DE102022213378A1 - Pressure control unit for a fuel supply system of an internal combustion engine, as well as fuel supply system - Google Patents

Pressure control unit for a fuel supply system of an internal combustion engine, as well as fuel supply system Download PDF

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Abstract

Eine Druckregeleinheit (30) für ein Brennstoffversorgungssystem (10) einer Brennkraftmaschine zur Druckregelung eines gasförmigen Brennstoffs, umfasst ein Gehäuse (52) und mindestens ein mindestens bereichsweise in oder an dem Gehäuse (52) angeordnetes Druckregelventil (32). Es wird vorgeschlagen, dass die Druckregeleinheit (30) ferner mindestens einen fluidisch stromabwärts von dem Druckregelventil (32) angeordneten Gasbehälter (58) aufweist, der an dem Gehäuse (52) befestigt ist oder wenigstens bereichsweise durch das Gehäuse (52) gebildet wird.A pressure control unit (30) for a fuel supply system (10) of an internal combustion engine for controlling the pressure of a gaseous fuel comprises a housing (52) and at least one pressure control valve (32) arranged at least partially in or on the housing (52). It is proposed that the pressure control unit (30) further comprises at least one gas container (58) arranged fluidically downstream of the pressure control valve (32), which is attached to the housing (52) or is formed at least partially by the housing (52).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Druckregeleinheit für ein Brennstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine zur Druckregelung eines gasförmigen Brennstoffs, sowie ein Brennstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine für gasförmigen Brennstoff, nach den Oberbegriffen der jeweiligen nebengeordneten Ansprüche.The invention relates to a pressure control unit for a fuel supply system of an internal combustion engine for controlling the pressure of a gaseous fuel, as well as a fuel supply system of an internal combustion engine for gaseous fuel, according to the preambles of the respective independent claims.

Vom Markt her bekannt sind Brennkraftmaschinen, deren Brennstoff gasförmiger Wasserstoff ist. Derartige Brennkraftmaschinen können beispielsweise zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet werden. Der Wasserstoff kann beispielsweise unter relativ hohem Druck, beispielsweise 700 bar, in flüssiger Form in einem tankartigen Brennstoffspeicher gespeichert sein. Von dort gelangt er über eine Hochdruck-Druckregeleinrichtung zu einer Niederdruck-Druckregeleinheit und weiter zu einer Brennstoffverteileinrichtung, die funktional ähnlich ist wie das Kraftstoffrail bei einer Brennkraftmaschine mit Benzin- oder Diesel-Direkteinspritzung. Die Hochdruck-Druckregeleinrichtung regelt den Gasdruck typischerweise herunter auf beispielsweise ungefähr 40 bar, die Niederdruck-Druckregeleinheit regelt den Gasdruck weiter herunter typischerweise auf einen Druck von ungefähr 15 bar. An die Brennstoffverteileinrichtung sind üblicherweise mehrere Injektoren angeschlossen, die den gasförmigen Brennstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine (H2-Direkteinspritzung) oder in eine Vorkammer einblasen (Port Fuel Injection). Die DE 10 2017 210 367 A1 offenbart ein Druckregelventil in Form eines Proportionalregelventils, wie es in der oben beschriebenen Niederdruck-Druckregeleinheit eingesetzt werden kann.Internal combustion engines whose fuel is gaseous hydrogen are known on the market. Such internal combustion engines can be used, for example, to drive motor vehicles. The hydrogen can be stored in liquid form in a tank-like fuel storage unit under relatively high pressure, for example 700 bar. From there it passes through a high-pressure pressure control device to a low-pressure pressure control unit and then to a fuel distribution device, which is functionally similar to the fuel rail in an internal combustion engine with gasoline or diesel direct injection. The high-pressure pressure control device typically regulates the gas pressure down to, for example, approximately 40 bar, and the low-pressure pressure control unit regulates the gas pressure further down, typically to a pressure of approximately 15 bar. Several injectors are usually connected to the fuel distribution device, which inject the gaseous fuel directly into the combustion chambers of the internal combustion engine (H2 direct injection) or into a prechamber (port fuel injection). The EN 10 2017 210 367 A1 discloses a pressure control valve in the form of a proportional control valve, as can be used in the low-pressure pressure control unit described above.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Druckregeleinheit und ein Brennstoffversorgungssystem mit den Merkmalen des jeweiligen nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen genannt.The problem underlying the invention is solved by a pressure control unit and a fuel supply system with the features of the respective independent claim. Advantageous further developments are mentioned in subclaims.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass - bei entsprechender Ausgestaltung einer stromabwärts von der Druckregeleinheit angeordneten Brennstoffverteileinrichtung - individuelle Absperrventileinrichtungen vor einem jeweiligen Injektor entfallen können, da das Speichervolumen des Gasspeichers nun an einer von den Injektoren entfernt angeordneten Stelle, nämlich der Druckregeleinheit, vorhanden ist. Die Komplexität und die Kosten des Systems können so verringert werden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass - abhängig von der tatsächlichen Konfiguration - das Gehäuse der Druckregeleinheit aufgrund der Anordnung mit einem Gasbehälter kompakter gebaut werden kann. Falls das Druckregelventil bzw. die Druckregelventile „verkippt“ am Gehäuse befestigt sind, kann das Gehäuse der Druckregeleinheit nochmals verkleinert werden.An advantage of the present invention is that - with a corresponding design of a fuel distribution device arranged downstream of the pressure control unit - individual shut-off valve devices in front of each injector can be dispensed with, since the storage volume of the gas storage is now located at a location remote from the injectors, namely the pressure control unit. The complexity and costs of the system can thus be reduced. A further advantage of the present invention is that - depending on the actual configuration - the housing of the pressure control unit can be built more compactly due to the arrangement with a gas container. If the pressure control valve or pressure control valves are attached to the housing "tilted", the housing of the pressure control unit can be made even smaller.

Wird eine gleiche Anbindungsgeometrie zwischen dem Gehäuse und dem Gasbehälter eingesetzt, können bei gleichem Gehäuse je nach Einsatzzweck unterschiedliche Gasbehälter mit dem für den Einsatzzweck jeweils optimalen Speichervolumen und/oder der jeweils optimalen Form gewählt werden. Vorteilhafterweise können für die Realisierung des Gasspeichers konstruktive Details und/oder Elemente verwendet werden, die von Kraftstoff-Hochdruckpumpen in Diesel- oder Benzin-Kraftstoffsystemen her bekannt sind. Hierzu gehören beispielsweise die Konturen im Bereich der Verbindung des Gasbehälters mit dem Gehäuse sowie die Verbindungsarten zwischen dem Gasbehälter und dem Gehäuse. Ferner kann das Gesamt-Speichervolumen durch die Veränderung der Anzahl der einzelnen Gasspeicher nahezu beliebig entsprechend den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst werden.If the same connection geometry is used between the housing and the gas tank, different gas tanks with the optimal storage volume and/or the optimal shape for the intended use can be selected for the same housing depending on the intended use. Structural details and/or elements that are known from high-pressure fuel pumps in diesel or gasoline fuel systems can advantageously be used to create the gas tank. These include, for example, the contours in the area of the connection between the gas tank and the housing and the types of connection between the gas tank and the housing. Furthermore, the total storage volume can be adapted almost arbitrarily to the specific requirements of the respective application by changing the number of individual gas tanks.

Konkret wird dies erreicht durch eine Druckregeleinheit, mit der der Druck eines gasförmigen Brennstoffs, insbesondere von Wasserstoff, in einem stromabwärts von der Druckregeleinheit gelegenen Bereich eines Brennstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine geregelt werden kann. Der gasförmige Wasserstoff kann beispielsweise zur innermotorischen Verbrennung verwendet werden. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich um eine im Wesentlichen typische Kolben-Brennkraftmaschine handeln, wie sie beispielsweise bei Kraftfahrzeugen oder stationären Anwendungen, beispielsweise zum Antrieb von Generatoren, eingesetzt wird.Specifically, this is achieved by a pressure control unit with which the pressure of a gaseous fuel, in particular hydrogen, can be regulated in a region of a fuel supply system of an internal combustion engine located downstream of the pressure control unit. The gaseous hydrogen can be used, for example, for internal engine combustion. The internal combustion engine can essentially be a typical piston internal combustion engine, such as those used in motor vehicles or stationary applications, for example for driving generators.

Bei einem solchen Brennstoffversorgungssystem kann der Wasserstoff beispielsweise unter relativ hohem Druck, beispielsweise 700 bar, in flüssiger Form in einem tankartigen Brennstoffspeicher gespeichert sein. Von dort kann er über eine Hochdruck-Druckregeleinrichtung zu einer Niederdruck-Druckregeleinheit (kurz „Druckregeleinheit“) und weiter zu einer Brennstoffverteileinrichtung gelangen, die funktional ähnlich ist wie das Kraftstoffrail bei einer Brennkraftmaschine mit Benzin- oder Diesel-Direkteinspritzung. Die Hochdruck-Druckregeleinrichtung regelt den Gasdruck typischerweise herunter auf beispielsweise ungefähr 40 bar, die Niederdruck-Druckregeleinheit regelt den Gasdruck weiter herunter typischerweise auf einen Druck von ungefähr 15 bar. An die Brennstoffverteileinrichtung können beispielsweise mehrere Injektoren angeschlossen sein, die den Brennstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine (H2-Direkteinspritzung) oder in eine Vorkammer einblasen (Port Fuel Injection).In such a fuel supply system, the hydrogen can be stored in liquid form in a tank-like fuel storage tank under relatively high pressure, for example 700 bar. From there, it can pass via a high-pressure pressure control device to a low-pressure pressure control unit (short: “pressure control unit”) and then to a fuel distribution device, which is functionally similar to the fuel rail in an internal combustion engine with gasoline or diesel direct injection. The high-pressure pressure control device typically regulates the gas pressure down to, for example, approximately 40 bar, while the low-pressure pressure control unit regulates the gas pressure further down, typically to a pressure of approximately 15 bar. For example, several injectors can be connected to the fuel distribution device, which inject the fuel directly into combustion chambers. the internal combustion engine (H2 direct injection) or into a prechamber (port fuel injection).

Die gerade erwähnte Niederdruck-Druckregeleinheit (auch „HIPR“ bzw. „Hydrogen Injection Pressure Regulator“ genannt) regelt entsprechend den spezifischen Anforderungen den Druck und somit den Massen- oder Volumenstrom in der Brennstoffverteileinrichtung bzw. zu der Brennstoffverteileinrichtung. Hierzu kann die HIPR mindestens ein Druckregelventil („HGI“), insbesondere ein Proportionalregelventil umfassen. Dieses ist mindestens bereichsweise in oder an dem Gehäuse angeordnet, beispielsweise mindestens bereichsweise in einer Öffnung des Gehäuses aufgenommen.The low-pressure pressure control unit just mentioned (also called "HIPR" or "Hydrogen Injection Pressure Regulator") regulates the pressure and thus the mass or volume flow in the fuel distribution device or to the fuel distribution device according to the specific requirements. For this purpose, the HIPR can comprise at least one pressure control valve ("HGI"), in particular a proportional control valve. This is arranged at least in part in or on the housing, for example at least in part in an opening in the housing.

Erfindungsgemäß weist die Druckregeleinheit ferner mindestens einen fluidisch stromabwärts von dem Druckregelventil angeordneten Gasbehälter auf. Dem liegt zugrunde, dass je nach Anforderungen aus dem Brennstoffversorgungssystem (z.B. Schwingungsdämpfung, Speichervolumen vor der Brennstoffverteileinrichtung, ...) fluidisch nach dem Druckregelventil ein zusätzliches Gasvolumen vorgesehen werden sollte. Dieses zusätzliche Gasvolumen wird durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Gasbehälter bereitgestellt. Erfindungsgemäß ist der Gasbehälter an dem Gehäuse der Druckregeleinheit befestigt oder wenigstens bereichsweise durch das Gehäuse gebildet und insoweit unmittelbar Teil der Druckregeleinheit.According to the invention, the pressure control unit further comprises at least one gas container arranged fluidically downstream of the pressure control valve. This is based on the fact that, depending on the requirements of the fuel supply system (e.g. vibration damping, storage volume before the fuel distribution device, ...), an additional gas volume should be provided fluidically after the pressure control valve. This additional gas volume is provided by the gas container provided according to the invention. According to the invention, the gas container is attached to the housing of the pressure control unit or is at least partially formed by the housing and is therefore a direct part of the pressure control unit.

Es wird durch die erfindungsgemäße Druckregeleinheit also eine integrale Einheit geschaffen, die mindestens die Funktionen „Druckregelung“ und „Gasspeicherung“ beinhaltet. Das Speichervolumen ist also in die Druckregeleinheit (HIPR) integriert, und das gesteigerte Gasvolumen ist gleichwohl im normalen Betrieb unmittelbar an die Brennstoffverteileinrichtung angebunden. Dabei versteht sich, dass das Volumen des Gasbehälters nicht dazu vorgesehen sein muss, über einen längeren Zeitraum die Brennstoffverteileinrichtung mit gasförmigem Brennstoff zu versorgen, sondern lediglich eine Art „Puffervolumen“ beispielsweise zur Reduktion von Druckschwankungen bzw. Druckschwingungen zur Verfügung stellen soll. Ein Abschnitt einer Begrenzungswand des Gasbehälters kann durch einen Abschnitt einer Begrenzungswand des Gehäuses gebildet sein, so dass der Gasbehälter zumindest bereichsweise durch das Gehäuse gebildet wird. Dies erhöht nochmals die Kompaktheit der erfindungsgemäßen Druckregeleinheit. Der mindestens eine Gasbehälter kann sehr einfach über einen oder mehrere in dem Gehäuse der Druckregeleinheit ausgebildete Kanäle mit dem stromabwärts von dem mindestens eine Druckregelventil angeordneten Bereich (Hochdruckbereich) verbunden werden.The pressure control unit according to the invention thus creates an integral unit that includes at least the functions of “pressure control” and “gas storage”. The storage volume is therefore integrated into the pressure control unit (HIPR), and the increased gas volume is nevertheless directly connected to the fuel distribution device during normal operation. It is understood that the volume of the gas container does not have to be intended to supply the fuel distribution device with gaseous fuel over a longer period of time, but is merely intended to provide a type of “buffer volume”, for example to reduce pressure fluctuations or pressure oscillations. A section of a boundary wall of the gas container can be formed by a section of a boundary wall of the housing, so that the gas container is formed at least in part by the housing. This further increases the compactness of the pressure control unit according to the invention. The at least one gas container can be very easily connected to the area arranged downstream of the at least one pressure control valve (high-pressure area) via one or more channels formed in the housing of the pressure control unit.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Druckregeleinheit eine Absperrventileinrichtung umfasst, die stromaufwärts von dem Gasbehälter angeordnet ist. Die Absperrventileinrichtung ist vorzugsweise stromlos geschlossen. Somit ist zusammen mit einer weiteren Absperrventileinrichtung an einer stromabwärts von der Druckregeleinheit angeordneten Brennstoffverteileinrichtung ein hohes Maß an Sicherheit erreichbar. Individuelle Absperrventileinrichtungen vor einem jeweiligen Injektor können entfallen. Die Komplexität und die Kosten des Systems können so verringert werden.In a further development, it is provided that the pressure control unit comprises a shut-off valve device which is arranged upstream of the gas container. The shut-off valve device is preferably closed when de-energized. Thus, together with a further shut-off valve device on a fuel distribution device arranged downstream of the pressure control unit, a high degree of safety can be achieved. Individual shut-off valve devices in front of each injector can be omitted. The complexity and costs of the system can thus be reduced.

Die Druckregeleinheit kann im Übrigen eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Druckregeleinheit an einem Halteabschnitt aufweisen, wobei die Befestigungseinrichtung mindestens einen Spanngurt und/oder mindestens einen Befestigungsflansch umfasst und insbesondere wobei die Befestigungseinrichtung am Gasbehälter angreift bzw. angeordnet ist. Der Halteabschnitt kann beispielsweise ein stationäres Element des Brennstoffversorgungssystem sein, oder kann bei einem Kraftfahrzeug beispielsweise ein Abschnitt des Chassis des Kraftfahrzeugs sein.The pressure control unit can also have a fastening device for fastening the pressure control unit to a holding section, wherein the fastening device comprises at least one tensioning belt and/or at least one fastening flange and in particular wherein the fastening device is engaged or arranged on the gas container. The holding section can be, for example, a stationary element of the fuel supply system or, in the case of a motor vehicle, can be, for example, a section of the chassis of the motor vehicle.

Die Verwendung eines Spanngurts als Befestigungseinrichtung vergrößert die Einbaumöglichkeiten der Druckregeleinheit in einem spezifischen Anwendungsfall. Zusätzliche Bohrungen können entfallen. Ein klassischer Befestigungsflansch kann dagegen die Herstellung der Befestigung vereinfachen. Wenn die Befestigungseinrichtung am Gasbehälter angreift bzw. an diesem angeordnet ist, bleiben die Freiheitsgrade bei der Auslegung des Gehäuses (beispielsweise die Anordnung des Druckregelventils bzw. der Druckregelventile) maximal erhalten.The use of a tensioning belt as a fastening device increases the installation options for the pressure control unit in a specific application. Additional holes can be omitted. A classic fastening flange, on the other hand, can simplify the production of the fastening. If the fastening device engages the gas container or is arranged on it, the degrees of freedom in the design of the housing (for example the arrangement of the pressure control valve or pressure control valves) are retained to the maximum.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Gasbehälter insgesamt wenigstens in etwa zylindrisch, insbesondere kartuschenartig, oder länglich ist. Insbesondere können für den Gasbehälter auf dem Markt übliche Gaskartuschen und/oder Gasflaschen verwendet werden. Hierdurch werden die Kosten reduziert. Möglich ist auch, dass für den Gasbehälter eine bereits für den tankartigen Brennstoffspeicher des Brennstoffversorgungssystem verwendete Speichertechnologie eingesetzt wird.In a further development, it is provided that the gas container as a whole is at least approximately cylindrical, in particular cartridge-like, or elongated. In particular, gas cartridges and/or gas bottles commonly available on the market can be used for the gas container. This reduces costs. It is also possible for the gas container to use a storage technology that is already used for the tank-like fuel storage of the fuel supply system.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass an dem Gasbehälter ein auslassseitiger Anschlussstutzen angeordnet ist. Damit wird der Gasbehälter integraler Bestandteil des Fluidwegs des gasförmigen Brennstoffs, wodurch nochmals Platz gespart wird. Außerdem werden hierdurch die Freiheitsgrade bei der Konstruktion des Gehäuses der Druckregeleinheit erhöht. Dabei kann der Anschlussstutzen am zylindrischen Gasbehälter entweder axial oder radial angeordnet sein, wodurch besonders gut auf die spezifischen Erfordernisse der jeweiligen Einbausituation reagiert werden kann. Ferner kann der Anschlussstutzen mit dem zylindrischen Gasbehälter verschraubt oder verschweißt oder verstemmt sein. Eine Verschraubung gestattet erforderlichenfalls einen einfachen Austausch, wohingegen ein Verschweißen die Notwendigkeit einer separaten Dichtung eliminiert. Auch werden potentielle Leckagestellen nach außen minimiert. Zum Herstellen der Schweißverbindung kann beispielsweise ein KEEP-Schweißverfahren verwendet werden.In a further development, a connection piece is arranged on the outlet side of the gas container. This makes the gas container an integral part of the fluid path of the gaseous fuel, which saves space again. In addition, this increases the degree of freedom in the design of the housing of the pressure control unit. The connection piece on the cylindrical gas container can be arranged either axially or radially, which makes it particularly easy to adapt to the specific specific requirements of the respective installation situation can be responded to. Furthermore, the connection piece can be screwed, welded or caulked to the cylindrical gas container. A screw connection allows for easy replacement if necessary, whereas welding eliminates the need for a separate seal. Potential leakage points to the outside are also minimized. A KEEP welding process, for example, can be used to create the welded connection.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Gasbehälter mit dem Gehäuse verschraubt oder verschweißt oder verstemmt ist. Auch hier kann zum Herstellen der Schweißverbindung beispielsweise ein KEEP-Schweißverfahren verwendet werden. Vorteilhafterweise sind in diesem Fall sowohl der Gasbehälter als auch das Gehäuse der Druckregeleinheit aus einem Stahlmaterial hergestellt, insbesondere aus Edelstahl. Auch hier führt eine Verschweißung zur Minimierung potentieller Leckagestellen. Für den Rohling des Gehäuses der Druckregeleinheit kann auf typische Verfahren, beispielsweise Schmieden oder Gießen, oder auf 3D-Druck zurückgegriffen werden, was bei entsprechender Gestaltung des Rohlings eine höhere Varianz bereitstellen kann. Beispielsweise kann ein gleiches Gehäuse dann in ganz unterschiedlichen Szenarien eingesetzt werden und je nach Einsatzszenario mit ganz unterschiedlichen Zusatzkomponenten ausgestattet werden. Wird dagegen der Gasbehälter mit dem Gehäuse der Druckregeleinheit verschraubt, kann dies unter Umständen später die Wartung vereinfachen.In a further development, it is provided that the gas container is screwed, welded or caulked to the housing. Here, too, a KEEP welding process can be used to create the welded connection. In this case, both the gas container and the housing of the pressure control unit are advantageously made of a steel material, in particular stainless steel. Here, too, welding minimizes potential leakage points. Typical processes such as forging or casting or 3D printing can be used for the blank of the housing of the pressure control unit, which can provide greater variance if the blank is designed accordingly. For example, the same housing can then be used in very different scenarios and equipped with very different additional components depending on the application scenario. If, on the other hand, the gas container is screwed to the housing of the pressure control unit, this can simplify maintenance later on.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Druckregeleinheit mindestens zwei Druckregelventile aufweist, deren jeweiliger Einlass von einem jeweiligen Ringkanal umgeben ist, und wobei jeder Ringkanal mit einem Einlass der Druckregeleinheit fluidisch verbunden ist. Hierdurch werden die Regeleigenschaften der Druckregeleinheit verbessert, und die Druckregeleinheit bleibt dennoch sehr kompakt, da die beiden Druckregelventile beispielsweise unmittelbar nebeneinander und parallel zueinander am bzw. im Gehäuse angeordnet werden können. Die Druckregelventile können also beispielsweise in Reihe verbaut werden. Die Verbindung der Ringkanäle mit einem Einlass der Druckregeleinheit kann in Verlängerung zu den beiden parallel angeordneten Druckregelventilen erfolgen, oder alternativ kann die Verbindung auch durch einen quer zu den beiden nebeneinander angeordneten Druckregelventilen vorhandenen Kanal erfolgen. Ein einlassseitiger Anschlussstutzen kann somit entsprechend den jeweiligen spezifischen Anforderungen der Einbausituation angeordnet werden.In a further development, the pressure control unit has at least two pressure control valves, each of whose inlets is surrounded by a respective ring channel, and each ring channel is fluidically connected to an inlet of the pressure control unit. This improves the control properties of the pressure control unit, and the pressure control unit still remains very compact, since the two pressure control valves can be arranged directly next to each other and parallel to each other on or in the housing, for example. The pressure control valves can therefore be installed in series, for example. The ring channels can be connected to an inlet of the pressure control unit as an extension of the two pressure control valves arranged in parallel, or alternatively the connection can also be made through a channel that is transverse to the two pressure control valves arranged next to each other. An inlet-side connection piece can thus be arranged according to the respective specific requirements of the installation situation.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Druckregeleinheit mindestens ein Druckbegrenzungsventil aufweist. Hierdurch wird eine zusätzliche Absicherung geschaffen, wodurch der Betrieb des Brennstoffversorgungssystems verbessert wird. Die Ableitung des Druckbegrenzungsventils kann über einen separaten Anschlussstutzen in einen Tank oder einen anderen separaten, unkritischen Bereich erfolgen.In a further development, the pressure control unit is provided with at least one pressure relief valve. This creates additional protection, which improves the operation of the fuel supply system. The pressure relief valve can be discharged via a separate connection piece into a tank or another separate, non-critical area.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Druckregeleinheit mindestens zwei Druckbegrenzungsventile aufweist, wobei ein erstes Druckbegrenzungsventil fluidisch einlassseitig mit einem stromaufwärts vom Druckregelventil angeordneten Bereich verbunden ist, und wobei ein zweites Druckbegrenzungsventil fluidisch einlassseitig mit einem stromabwärts vom Druckregelventil angeordneten Bereich verbunden ist. Somit wird eine Absicherung sowohl des stromaufwärts von dem mindestens einen Druckregelventil angeordneten Hochdruckbereichs als auch des stromabwärts von dem mindestens einen Druckregelventil angeordneten Niederdruckbereichs realisiert. Das zweite Druckbegrenzungsventil kann fluidisch einlassseitig mit dem Gasbehälter verbunden sein, wodurch unmittelbar die Betriebssicherheit des Gasbehälters verbessert wird. Um die Abmessungen der Druckregeleinheit gering zu halten, kann das Druckbegrenzungsventil wenigstens im Wesentlichen innerhalb von dem Gasbehälter angeordnet sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Ableitung des Druckbegrenzungsventils durch das Gehäuse der Druckregeleinheit hindurch erfolgt.In a further development, it is provided that the pressure control unit has at least two pressure relief valves, wherein a first pressure relief valve is fluidically connected on the inlet side to an area arranged upstream of the pressure control valve, and wherein a second pressure relief valve is fluidically connected on the inlet side to an area arranged downstream of the pressure control valve. This ensures that both the high-pressure area arranged upstream of the at least one pressure control valve and the low-pressure area arranged downstream of the at least one pressure control valve are protected. The second pressure relief valve can be fluidically connected on the inlet side to the gas container, which directly improves the operational reliability of the gas container. In order to keep the dimensions of the pressure control unit small, the pressure relief valve can be arranged at least substantially inside the gas container. It is advantageous if the discharge of the pressure relief valve takes place through the housing of the pressure control unit.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Druckregeleinheit mindestens einen Sensor umfasst, der der einen Betriebsparameter des Gasbehälters erfasst. Ein solcher Betriebsparameter kann der im Gasbehälter herrschende Gasdruck sein, kann die im Gasbehälter herrschende Temperatur des gespeicherten Gases sein, o. ä. Hierdurch wird das insgesamt integrierte Baukonzept nochmals verbessert, und der Betrieb der erfindungsgemäßen Druckregeleinheit wird nochmals sicherer gemacht. Vorzugsweise ist der mindestens eine Sensor am Gehäuse der Druckregeleinheit angeordnet, er kann aber auch direkt an einer Wand des Gasbehälters angeordnet sein, oder innerhalb von dem Gasbehälter.In a further development, it is provided that the pressure control unit comprises at least one sensor which detects an operating parameter of the gas container. Such an operating parameter can be the gas pressure prevailing in the gas container, the temperature of the stored gas prevailing in the gas container, or similar. This further improves the overall integrated construction concept and makes the operation of the pressure control unit according to the invention even safer. Preferably, the at least one sensor is arranged on the housing of the pressure control unit, but it can also be arranged directly on a wall of the gas container, or inside the gas container.

Zu der Erfindung gehört auch ein Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, umfassend einen Brennstoffspeicher, mindestens eine Druckregeleinheit, eine stromabwärts von der eine Druckregeleinheit angeordnete Brennstoffverteileinrichtung und mindestens einen an die Brennstoffverteileinrichtung angeschlossenen Injektor. Erfindungsgemäß ist die Druckregeleinheit gemäß der oben beschriebenen Art ausgebildet.The invention also includes a fuel supply system for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel, in particular hydrogen, comprising a fuel reservoir, at least one pressure control unit, a fuel distribution device arranged downstream of the pressure control unit and at least one injector connected to the fuel distribution device. According to the invention, the Pressure control unit designed according to the manner described above.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffversorgungssystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff mit einer Druckregeleinheit;
  • 2-3 ein schematischer teilweiser Schnitt mit vertikaler Schnittebene durch eine erste Ausführungsform der Druckregeleinheit von 1 und eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform der Druckregeleinheit von 1;
  • 4-5 Darstellungen ähnlich zu den 2-3 einer zweiten Ausführungsform;
  • 6-7 Darstellungen ähnlich zu den 2-3 einer dritten Ausführungsform;
  • 8-9 Darstellungen ähnlich zu den 2-3 einer vierten Ausführungsform;
  • 10-11 Darstellungen ähnlich zu den 2-3 einer fünften Ausführungsform;
  • 12-13 Darstellungen ähnlich zu den 2-3 einer sechsten Ausführungsform;
  • 14-15 Darstellungen ähnlich zu den 2-3 einer siebten Ausführungsform;
  • 16-17 Darstellungen ähnlich zu den 2-3 einer achten Ausführungsform;
  • 18-19 Darstellungen ähnlich zu den 2-3 einer neunten Ausführungsform;
  • 20-21 Darstellungen ähnlich zu den 2-3 einer zehnten Ausführungsform.
  • 22 eine perspektivische Darstellung einer elften Ausführungsform der Druckregeleinheit von 1;
  • 23 einen schematischen Längsschnitt mit horizontaler Schnittebene durch einen Bereich der Druckregeleinheit von 22;
  • 24 ein Detail von 23;
  • 25 eine perspektivische Darstellung einer zwölften Ausführungsform der Druckregeleinheit von 1;
  • 26 einen schematischen Längsschnitt mit horizontaler Schnittebene durch einen Bereich der Druckregeleinheit von 25;
  • 27 ein Detail von 26; und
  • 28 einen stärker detaillierten Längsschnitt mit vertikaler Schnittebene durch eine Druckregeleinheit gemäß der elften oder der zwölften Ausführungsform.
Embodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying drawings, in which:
  • 1 a schematic representation of a fuel supply system for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel with a pressure control unit;
  • 2-3 a schematic partial section with vertical cutting plane through a first embodiment of the pressure control unit of 1 and a plan view of the first embodiment of the pressure control unit of 1 ;
  • 4-5 Representations similar to the 2-3 a second embodiment;
  • 6-7 Representations similar to the 2-3 a third embodiment;
  • 8-9 Representations similar to the 2-3 a fourth embodiment;
  • 10-11 Representations similar to the 2-3 a fifth embodiment;
  • 12-13 Representations similar to the 2-3 a sixth embodiment;
  • 14-15 Representations similar to the 2-3 a seventh embodiment;
  • 16-17 Representations similar to the 2-3 an eighth embodiment;
  • 18-19 Representations similar to the 2-3 a ninth embodiment;
  • 20-21 Representations similar to the 2-3 a tenth embodiment.
  • 22 a perspective view of an eleventh embodiment of the pressure control unit of 1 ;
  • 23 a schematic longitudinal section with horizontal cutting plane through an area of the pressure control unit of 22 ;
  • 24 a detail of 23 ;
  • 25 a perspective view of a twelfth embodiment of the pressure control unit of 1 ;
  • 26 a schematic longitudinal section with horizontal cutting plane through an area of the pressure control unit of 25 ;
  • 27 a detail of 26 ; and
  • 28 a more detailed longitudinal section with a vertical cutting plane through a pressure control unit according to the eleventh or twelfth embodiment.

Nachfolgend tragen funktionsäquivalente Elemente und Bereiche in unterschiedlichen Figuren und in unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen. Sie werden im Normalfall nur bei der ersten Erwähnung im Detail beschrieben, und bei nachfolgenden Ausführungsformen werden im Regelfall nur Unterschiede zu vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben. Darüber hinaus sind aus Gründen der Vereinfachung möglicherweise nicht in allen Figuren sämtliche Bezugszeichen eingetragen.In the following, functionally equivalent elements and regions in different figures and in different embodiments have the same reference numerals. They are normally only described in detail when first mentioned, and in subsequent embodiments only differences from previous embodiments are normally described. In addition, for reasons of simplification, not all reference numerals may be entered in all figures.

Ein Brennstoffversorgungssystem trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es dient zur Versorgung einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Brennstoff, vorliegend beispielsweise gasförmigem Wasserstoff.A fuel supply system contributes to 1 overall the reference number 10. It serves to supply an internal combustion engine, not shown, with a gaseous fuel, in this case for example gaseous hydrogen.

Der Wasserstoff ist in flüssiger Form unter hohem Druck, beispielsweise ungefähr 700 bar, in einem tankartigen Brennstoffspeicher 12 gespeichert. Dieser kann über einen Füllanschluss 14 befüllt werden. Am Brennstoffspeicher 12 ist ferner eine integrierte Einheit 16 aus einem Tankventil zur Befüllung und Abgabe von Wasserstoff in bzw. aus dem Brennstoffspeicher 12 und einem Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des aus dem Brennstoffspeicher 12 kommenden gasförmigen Wasserstoffs angeordnet.The hydrogen is stored in liquid form under high pressure, for example approximately 700 bar, in a tank-like fuel storage unit 12. This can be filled via a filling connection 14. An integrated unit 16 comprising a tank valve for filling and dispensing hydrogen into or out of the fuel storage unit 12 and a temperature sensor for detecting the temperature of the gaseous hydrogen coming from the fuel storage unit 12 is also arranged on the fuel storage unit 12.

Der gasförmige Wasserstoff gelangt über eine Druckleitung 18 zunächst zu einem Filter 20 und von dort weiter zu einer Hochdruck-Druckregeleinrichtung 22. Diese reduziert den Druck des gasförmigen Wasserstoffs beispielsweise auf einen Druck im Bereich von 40 bar. Die Druckleitung 18 führt von der Hochdruck-Druckregeleinrichtung 22 weiter zu einem Drucksensor 24, einen weiteren Filter 26 und eine optionale Temperiereinrichtung 28 schließlich zu einer Niederdruck-Druckregeleinheit 30 (kurz: „Druckregeleinheit“).The gaseous hydrogen first reaches a filter 20 via a pressure line 18 and from there to a high-pressure pressure control device 22. This reduces the pressure of the gaseous hydrogen to a pressure in the range of 40 bar, for example. The pressure line 18 leads from the high-pressure pressure control device 22 to a pressure sensor 24, another filter 26 and an optional temperature control device 28 and finally to a low-pressure pressure control unit 30 (in short: “pressure control unit”).

Die Druckregeleinheit 30 umfasst vorliegend beispielhaft mindestens ein Druckregelventil 32, einen Niederdruck-Drucksensor 34 und ein stromaufwärts von dem Druckregelventil 32 angeordnetes Sicherheitsventil in Form einer stromlos geschlossenen Absperrventileinrichtung 36. Das mindestens eine Druckregelventil 32 ist vorliegend beispielhaft ein Proportionalregelventil. Durch die Druckregeleinheit 30 wird der Druck in der Druckleitung 18 nochmals abgesenkt von dem eingangsseitigen vorliegend beispielhaften Druck von ungefähr 40 bar auf einen Druck beispielsweise von ungefähr 15 bar. Stromabwärts von dem Druckregelventil 32 umfasst die Druckregeleinheit 30 ferner eine Gasbehälter 58, auf den weiter unten noch stärker im Detail Bezug genommen werden wird. Ausgangsseitig vom Gasbehälter 58 umfasst die Druckregeleinheit 30 nochmals einen Sensor 112, der ein Drucksensor oder ein Temperatursensor sein kann und der ebenfalls weiter unten nochmals erwähnt werden wird.The pressure control unit 30 comprises, for example, at least one pressure control valve 32, a low-pressure pressure sensor 34 and a safety valve arranged upstream of the pressure control valve 32 in the form of a normally closed shut-off valve device 36. The at least one pressure control valve 32 is, for example, a proportional control valve. The pressure control unit 30 reduces the pressure in the pressure line 18 again from the inlet-side pressure of approximately 40 bar to a pressure of approximately 15 bar, for example. Downstream of the pressure control valve 32, the pressure control unit 30 further comprises a gas container 58, which will be referred to in more detail below. On the outlet side of the gas container 58, the pressure control unit 30 again comprises a sensor 112, which is a pressure sensor or a temperature sensor and will also be mentioned again below.

Stromabwärts von der Druckregeleinheit 30 führt die Druckleitung 18 zu einer Brennstoffverteileinrichtung 38, die beispielsweise als längliches Rohr ausgebildet sein kann in der Art eines typischen Kraftstoffrails, wie es von Benzin- und Diesel-Kraftstoffsystemen bekannt ist. Der in der Brennstoffverteileinrichtung 38 herrschende Gasdruck kann optional von einem Drucksensor 40 erfasst werden. Eingangsseitig gehört zu der Brennstoffverteileinrichtung 38 noch eine Absperrventileinrichtung 41, die stromlos geschlossen ist.Downstream of the pressure control unit 30, the pressure line 18 leads to a fuel distribution device 38, which can be designed, for example, as an elongated pipe in the manner of a typical fuel rail, as is known from gasoline and diesel fuel systems. The gas pressure prevailing in the fuel distribution device 38 can optionally be detected by a pressure sensor 40. On the input side, the fuel distribution device 38 also has a shut-off valve device 41, which is closed when de-energized.

An die Brennstoffverteileinrichtung 38 sind mehrere Injektoren 42 angeschlossen, die den gasförmigen Wasserstoff vorliegend beispielhaft in Brennräume 44 der Brennkraftmaschine direkt einblasen. Der gasförmige Wasserstoff wird in den Brennräumen 44 mit Luftsauerstoff gemischt, und dieses Gemisch wird durch eine jeweilige Zündeinrichtung (nicht gezeichnet) entzündet. Typischerweise handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um eine 2-Takt- oder 4-Takt-Kolben-Brennkraftmaschine von einer weitgehend üblichen Bauart. Beispielsweise wird eine solche Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Sie kann aber auch beispielsweise stationär zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung verwendet werden.Several injectors 42 are connected to the fuel distribution device 38, which in this case blow the gaseous hydrogen directly into combustion chambers 44 of the internal combustion engine. The gaseous hydrogen is mixed with atmospheric oxygen in the combustion chambers 44, and this mixture is ignited by a respective ignition device (not shown). The internal combustion engine is typically a 2-stroke or 4-stroke piston internal combustion engine of a largely conventional design. For example, such an internal combustion engine is used to drive a motor vehicle. However, it can also be used stationary, for example, to drive a generator to generate electricity.

Gesteuert werden das Brennstoffversorgungssystem 10 und seine Komponenten durch eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 48, die über einen oder mehrere entsprechende Mikroprozessoren, einen Speicher für Programmcode, etc., verfügt. Die Steuer- und Regeleinrichtung 48 erhält Signale unter anderem vom Temperatursensor 16, dem Drucksensor 24, dem Drucksensor 40, etc. Die Steuer- und Regeleinrichtung 48 steuert verschiedene Komponenten des Brennstoffversorgungssystems 10 an, unter anderem die Niederdruck-Druckregeleinrichtung 30, die Absperrventileinrichtung 36 sowie die Zündeinrichtungen 46. Ferner wird auch eine Steuereinrichtung 50 von der Steuer- und Regeleinrichtung 48 angesteuert, die wiederum spezifisch den Betrieb des Brennstoffspeichers 12 steuert bzw. regelt.The fuel supply system 10 and its components are controlled by an electronic control and regulating device 48, which has one or more corresponding microprocessors, a memory for program code, etc. The control and regulating device 48 receives signals from, among others, the temperature sensor 16, the pressure sensor 24, the pressure sensor 40, etc. The control and regulating device 48 controls various components of the fuel supply system 10, including the low-pressure pressure control device 30, the shut-off valve device 36 and the ignition devices 46. Furthermore, a control device 50 is also controlled by the control and regulating device 48, which in turn specifically controls or regulates the operation of the fuel storage device 12.

Zu der Druckregeleinheit 30 gehört vorliegend ferner ein Gehäuse 52, welches beispielsweise einen Metallblock aus Aluminium oder aus einem Stahlmaterial, insbesondere aus Edelstahl, umfassen kann. Zum einlassseitigen Anschluss an die Druckleitung 18 dient ein einlassseitiger Anschlussstutzen 54, und zum auslassseitigen Anschluss an die Druckleitung 18 zur Brennstoffverteileinrichtung 38 hin dient ein auslassseitiger Anschlussstutzen 56. Der auslassseitige Anschlussstutzen 56 kann am Gasbehälter 58 angeordnet sein, oder er kann am Gehäuse 52 angeordnet sein.In the present case, the pressure control unit 30 also includes a housing 52, which can comprise, for example, a metal block made of aluminum or a steel material, in particular stainless steel. An inlet-side connection piece 54 is used for the inlet-side connection to the pressure line 18, and an outlet-side connection piece 56 is used for the outlet-side connection to the pressure line 18 to the fuel distribution device 38. The outlet-side connection piece 56 can be arranged on the gas container 58, or it can be arranged on the housing 52.

Die Druckregeleinheit 30 ist an einem Halteabschnitt 60 mittels einer Befestigungseinrichtung 62 befestigt. Bei dem Halteabschnitt 60 kann es sich beispielsweise um einen Abschnitt eines Chassis eines Kraftfahrzeugs handeln, in das das Brennstoffversorgungssystem 10 eingebaut ist. Vorliegend beispielhaft umfasst die Befestigungseinrichtung 62 einen Spanngurt 64, der vorliegend beispielhaft am Gasbehälter 58 angreift.The pressure control unit 30 is attached to a holding section 60 by means of a fastening device 62. The holding section 60 can be, for example, a section of a chassis of a motor vehicle into which the fuel supply system 10 is installed. In the present example, the fastening device 62 comprises a tensioning belt 64, which in the present example engages the gas container 58.

Nun wird eine erste Ausführungsform der Druckregeleinheit 30 unter Bezugnahme auf die 2 und 3 stärker im Detail erläutert. Das Gehäuse 52 ist vorliegend als insgesamt in etwa quaderförmiger Block ausgebildet mit einer ersten in den Figuren linken Stirnseite 66 und einer zweiten in den Figuren rechten Stirnseite 68. Die Absperrventileinrichtung 36 ist an der linken Stirnseite 66 befestigt. Dort ist an einer Längsseite 69 des Gehäuses 52 auch der einlassseitige Anschlussstutzen 54 angeordnet. Das Druckregelventil 32 ist bereichsweise in eine Öffnung 70 in einer Oberseite 71 des Gehäuses 52 eingesetzt. Der Drucksensor 34 ist in der Nähe der rechten Stirnseite 68 in eine Öffnung 72 ebenfalls in der Oberseite 71 des Gehäuses 52 eingesetzt.Now, a first embodiment of the pressure control unit 30 will be described with reference to 2 and 3 explained in more detail. The housing 52 is in the present case designed as an approximately cuboid-shaped block with a first end face 66 on the left in the figures and a second end face 68 on the right in the figures. The shut-off valve device 36 is attached to the left end face 66. The inlet-side connection piece 54 is also arranged there on a long side 69 of the housing 52. The pressure control valve 32 is partially inserted into an opening 70 in an upper side 71 of the housing 52. The pressure sensor 34 is inserted near the right end face 68 into an opening 72, also in the upper side 71 of the housing 52.

Vom einlassseitigen Anschlussstutzen 54 verläuft in dem Gehäuse 52 über die Absperrventileinrichtung 36 durch die Öffnung 70 hindurch bis zur Öffnung 72 ein Längskanal 74. Vorliegend sind sowohl das Druckregelventil 32 als auch der Drucksensor 34 orthogonal zur Oberseite 71 des Gehäuses 52 und somit in der dargestellten Einbaulage vertikal nebeneinander angeordnet. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform könnte das Druckregelventil und/oder der Drucksensor auch schräg angeordnet sein.A longitudinal channel 74 runs from the inlet-side connection piece 54 in the housing 52 via the shut-off valve device 36 through the opening 70 to the opening 72. In the present case, both the pressure control valve 32 and the pressure sensor 34 are arranged orthogonally to the top side 71 of the housing 52 and thus vertically next to one another in the installation position shown. In an embodiment not shown, the pressure control valve and/or the pressure sensor could also be arranged at an angle.

An einer Unterseite (2, ohne Bezugszeichen) des Gehäuses 52 weist das Gehäuse 52 einen zylindrischen Fortsatz 76 auf mit einem Außengewinde (ohne Bezugszeichen), der insoweit einen vorliegend allerdings axial nur sehr kurzen Einschraubzapfen des Gehäuses 52 bildet. Auf den Fortsatz 76 ist ein zylindrisches und in 2 oben offenes Gehäuse 78 des Gasbehälters 58 aufgeschraubt und mit seinem stirnseitigen Rand (ohne Bezugszeichen) mittels eines Flachdichtrings 80 gegenüber dem Gehäuse 52 abgedichtet. Eine Längsachse des Gasbehälters 58 ist mit 81 bezeichnet.On a subpage ( 2 , without reference number) of the housing 52, the housing 52 has a cylindrical extension 76 with an external thread (without reference number), which in this case forms a screw-in pin of the housing 52, although in the present case it is only axially very short. On the extension 76 is a cylindrical and in 2 The housing 78 of the gas container 58, which is open at the top, is screwed on and its front edge (without reference symbol) is sealed against the housing 52 by means of a flat sealing ring 80. A longitudinal axis of the gas container 58 is designated by 81.

Das Gehäuse 78 ist insoweit kartuschenartig. Insbesondere ist das Gehäuse 78 ein Gehäuse einer handelsüblichen Gaskartusche. Es umfasst eine zylindrische Wand 82 und einen mit dieser einstückigen Boden 84. Der auslassseitige Anschlussstutzen 56 ist in den Boden 84 eingeschraubt und dort mittels eines O-Rings 86 abgedichtet. Man erkennt aus 2, dass der Fortsatz 76 des Gehäuses 52 einen in 2 oberen stirnseitigen Abschnitt einer Begrenzungswand des Gasbehälters 58 bildet.The housing 78 is cartridge-like in this respect. In particular, the housing 78 is a housing of a commercially available gas cartridge. It comprises a cylindrical wall 82 and a base 84 which is integral with the latter. The outlet-side connection piece 56 is screwed into the base 84 and is secured there by means of an O-ring 86. It can be seen from 2 that the extension 76 of the housing 52 has a 2 upper front section of a boundary wall of the gas container 58.

Man erkennt aus den 2 und 3 ferner, dass die Befestigungseinrichtung 62 vorliegend zwei in Richtung der Längsachse 81 des Gasbehälters 58 gesehen axial voneinander beabstandete Spanngurte 64 mit jeweiligen Schlössern 88 aufweist. Ferner erkennt man insbesondere aus 2, dass sich von der Öffnung 70 für das Druckregelventil 32 koaxial zum Gehäuse 78 des Gasbehälters 58 ein Kanal 90 auch durch den Fortsatz 76 bis in den Gasbehälter 58 hinein erstreckt. Der gasförmige Brennstoff gelangt somit über den einlassseitigen Anschlussstutzen 54 und die bestromt offene Absperrventileinrichtung 36 zunächst in den Längskanal 74 und weiter auch bis zum Drucksensor 34. Dies alles ist ein vom Druckregelventil 32 aus gesehen stromaufwärtiger Hochdruckbereich. Weiter gelangt der gasförmige Brennstoff mit einem durch das Druckregelventil 32 abgesenkten Druck über den Kanal 90 in den Gasbehälter 58 und von dort über den auslassseitigen Anschlussstutzen 56 weiter in Richtung zur Brennstoffverteileinrichtung 38. Dies alles ist ein vom Druckregelventil 32 aus gesehen stromabwärtiger Niederdruckbereich.You can see from the 2 and 3 furthermore, that the fastening device 62 in the present case has two tensioning belts 64 with respective locks 88, which are axially spaced apart from one another in the direction of the longitudinal axis 81 of the gas container 58. Furthermore, it can be seen in particular from 2 that a channel 90 extends from the opening 70 for the pressure regulating valve 32 coaxially to the housing 78 of the gas tank 58, also through the extension 76 into the gas tank 58. The gaseous fuel thus passes via the inlet-side connection piece 54 and the energized open shut-off valve device 36, first into the longitudinal channel 74 and then as far as the pressure sensor 34. All of this is a high-pressure region upstream of the pressure regulating valve 32. The gaseous fuel then passes through the channel 90 into the gas tank 58 at a pressure reduced by the pressure regulating valve 32 and from there via the outlet-side connection piece 56 in the direction of the fuel distribution device 38. All of this is a low-pressure region downstream of the pressure regulating valve 32.

Im Übrigen erkennt man aus 3, dass an der Wand des Gasbehälters 82 ein Anlageabschnitt 92 vorhanden ist, mit dem das Gehäuse 78 und somit insgesamt die Druckregeleinheit 30 durch die Befestigungseinrichtung 62 gegen den Halteabschnitt 60 gepresst wird. Der Anlageabschnitt 92 ist vorzugsweise nicht fest mit der Wand 82 des Gehäuses 78 des Gasbehälters 58 verbunden, so dass die Druckregeleinheit 30 relativ zur Längsachse 81 in unterschiedlichen Winkellagen am Halteabschnitt 60 befestigt werden kann.Furthermore, one can see from 3 that a contact section 92 is present on the wall of the gas container 82, with which the housing 78 and thus the pressure control unit 30 as a whole is pressed against the holding section 60 by the fastening device 62. The contact section 92 is preferably not firmly connected to the wall 82 of the housing 78 of the gas container 58, so that the pressure control unit 30 can be fastened to the holding section 60 in different angular positions relative to the longitudinal axis 81.

Bei der Ausführungsform der 4 und 5 ist der auslassseitige Anschlussstutzen 56 nicht axial am Boden 84, sondern radial an der Wand 82 des Gehäuses 78 des Gasbehälters 58 angeordnet. Außerdem ist die Druckregeleinheit 30 gegenüber der Anordnung der 2 und 3 insgesamt um die Längsachse 81 leicht verdreht ausgerichtet.In the embodiment of the 4 and 5 the outlet-side connection piece 56 is not arranged axially on the bottom 84, but radially on the wall 82 of the housing 78 of the gas container 58. In addition, the pressure control unit 30 is arranged opposite the arrangement of the 2 and 3 overall slightly twisted around the longitudinal axis 81.

Bei der Ausführungsform der 6 und 7 ist der auslassseitige Anschlussstutzen 56 nicht am Gasbehälter 58, sondern an der Längsseite 69 des Gehäuses 52 neben dem einlassseitigen Anschlussstutzen 54 angeordnet. Hierzu ist in dem Gehäuse 52 ein zum Kanal 90 orthogonaler Auslasskanal 94 vorhanden.In the embodiment of the 6 and 7 the outlet-side connection piece 56 is not arranged on the gas container 58, but on the long side 69 of the housing 52 next to the inlet-side connection piece 54. For this purpose, an outlet channel 94 orthogonal to the channel 90 is present in the housing 52.

Bei der Ausführungsform der 8 und 9 ist das Gehäuse 78 des Gasbehälters 58 nicht auf das Gehäuse 52 aufgeschraubt, sondern mit diesem in 95 verschweißt. Entsprechend kann der Flachdichtring entfallen. Ebenso ist bei der Ausführungsform der 8 und 9 der auslassseitige Anschlussstutzen 56 nicht in den Boden 84 des Gehäuses 78 eingeschraubt, sondern mit diesem verschweißt, was ebenfalls durch das Bezugszeichen 95 angedeutet ist. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform der 8 und 9 jener der 2 und 3, wobei die gerade erwähnten Schweißverbindungen 95 natürlich auch bei anderen Ausführungsformen realisierbar sind.In the embodiment of the 8th and 9 the housing 78 of the gas container 58 is not screwed onto the housing 52, but welded to it at 95. Accordingly, the flat sealing ring can be omitted. Likewise, in the embodiment of the 8th and 9 the outlet-side connection piece 56 is not screwed into the bottom 84 of the housing 78, but welded to it, which is also indicated by the reference numeral 95. Otherwise, the design of the 8th and 9 that of 2 and 3 , whereby the welded joints 95 just mentioned can of course also be realized in other embodiments.

Bei der Ausführungsform der 10 und 11 ist die Befestigungseinrichtung 62 nicht als Spanngurt, sondern als Befestigungsflansch 96 ausgebildet, der am Gehäuse 78 des Gasbehälters 58 fest angebracht ist. Mittels des Befestigungsflansches 96 kann die Druckregeleinheit 30 am Halteabschnitt 60 verschraubt werden. Auch hier entspricht diese Ausführungsform im Übrigen jener der 8 und 9, wobei die Ausgestaltung der Befestigungseinrichtung 62 natürlich auch bei anderen Ausführungsformen realisierbar ist.In the embodiment of the 10 and 11 the fastening device 62 is not designed as a tensioning belt, but as a fastening flange 96, which is firmly attached to the housing 78 of the gas container 58. The pressure control unit 30 can be screwed to the holding section 60 by means of the fastening flange 96. Here too, this embodiment corresponds to that of the 8th and 9 , whereby the design of the fastening device 62 can of course also be implemented in other embodiments.

Bei der Ausführungsform der 12 und 13 weist die Druckregeleinheit 30 zwei Druckregelventile 32 auf, die vertikal nebeneinander und hydraulisch parallel in jeweilige Öffnungen 70 in der Oberseite 71 des Gehäuses 52 eingesetzt sind. Im Bereich des Längskanals 74 weist jede Öffnung 70 einen Ringkanal 98 auf, der einen jeweiligen Einlass (ohne Bezugszeichen) eines jeweiligen Druckregelventils 32 umgibt. Auf diese Weise sind beide Ringkanäle 98 mit dem einlassseitigen Anschlussstutzen 54 fluidisch parallel verbunden. Auslassseitig von den Druckregelventilen 32 führen zwei Kanalabschnitte 90a zu einem Sammelraum 100 zwischen Gehäuse 52 und Fortsatz 76, von dem ein Kanal 90b durch den Fortsatz 76 hindurch in den Gasbehälter 58 führt.In the embodiment of the 12 and 13 the pressure control unit 30 has two pressure control valves 32, which are inserted vertically next to one another and hydraulically parallel into respective openings 70 in the top 71 of the housing 52. In the area of the longitudinal channel 74, each opening 70 has an annular channel 98, which surrounds a respective inlet (without reference symbol) of a respective pressure control valve 32. In this way, both annular channels 98 are fluidically connected in parallel to the inlet-side connection piece 54. On the outlet side of the pressure control valves 32, two channel sections 90a lead to a collecting chamber 100 between the housing 52 and the extension 76, from which a channel 90b leads through the extension 76 into the gas container 58.

Die Ausführungsform der 14 und 15 ist ähnlich zu jener der 12 und 13. Allerdings ist die Absperrventileinrichtung 36 an der Längsseite 69 des Gehäuses 52 angeordnet, und im Gegenzug ist der einlassseitige Anschlussstutzen 54 an der in 15 linken Stirnseite 66 des Gehäuses 52 angeordnet. Ferner ist der Drucksensor 34 nicht im Bereich der in den Figuren rechten Stirnseite 68, sondern seitlich versetzt zwischen den beiden Druckregelventilen 32 angeordnet und mit dem von den Druckregelventilen stromaufwärtigen Bereich durch einen Querkanal 101 verbunden.The embodiment of the 14 and 15 is similar to that of the 12 and 13 However, the shut-off valve device 36 is arranged on the long side 69 of the housing 52, and in turn the inlet-side connection piece 54 is arranged on the 15 left front side 66 of the housing 52. Furthermore, the pressure sensor 34 is not arranged in the area of the right front side 68 in the figures, but laterally offset between the two pressure control valves 32 and is connected to the area upstream of the pressure control valves by a transverse channel 101.

Die Ausführungsform der 16 und 17 ist ähnlich zu jener der 10 und 11. Allerdings umfasst die Druckregeleinheit 30 zusätzlich ein erstes Druckbegrenzungsventil 102 und ein zweites Druckbegrenzungsventil 104. Das erste Druckbegrenzungsventil 102 ist fluidisch einlassseitig mit dem Längskanal 74 verbunden, also mit einem stromaufwärts von dem Druckregelventil 32 angeordneten Bereich (Hochdruckbereich). Es ist in axialer Verlängerung des Längskanals 74 an der in den Figuren rechten Stirnseite 68 des Gehäuses 52 angeordnet. Das zweite Druckbegrenzungsventil 104 ist fluidisch einlassseitig mit dem Gasbehälter 58 und somit mit einem stromabwärts von dem Druckregelventil 32 angeordneten Bereich (Niederdruckbereich) verbunden.The embodiment of the 16 and 17 is similar to that of the 10 and 11 However, the pressure control unit 30 additionally comprises a first pressure relief valve 102 and a second pressure relief valve 104. The first pressure relief valve 102 is fluidically connected on the inlet side to the longitudinal channel 74, i.e. to a upstream of the pressure control valve 32 (high pressure area). It is arranged in the axial extension of the longitudinal channel 74 on the right-hand end face 68 of the housing 52 in the figures. The second pressure relief valve 104 is fluidically connected on the inlet side to the gas container 58 and thus to an area arranged downstream of the pressure control valve 32 (low pressure area).

Beide Druckbegrenzungsventile 102 und 104 sind vorliegend beispielhaft als federbelastete Kugelventile ausgeführt, wobei auch andere Ausführungen möglich sind. Das zweite Druckbegrenzungsventil 104 ist an der Wand 82 des Gasbehälters 58 befestigt. Beide Druckbegrenzungsventile 102 und 104 verfügen über Anschlussstutzen 106 und 108 zum Anschluss entsprechender Ableitungen (nicht gezeichnet), sodass bei einem Öffnen eines Druckbegrenzungsventils 102 bzw. 104 der gasförmige Brennstoff kontrolliert an eine gewünschte Stelle abgeleitet werden kann.Both pressure relief valves 102 and 104 are designed as spring-loaded ball valves, although other designs are also possible. The second pressure relief valve 104 is attached to the wall 82 of the gas container 58. Both pressure relief valves 102 and 104 have connecting pieces 106 and 108 for connecting corresponding discharge lines (not shown), so that when a pressure relief valve 102 or 104 is opened, the gaseous fuel can be discharged to a desired location in a controlled manner.

Auch die Ausführungsform der 17 und 18 umfasst zwei Druckbegrenzungsventile 102 und 104. Das zweite Druckbegrenzungsventil ist jedoch innerhalb von dem Gasbehälter 58 angeordnet und am Fortsatz 76 befestigt. Auslassseitig ist das zweite Druckbegrenzungsventil 104 über einen Kanal 110 mit dem Anschlussstutzen 108 auf der Oberseite 71 des Gehäuses 52 verbunden.The design of the 17 and 18 comprises two pressure relief valves 102 and 104. The second pressure relief valve, however, is arranged inside the gas container 58 and fastened to the extension 76. On the outlet side, the second pressure relief valve 104 is connected via a channel 110 to the connection piece 108 on the top side 71 of the housing 52.

Die Ausführungsform der 20 und 21 umfasst nur ein einziges Druckregelventil 32 und auch nur ein einziges Druckbegrenzungsventil 102, welches einlassseitig mit dem Längskanal 74 und somit mit dem vom Druckregelventil 32 stromaufwärtigen Bereich (Hochdruckbereich) verbunden ist. Allerdings ist bei dieser Ausführungsform ein zusätzlicher Sensor 112 vorgesehen, der ähnlich wie der Drucksensor 34 in eine Öffnung 114 in der Oberseite 71 des Gehäuses 52 eingesetzt ist. Über einen Kanal 116 ist der Sensor 112 fluidisch mit dem Gasbehälter 58 verbunden. Bei dem Sensor 112 kann es sich beispielsweise um einen Drucksensor handeln oder um einen Temperatursensor handeln. Durch den Sensor 112 kann ein Betriebsparameter des im Gasbehälter 58 vorhandenen Gasvolumens erfasst werden.The embodiment of the 20 and 21 comprises only a single pressure control valve 32 and also only a single pressure relief valve 102, which is connected on the inlet side to the longitudinal channel 74 and thus to the area upstream of the pressure control valve 32 (high pressure area). However, in this embodiment, an additional sensor 112 is provided, which, similar to the pressure sensor 34, is inserted into an opening 114 in the top 71 of the housing 52. The sensor 112 is fluidically connected to the gas container 58 via a channel 116. The sensor 112 can be a pressure sensor or a temperature sensor, for example. The sensor 112 can detect an operating parameter of the gas volume present in the gas container 58.

Bei der Ausführungsform der 22-24 sind wieder zwei Druckregelventile 32 vorgesehen. Anders als bei allen vorhergehenden Ausführungsformen ist jedoch nicht ein einziger Gasbehälter 58, sondern sind zwei Gasbehälter 58 vorgesehen, und diese sind auch nicht an einer Unterseite des Gehäuses 52 angeordnet, sondern an der Längsseite 69. Ähnlich zu den vorhergehenden Ausführungsformen sind die beiden Gasbehälter 58 einerseits durch ein topfartiges Gehäuse 78 und andererseits durch einen Bereich der besagten Längsseite 69 des Gehäuses 52 gebildet. Der auslassseitige Anschlussstutzen 56 ist an der in den Figuren rechten Stirnseite 68 des Gehäuses 52 angeordnet. In the embodiment of the 22-24 two pressure control valves 32 are again provided. Unlike all previous embodiments, however, not a single gas container 58 is provided, but two gas containers 58 are provided, and these are not arranged on an underside of the housing 52, but on the long side 69. Similar to the previous embodiments, the two gas containers 58 are formed on the one hand by a pot-like housing 78 and on the other hand by an area of the said long side 69 of the housing 52. The outlet-side connection piece 56 is arranged on the right-hand end face 68 of the housing 52 in the figures.

Der einlassseitige Anschlussstutzen 54 ist in den Figuren nicht sichtbar unterhalb von der Öffnung 72 für den Drucksensor (nicht gezeichnet) angeordnet.The inlet-side connection piece 54 is not visible in the figures and is arranged below the opening 72 for the pressure sensor (not shown).

Aus 23 ist ersichtlich, dass die beiden Gasbehälter 58 mit einem zu den beiden Druckregelventilen 32 stromabwärtigen Bereich der jeweiligen Öffnung 70 durch einen jeweiligen Querkanal 90 verbunden sind. Somit ist vorliegend jedem Druckregelventil 32 ein Gasbehälter 58 zugeordnet. Vorliegend beispielhaft sind die beiden Gehäuse 78 des jeweiligen Gasbehälters 58 mit dem Gehäuse 52 der Druckregeleinheit 30 verschweißt, beispielsweise mittels KEEP-Schweißen (Bezugszeichen 95 in 24). Hierzu ist am Gehäuse 52 ein jeweiliger axial abragender umlaufender Ringsteg 120 vorhanden, der in der gezeigten Einbaulage (24) von einem umlaufenden schrägen Wandabschnitt 122 der Wand 82 des jeweiligen Gehäuses 78, der einen sich gegenüber einem Restabschnitt (ohne Bezugszeichen) der Wand 82 erweiternden Durchmesser aufweist, von radial außen umgriffen wird.Out of 23 it can be seen that the two gas containers 58 are connected to a region of the respective opening 70 downstream of the two pressure control valves 32 by a respective transverse channel 90. Thus, in the present case, each pressure control valve 32 is assigned a gas container 58. In the present example, the two housings 78 of the respective gas container 58 are welded to the housing 52 of the pressure control unit 30, for example by means of KEEP welding (reference number 95 in 24 ). For this purpose, an axially projecting circumferential ring web 120 is provided on the housing 52, which in the installation position shown ( 24 ) is surrounded from the outside radially by a circumferential inclined wall section 122 of the wall 82 of the respective housing 78, which has a diameter which widens compared to a remaining section (without reference symbol) of the wall 82.

Bei der Ausführungsform der 25-27 sind die Verhältnisse ähnlich wie bei jener der 22-24. Allerdings sind nicht zwei separate Gasbehälter 58 vorgesehen, sondern es ist ein einziger länglicher Gasbehälter 58 vorgesehen, in den die beiden Querkanäle 90 münden. Außerdem ist der auslassseitige Anschlussstutzen an einer in den Figuren nicht sichtbaren Stelle angeordnet.In the embodiment of the 25-27 the conditions are similar to those of the 22-24 However, two separate gas containers 58 are not provided, but rather a single elongated gas container 58 is provided, into which the two transverse channels 90 open. In addition, the outlet-side connection piece is arranged at a location not visible in the figures.

Aus 28 sind die Verhältnisse in einer vertikalen Schnittebene ersichtlich, die durch die beiden Druckregelventile der Ausführungsformen der 22-27 hindurchgeht.Out of 28 the conditions are visible in a vertical section plane, which is formed by the two pressure control valves of the embodiments of the 22-27 goes through.

Es versteht sich, dass die spezifischen Besonderheiten der oben beschriebenen einzelnen Ausführungsformen auch, soweit sinnvoll und nicht im Widerspruch, mit den Besonderheiten anderer Ausführungsformen kombiniert werden können.It is understood that the specific features of the individual embodiments described above can also be combined with the features of other embodiments, provided this makes sense and does not contradict each other.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102017210367 A1 [0002]DE 102017210367 A1 [0002]

Claims (10)

Druckregeleinheit (30) für ein Brennstoffversorgungssystem (10) einer Brennkraftmaschine zur Druckregelung eines gasförmigen Brennstoffs, umfassend ein Gehäuse (52) und mindestens ein mindestens bereichsweise in oder an dem Gehäuse (52) angeordnetes Druckregelventil (32), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregeleinheit (30) ferner mindestens einen fluidisch stromabwärts von dem Druckregelventil (32) angeordneten Gasbehälter (58) aufweist, der an dem Gehäuse (52) befestigt oder wenigstens bereichsweise durch das Gehäuse (52) gebildet wird.Pressure control unit (30) for a fuel supply system (10) of an internal combustion engine for controlling the pressure of a gaseous fuel, comprising a housing (52) and at least one pressure control valve (32) arranged at least partially in or on the housing (52), characterized in that the pressure control unit (30) further comprises at least one gas container (58) arranged fluidically downstream of the pressure control valve (32), which is fastened to the housing (52) or is formed at least partially by the housing (52). Druckregeleinheit (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Absperrventileinrichtung (36) umfasst, die stromaufwärts von dem Gasbehälter (58) angeordnet ist..Pressure control unit (30) according to Claim 1 , characterized in that it comprises a shut-off valve device (36) arranged upstream of the gas container (58). Druckregeleinheit (30) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbehälter (58) insgesamt wenigstens in etwa zylindrisch, insbesondere kartuschenartig, oder länglich ist.Pressure control unit (30) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the gas container (58) as a whole is at least approximately cylindrical, in particular cartridge-like, or elongated. Druckregeleinheit (30) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gasbehälter ein auslassseitiger Anschlussstutzen (56) angeordnet ist, insbesondere wobei der Anschlussstutzen (56) am zylindrischen Gasbehälter (58) entweder axial oder radial angeordnet ist, und insbesondere wobei der Anschlussstutzen (56) insbesondere mit dem zylindrischen Gasbehälter (58) verschraubt oder verschweißt ist.Pressure control unit (30) according to Claim 3 , characterized in that an outlet-side connection piece (56) is arranged on the gas container, in particular wherein the connection piece (56) is arranged on the cylindrical gas container (58) either axially or radially, and in particular wherein the connection piece (56) is in particular screwed or welded to the cylindrical gas container (58). Druckregeleinheit (30) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Abschnitt eines Gehäuses (78) des Gasbehälters (58) mit dem Gehäuse (52) verschraubt oder verschweißt oder verstemmt ist.Pressure control unit (30) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one section of a housing (78) of the gas container (58) is screwed or welded or caulked to the housing (52). Druckregeleinheit (30) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Druckregelventile (32) aufweist, deren jeweiliger Einlass (54) von einem jeweiligen Ringkanal (98) umgeben ist, und wobei jeder Ringkanal (98) mit einem Einlass (54) der Druckregeleinheit (30) fluidisch verbunden ist.Pressure control unit (30) according to at least one of the preceding claims, characterized in that it has at least two pressure control valves (32), the respective inlet (54) of which is surrounded by a respective annular channel (98), and wherein each annular channel (98) is fluidically connected to an inlet (54) of the pressure control unit (30). Druckregeleinheit (30) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Druckbegrenzungsventil (102, 104) aufweist.Pressure control unit (30) according to at least one of the preceding claims, characterized in that it has at least one pressure relief valve (102, 104). Druckregeleinheit (30) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Druckbegrenzungsventile (102, 104) aufweist, wobei ein erstes Druckbegrenzungsventil (102) fluidisch einlassseitig mit einem stromaufwärts von dem mindestens eine Druckregelventil (32) angeordneten Bereich verbunden ist, und wobei ein zweites Druckbegrenzungsventil (104) fluidisch einlassseitig mit einem stromabwärts von dem mindestens einen Druckregelventil (32) angeordneten Bereich verbunden ist, insbesondere fluidisch einlassseitig mit dem Gasbehälter (58) verbunden ist, weiter insbesondere wenigstens im Wesentlichen innerhalb von dem Gasbehälter (58) angeordnet ist.Pressure control unit (30) according to Claim 7 , characterized in that it has at least two pressure relief valves (102, 104), wherein a first pressure relief valve (102) is fluidically connected on the inlet side to a region arranged upstream of the at least one pressure regulating valve (32), and wherein a second pressure relief valve (104) is fluidically connected on the inlet side to a region arranged downstream of the at least one pressure regulating valve (32), in particular is fluidically connected on the inlet side to the gas container (58), further in particular is arranged at least substantially within the gas container (58). Druckregeleinheit (30) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Sensor (112) umfasst, der eine Betriebsparameter des Gasbehälters (58) erfasst.Pressure control unit (30) according to at least one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one sensor (112) which detects an operating parameter of the gas container (58). Brennstoffversorgungssystem (10) zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, umfassend einen Brennstoffspeicher (12), mindestens eine Druckregeleinheit (30), eine stromabwärts von der eine Druckregeleinheit (30) angeordnete Brennstoffverteileinrichtung (38) und mindestens einen an die Brennstoffverteileinrichtung (38) angeschlossenen Injektor (42), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregeleinheit (30) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.Fuel supply system (10) for supplying an internal combustion engine with gaseous fuel, in particular hydrogen, comprising a fuel reservoir (12), at least one pressure control unit (30), a fuel distribution device (38) arranged downstream of the pressure control unit (30) and at least one injector (42) connected to the fuel distribution device (38), characterized in that the pressure control unit (30) is designed according to at least one of the preceding claims.
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