzung unabhängig gesteuert werden können. Das Flüssigkraftstoffrail 25 ist mit einem Überdruckventil 28 verbunden, über das flüssiger Kraftstoff aus dem Flüssigkraftstoffrail 25 bei Bedarf über eine Leckageleitung 33 in den Kraftstofftank 22 abgeführt werden kann. Dazu wird hoher Druck im Flüssigkraftstoffrail 25 mittels eines vierten Drucksensors 27 überwacht.The supply of the injector 20th or the injectors 20th with liquid fuel under a high pressure is done from a fuel tank 22 in which liquid fuel is kept. Using a high pressure pump 23 the liquid fuel is removed, compressed and a liquid fuel rail 25th fed. The injector 20th or the injectors 20th , if there are several injectors, is with the liquid fuel rail 25th connected, the injector 20th is designed to atomize liquid fuel, for example, into a combustion chamber of an internal combustion engine. To do this, the injector generates 20th Injection jets 40 and gas injection 42 that in the 1 are indicated. The injector 20th is usually designed so that injection jets 40 and gas injection 42 can be generated independently of each other by both liquid and gas injection can be controlled independently via electromagnetic switching devices. The liquid fuel rail 25th is with a pressure relief valve 28 connected, via the liquid fuel from the liquid fuel rail 25th if necessary via a leakage line 33 in the fuel tank 22 can be dissipated. For this, high pressure in the liquid fuel rail 25th by means of a fourth pressure sensor 27 supervised.

Zur Regelung des Drucks im Gasrail 10 ist ein Druckregler 11 vorgesehen, der das Druckregelventil 8 und ein Entlastungsventil 32 umfasst. Dazu verbindet eine Referenzleitung 30, an deren Ende eine Drossel 31 ausgebildet ist, das Flüssigkraftstoffrail 25 mit dem Druckregler 11. Hinter der Drossel 31 ist eine Druckbeaufschlagung 35 des Druckregelventils 8 vorgesehen, so dass das Druckregelventil 8 abhängig vom Druck in der Referenzleitung 30 geschaltet werden kann. Zur Absteuerung des Drucks in der Druckbeaufschlagung 35 dient ein Entlastungsventil 32, das den flüssigen Kraftstoff über die Leckageleitung 33 wieder zurück in den Kraftstofftank 22 ableitet.To regulate the pressure in the gas rail 10th is a pressure regulator 11 provided the the pressure control valve 8th and a relief valve 32 includes. For this purpose, a reference line connects 30th with a choke at the end 31 is formed, the liquid fuel rail 25th with the pressure regulator 11 . Behind the throttle 31 is a pressurization 35 of the pressure control valve 8th provided so that the pressure control valve 8th depending on the pressure in the reference line 30th can be switched. To control the pressure in the pressurization 35 serves a relief valve 32 that flows the liquid fuel through the leakage line 33 back into the fuel tank 22 derives.

Die Regelung der Drücke im Gasrail 10 und im Flüssigkraftstoffrail 25 soll so erfolgen, dass der Druck im Flüssigkraftstoffrail 25 stets etwas größer ist als der Druck im Gasrail 10. Dies verhindert, dass flüssiger Kraftstoff innerhalb des Injektors 20 in den Bereich gelangt, in dem flüssiger Kraftstoff vorgehalten wird. Dies würde zu Funktionsbeeinträchtigungen des Injektors führen und ist deshalb bei diesem Kraftstoffdosiersystem zu vermeiden. Die Regelung des Kraftstoffdrucks im Flüssigkraftstoffrail 25 bzw. im Gasrail 10 mittels des Druckreglers 11 funktioniert wie folgt: Ist der Druck im Flüssigkraftstoffrail 25 höher als im Gasrail 10, so wird das Druckregelventil 8 über die Referenzleitung 30 und die Druckbeaufschlagung 35 betätigt, so dass das Druckregelventil 8 in seine erste Schaltstellung gedrückt wird, in der der Gaszwischenspeicher 7 mit dem Gasrail 10 verbunden ist. Dadurch strömt Gas aus dem Gaszwischenspeicher 7 in das Gasrail 10, bis der gewünschte Druck im Gasrail 10 erreicht wird. Das Gas im Gasrail 10 wird durch die Injektoren 20 beständig verbraucht, so dass Gas aus dem Gaszwischenspeicher 7 stetig nachgeführt werden muss, wobei der Gasdruck im Gasrail 10 etwas niedriger ist als der Druck im Flüssigkraftstoffrail 25 gehalten wird.The regulation of the pressures in the gas rail 10th and in the liquid fuel rail 25th should be done so that the pressure in the liquid fuel rail 25th is always slightly higher than the pressure in the gas rail 10th . This prevents liquid fuel from getting inside the injector 20th reaches the area where liquid fuel is kept. This would impair the function of the injector and should therefore be avoided with this fuel metering system. The regulation of the fuel pressure in the liquid fuel rail 25th or in the gas rail 10th by means of the pressure regulator 11 works as follows: Is the pressure in the liquid fuel rail 25th higher than in the gas rail 10th , the pressure control valve 8th via the reference line 30th and pressurization 35 actuated so that the pressure control valve 8th is pressed into its first switching position, in which the gas buffer 7 with the gasrail 10th connected is. As a result, gas flows out of the gas buffer 7 into the gas rail 10th until the desired pressure in the gas rail 10th is achieved. The gas in the gas rail 10th is through the injectors 20th constantly consumed, so gas from the gas buffer 7 must be tracked continuously, the gas pressure in the gas rail 10th is slightly lower than the pressure in the liquid fuel rail 25th is held.

Soll der Druck im Gasrail 10 abgesenkt werden, beispielsweise weil der Druck im Flüssigkraftstoffrail 25 bei einer Teillast der Brennkraftmaschine abgesenkt wird, so wird das Druckregelventil 8 in seine zweite Schaltstellung geschaltet, die in 1 dargestellt ist. Dadurch wird das Gasrail 10 mit dem Gaspufferspeicher 15 verbunden, wobei auch das Absteuerventil 13 in seine zweite Schaltstellung geschaltet wird, die der zweiten Schaltstellung entspricht. Dadurch kann das Gas aus dem Gasrail 10 in den Gaspufferspeicher 15 abströmen und wird dort gespeichert unter einem Druck, der niedriger ist als im Gasrail 10 und deutlich höher als im Gastank 1. Durch den Gaspufferspeicher 15 kann so vermieden werden, Gas aus dem Gasrail 10 direkt zurück in den Gastank 1 geleitet werden muss, was einen großen Wärmeeintrag in den Gastank 1 bedeutet und damit einen Druckanstieg im Gastank 1. Ansonsten könnte das Gas aus dem Gasrail 10 nur in die Umwelt abgegeben werden, entweder verbrannt oder unverbrannt, was den Wirkungsgrad des Kraftstoffdosiersystems deutlich senken würde. Ist der Gaspufferspeicher 15 befüllt, d.h. hat er seinen maximalen Druck erreicht, so kann das restliche Gas über die erste Schaltstellung des Absteuerventils 13 und die Rückführleitung 16 zurück in den Gastank 1 geleitet werden, wobei die dann noch verbleibende Gasmenge zu keiner übergroßen Erwärmung des Gastanks 1 führt. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird und das Kraftstoffdosiersystem drucklos gefahren wird, kann so das Gasrail 10 entlastet werden, ohne dass die gesamte Gasmenge verloren geht, da ein großer Teil im Gaspufferspeicher 15 zwischengespeichert wird.Should the pressure in the gas rail 10th be lowered, for example because the pressure in the liquid fuel rail 25th is reduced at a partial load of the internal combustion engine, so the pressure control valve 8th switched to its second switching position, which in 1 is shown. This will make the gas rail 10th with the gas buffer storage 15 connected, including the control valve 13 is switched to its second switching position, which corresponds to the second switching position. This allows the gas to come out of the gas rail 10th in the gas buffer storage 15 flow out and is stored there under a pressure which is lower than in the gas rail 10th and significantly higher than in the gas tank 1 . Through the gas buffer storage 15 can thus avoid gas from the gasrail 10th directly back into the gas tank 1 must be conducted, which causes a large amount of heat to enter the gas tank 1 means and thus an increase in pressure in the gas tank 1 . Otherwise the gas could come from the gas rail 10th are only released into the environment, either burned or unburned, which would significantly reduce the efficiency of the fuel metering system. Is the gas buffer storage 15 filled, ie it has reached its maximum pressure, the remaining gas can over the first switch position of the control valve 13 and the return line 16 back to the gas tank 1 are passed, the remaining amount of gas then not causing excessive heating of the gas tank 1 leads. In particular, when the internal combustion engine is switched off and the fuel metering system is operated without pressure, the gas rail can 10th be relieved without losing the entire amount of gas, since a large part in the gas buffer storage 15 is cached.

Soll das Kraftstoffdosiersystem wieder eingeschaltet werden, so kann das Gas aus dem Gaspufferspeicher 15 über die erste Schaltstellung des Absteuerventils 13 und die zweite Schaltstellung des Druckregelventils 8 zurück in das Gasrail 10 geleitet werden, so dass dort zumindest annähernd der Druck, der vorher im Gaspufferspeicher herrscht, jetzt auch im Gasrail 10 vorliegt. Die weitere Befüllung erfolgt dann wie schon oben beschrieben über das verdichtete Gas der Gashochdruckpumpe 4 und den Gaszwischenspeicher 7.If the fuel metering system is to be switched on again, the gas from the gas buffer storage can 15 via the first switch position of the control valve 13 and the second switching position of the pressure control valve 8th back to the gas rail 10th are passed so that there is at least approximately the pressure that previously existed in the gas buffer storage now also in the gas rail 10th is present. The further filling then takes place, as already described above, via the compressed gas of the high-pressure gas pump 4th and the gas buffer 7 .

Die Verwendung des Gaspufferspeichers 15 ermöglicht damit ein Gas- und Flüssigkraftstoffdosiersystem zu betreiben, bei dem nur geringe Verluste an gasförmigem Kraftstoff auftreten, während das Entlasten des Flüssigkraftstoffrails 25 in der Regel problemlos über das Überdruckventil 28 möglich ist, da Flüssigkeit nur wenig kompressibel ist und damit nur wenig Flüssigkeit abgeführt werden muss, ist das Entlasten des Gasrails 10 mit Verlusten behaftet, da die Gasmenge nicht voll in den Gastank 1 zurückgeführt werden kann. Über den Gaspufferspeicher 15 kann so zumindest ein Großteil des gasförmigen Kraftstoffs rezirkuliert werden und dem Gasrail 10 wieder zugeführt, so dass dieses nicht in die Umwelt abgegeben werden oder verbrannt werden muss.The use of the gas buffer storage 15 thus enables a gas and liquid fuel metering system to be operated in which there is little loss of gaseous fuel while relieving the load on the liquid fuel rail 25th usually without problems via the pressure relief valve 28 It is possible because the liquid is only slightly compressible and therefore only a little liquid has to be drained off 10th with losses because the amount of gas is not fully in the gas tank 1 can be traced back. Via the gas buffer storage 15 can at least a large part of the gaseous fuel be recirculated and the gas rail 10th fed back so that it does not have to be released into the environment or burned.

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  • DE 102016207743 A1 [0002]DE 102016207743 A1 [0002]

Claims (8)

Kraftstoffdosiersystem zur dosierten Abgabe von gasförmigem und flüssigem Kraftstoff, mit einem Gastank (1) für flüssiges, kryogenes Gas, aus dem über eine Gashochdruckpumpe (4) flüssiges Gas entnehmbar und einem Gasrail (10) zuführbar ist, wobei zwischen der Gashochdruckpumpe (4) und dem Gasrail (10) ein Gas-Zwischenspeicher (7) angeordnet ist, in dem Gas unter einem vorgegebenen Druck gespeichert werden kann, wobei der Gas-Zwischenspeicher (7) mit dem Gasrail (10) über ein Druckregelventil (8) verbindbar ist, und mit einem Injektor (20), der mit dem Gasrail (10) verbunden ist und über den Gas aus dem Gasrail (10) dosiert abgegeben werden kann, wobei der Injektor (20) gleichzeitig dazu ausgebildet ist, flüssigen Kraftstoff unter einem Einspritzdruck abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas-Pufferspeicher (15) vorhanden ist, der mit dem Druckregelventil (8) und dem Gastank (1) verbindbar ist.Fuel metering system for the metered delivery of gaseous and liquid fuel, with a gas tank (1) for liquid, cryogenic gas, from which liquid gas can be removed via a high-pressure gas pump (4) and fed to a gas rail (10), between the high-pressure gas pump (4) and a gas buffer (7) is arranged in the gas rail (10), in which gas can be stored under a predetermined pressure, the gas buffer (7) being connectable to the gas rail (10) via a pressure control valve (8), and with an injector (20) which is connected to the gas rail (10) and through which gas can be dispensed in a metered manner from the gas rail (10), the injector (20) at the same time being designed to dispense liquid fuel under an injection pressure, thereby characterized in that a gas buffer store (15) is present which can be connected to the pressure control valve (8) and the gas tank (1). Kraftstoffdosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Pufferspeicher (15) über ein Absteuerventil (13), das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist, mit dem Druckregelventil (8) und dem Gastank (1) verbindbar ist.Fuel metering system after Claim 1 , characterized in that the gas buffer store (15) can be connected to the pressure control valve (8) and the gas tank (1) via a control valve (13) which is designed as a 3/2-way valve. Kraftstoffdosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (8) abhängig vom Druck des flüssigen Kraftstoffs schaltbar ist.Fuel metering system after Claim 1 , characterized in that the pressure control valve (8) is switchable depending on the pressure of the liquid fuel. Kraftstoffdosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Pufferspeicher (15) mit dem Gas-Zwischenspeicher (7) über ein Rückschlagventil (21) verbindbar ist, das einen Gasfluss nur vom Gas-Pufferspeicher (15) in den Gas-Zwischenspeicher (7) erlaubt.Fuel metering system after Claim 1 , characterized in that the gas buffer store (15) can be connected to the gas intermediate store (7) via a check valve (21) which only allows gas to flow from the gas buffer store (15) into the gas intermediate store (7). Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffdosiersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Gas-Pufferspeicher (15) ein niedrigerer Druck eingestellt wird als im Gas-Zwischenspeicher (7).Method for operating a fuel metering system according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that a lower pressure is set in the gas buffer store (15) than in the gas intermediate store (7). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abbau des Gasdrucks im Gasrail (10) das Gasrail (10) mit dem Gas-Pufferspeicher (15) verbunden wird, wobei ein vorgegebener maximaler Gas-Zwischendruck nicht überschritten wird.Procedure according to Claim 5 , characterized in that to reduce the gas pressure in the gas rail (10), the gas rail (10) is connected to the gas buffer store (15), a predetermined maximum gas intermediate pressure not being exceeded. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Pufferspeicher (15) über ein Absteuerventil (13) mit dem Gastank (1) verbunden wird, wenn der Druck den vorgegeben maximalen Gas-Zwischendruck überschreitet.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the gas buffer store (15) is connected to the gas tank (1) via a control valve (13) when the pressure exceeds the predetermined maximum intermediate gas pressure. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Zwischenspeicher (15) über ein Druckregelventil (13) mit dem Gasrail (10) verbindbar ist, wobei das Druckregelventil (13) so geschaltet wird, dass im Gasrail (10) ein niedrigerer Druck vorhanden ist als der Einspritzdruck des flüssigen Kraftstoffs.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the gas intermediate store (15) can be connected to the gas rail (10) via a pressure control valve (13), the pressure control valve (13) being switched such that a lower pressure than that is present in the gas rail (10) Liquid fuel injection pressure.
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