DE19955204A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung für die Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen FahrzeugsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs, indem einem Motor (9) ein erster, kryogener Kraftstoff aus einem auf dem Fahrzeug montierten, vakuumisolierten Tank (1) für kaltverflüssigtes Gas (2) zugeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Reservebehälter (10) für die Aufnahme eines zweiten, nicht-kryogenen Kraftstoffs vorgesehen ist, aus dem dem Motor (9) im Bedarfsfall ein zweiter, gasförmiger Kraftstoff zugeführt wird. Eine geeignete Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ein Reservebehälter (10) für die Aufnahme eines zweiten Kraftstoffs und eine Notversorgungsleitung (11) für die Zufuhr des zweiten Kraftstoffs zum Motor (9) vorgesehen sind, wobei der zweite Kraftstoff ein nicht-kryogener, gasförmiger Kraftstoff ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Kraftstoffversorgung eines
flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs, indem einem Motor ein erster, kryogener Kraftstoff
aus einem auf dem Fahrzeug montierten, vakuumisolierten Tank, in dem der
kryogene Kraftstoff in Form von kaltverflüssigtem Gas gespeichert wird, zugeführt
wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für die Kraftstoffversorgung eines
flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs, mit einem auf dem Fahrzeug montierten,
vakuumisolierten Tank zur Speicherung eines ersten, kryogenen Kraftstoffs in Form
von kaltverflüssigtem Gas, einem Motor, und mit einer Versorgungsleitung für die
Zufuhr des kryogenen Kraftstoffs zum Motor.
Ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung dieser Gattung sind in der
US-A 5,081,977 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung für die Kraftstoffversorgung
eines flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs umfaßt einen auf dem Fahrzeug montierten
Kraftstofftank für verflüssigtes Erdgas. Bei dem Kraftstofftank handelt es sich um
einen sogenannten "Kryotank", in dem aufgrund einer Vakuumisolation flüssiges,
tiefkaltes Gas (kryogener Kraftstoff) über längere Zeit bei tiefer Temperatur
gespeichert werden kann. Die Hauptkomponente des flüssigen Erdgases, das als
"LNG" (Liquified Natural Gas) bezeichnet wird, ist Methan. Bei der Verflüssigung von
Erdgas werden die übrigen Kohlenwasserstoffe (Äthan und höhere
Kohlenwasserstoffe ab C3) weitgehend entfernt. Der Kraftstofftank ist über eine
Versorgungsleitung mit einem Motor verbunden. Zur Versorgung des Motors mit dem
kryogenen Kraftstoff wird im Kryotank ein Überdruck erzeugt, so daß Erdgas in
flüssiger Form entnommen, verdampft und dem Motor als gasförmiger Kraftstoff
zugeführt wird.
Bei den bekannten flüssiggasbetriebenen Fahrzeugen ergibt sich bisher die
Problematik, daß für das Auftanken eine geeignete Tankvorrichtung erforderlich ist.
Beispielsweise müssen Fahrzeuge mit geleertem Kryotank bis zur nächsten
Tankvorrichtung transportiert, und neu fertiggestellte Fahrzeuge können erst nach
einer Betankung die Fertigungshalle aus eigener Kraft verlassen oder zum Beladen
auf ein Transportfahrzeug gefahren werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die
Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs anzugeben, das die
beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet, und eine einfach
handhabbare Vorrichtung dafür bereitzustellen.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs
genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Reservebehälter für
die Aufnahme eines zweiten, nicht-kryogenen Kraftstoffs vorgesehen ist, aus dem
dem Motor im Bedarfsfall ein zweiter, gasförmiger Kraftstoff zugeführt wird.
Erfindungsgemäß ist ein Reservebehälter für einen Kraftstoff vorgesehen. Der
Reservebehälter dient zur Aufnahme einer im Vergleich zum Kryotank geringeren
Menge an Kraftstoff, der im Bedarfsfall - bei leerem oder geleertem Kryotank - dem
Motor zugeführt werden kann. Insoweit erfüllt der mit Kraftstoff gefüllte
Reservebehälter die gleiche Überbrückungsfunktion wie sie beispielsweise für
Reservekanister benzinbetriebener Fahrzeuge allgemein bekannt ist. Im Unterschied
dazu dient der Reservebehälter gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch zur
Aufnahme eines zweiten Kraftstoffs, der sich von dem eigentlichen Kraftstoff des
Fahrzeugs unterscheidet. Weiterhin ist der zweite Kraftstoff erfindungsgemäß ein
nicht-kryogener Kraftstoff. Erst diese zusätzlichen Maßnahmen ermöglichen die
Bereitstellung eines Reservebehälters, der für flüssiggasbetriebene Fahrzeuge mit
einem Motor für gasförmige Kraftstoffe geeignet ist, wie im folgenden näher erläutert
wird.
Aufgrund ihrer Vakuumisolation haben Kryotanks einen hohen Platzbedarf bei
vergleichsweise geringem Füllvolumen. Aus technischen und wirtschaftlichen
Gründen ist es daher problematisch derartige Kryotanks so klein auszubilden, daß
sie als Reservebehälter geeignet wären. Aber auch bei Inkaufnahme dieser
Nachteile wäre ein Reservebehälter in Form eines mit verflüssigtem Gas gefüllten
Kryotanks für den Einsatzzweck ungeeignet, da es trotz Vakuumisolation zu einem
allmählichen Temperaturanstieg im Kryotank und zum Verlust von flüssigem Gas
kommen würde. Dies würde eine ständige Überprüfung der Einsatzbereitschaft eines
derartigen Reservebehälters erfordern.
Erfindungsgemäß wird daher als zweiter Kraftstoff nicht verflüssigtes Gas, sondern
ein gasförmiger, nicht-kryogener Kraftstoff eingesetzt. Darunter wird ein Brennstoff
verstanden, der in einfachen, Behältern oder Druckgasflaschen ohne Kälte-
Isolierung in flüssiger oder gasförmiger Form aufbewahrt wird. Ein solcher Kraftstoff
enthält beispielsweise eine Hauptkomponente in Form einer organischen Verbindung
mit einem Siedepunkt oberhalb einer Temperatur von minus 50°C. Darunter fallen
Brennstoffe aus flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise
die bei der Erdgas- und Erdölaufbereitung anfallenden höheren Kohlenwasserstoffe,
die in der Literatur unter der Bezeichnung "LPG" (Liquid Petroleum Gas)
zusammengefaßt werden. In erster Linie handelt es sich um Alkane wie Propan und
Butan. Aber auch ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffverbindungen
und Alkohole, sowie Mischungen dieser Substanzen sind als zweiter Kraftstoff im
Sinne der Erfindung geeignet, sofern sie brennbar sind und bei Raumtemperatur und
unter Normaldruck (nach DIN 1343 (Stand: November 1975)) in gasförmiger Form
vorliegen. Sie werden ohne Vakuumisolierung in bekannten Behältern oder
Druckgasbehältern bereitgestellt und können darin problemlos über lange Zeit
gespeichert werden.
Es hat sich gezeigt, daß die Betriebsbereitschaft des Motors mittels dem aus dem
Reservebehälter zugeführten, zweiten, nicht-kryogenen Kraftstoff ohne weiteres
hergestellt werden kann. Wesentlich ist, daß der nicht-kryogene Kraftstoff dem Motor
in gasförmiger Form zugeführt wird. Dies läßt sich am einfachsten dadurch
realisieren, daß der Siedepunkt des Kraftstoffs unterhalb der Umgebungstemperatur
liegt.
Bei einem aus mehreren Komponenten bestehenden Kraftstoff wird als
Hauptkomponente die Komponente mit dem größten Volumenanteil (bezogen auf
das Volumen des Kraftstoffes) verstanden. Die Angabe zum Siedepunkt beziehen
sich auf einen Normdruck nach DIN 1343 (Stand: November 1975).
Vorzugsweise wird als zweiter Kraftstoff ein solcher eingesetzt, der als
Hauptkomponente Butan oder Propan enthält. Propan und Butan sind bei den
üblichen Umgebungstemperaturen (-20°C bis 50°C) flüssig oder gasförmig, ungiftig
und vergleichsweise ungefährlich, und im Handel in Niederdruck-Gasflaschen
abgefüllt erhältlich. Als zweiter Kraftstoff kann sowohl reines Butan als auch reines
Propan eingesetzt werden. Auch Gemische dieser Kohlenwasserstoffe untereinander
oder mit anderen brennbaren Komponenten sind geeignet.
Insbesondere im Hinblick auf eine einfache Handhabbarkeit wird ein Verfahren
bevorzugt, bei dem im Reservebehälter ein Überdruck aufrechterhalten wird. Durch
den Überdruck im Reservebehälter ist der zweite Kraftstoff im Bedarfsfall leicht zu
entnehmen. Beispielsweise dadurch, daß der Reservebehälter an den Motor oder an
eine mit dem Motor verbundene Kraftstoff-Versorgungsleitung angeschlossen wird.
Der Überdruck kann beispielsweise im Bereich von 1 bar bis 200 bar liegen.
Die Zufuhr des zweiten Kraftstoffes wird vorteilhafterweise einer elektrischen
Steuereinrichtung signalisiert. Dadurch wird das Motormanagement über die
Notversorgung informiert und kann eventuell erforderliche Anpassungen vornehmen.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von
einer Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß ein Reservebehälter für die Aufnahme eines zweiten Kraftstoffs
und eine Notversorgungsleitung für die Zufuhr des zweiten Kraftstoffs zum Motor
vorgesehen sind, wobei der zweite Kraftstoff ein nicht-kryogener Kraftstoff ist.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen Reservebehälter für einen nicht-
kryogenen Kraftstoff auf. Der Reservebehälter dient zur Aufnahme einer im Vergleich
zum Kryotank geringeren Menge an Kraftstoff. Dieser wird im Bedarfsfall - bei leerem
oder geleertem Kryotank - dem Motor zugeführt. Insoweit erfüllt der mit Kraftstoff
gefüllte Reservebehälter die gleiche Überbrückungsfunktion wie sie beispielsweise
für Reservebehälter benzinbetriebener Fahrzeuge allgemein bekannt ist. Im
Unterschied dazu dient der Reservebehälter gemäß der vorliegenden Erfindung
jedoch zur Aufnahme eines zweiten Kraftstoffs, der sich von dem eigentlichen
Kraftstoff des Fahrzeugs, also verflüssigtem Gas, unterscheidet. Weiterhin ist der
zweite Kraftstoff erfindungsgemäß ein nicht-kroygener, gasförmiger Kraftstoff. Ein
solcher Kraftstoff enthält in der Regel eine Hauptkomponente in Form einer
organischen Verbindung mit einem Siedepunkt oberhalb einer Temperatur von minus
50°C. Erst diese zusätzlichen Maßnahmen ermöglichen die Bereitstellung eines für
flüssiggasbetriebene Fahrzeuge geeigneten Reservebehälters ohne
Vakuumisolation. Auf die näheren Erläuterungen dieser Maßnahmen und ihrer
Wirkung anhand der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie auf
die obigen Begriffsbestimmungen betreffend den "zweiten, nicht-kryogenen
Kraftstoff", die gleichermaßen für die erfindungsgemäße Vorrichtung gelten, wird
hingewiesen.
Der Reservebehälter ist mit dem Motor über die Notversorgungsleitung verbunden
oder verbindbar. Hierzu ist die Notversorgungsleitung mit dem Motor oder mit der
Versorgungsleitung verbunden beziehungsweise verbindbar. Der Reservebehälter
wird im Bedarfsfall somit mit dem Motor verbunden, so daß der zweite Kraftstoff in
gasförmiger Form zum Motor gelangen kann.
Als zweiter Kraftstoff im Sinne dieser Erfindung hat sich ein solcher bewährt, bei dem
die Hauptkomponente Butan oder Propan ist. Propan und Butan sind bei den
üblichen Umgebungstemperaturen (-20°C bis 50°C) flüssig oder gasförmig, ungiftig
und vergleichsweise ungefährlich, und im Handel in Niederdruck-Gasflaschen
abgefüllt ohne weiteres erhältlich. Als zweiter Kraftstoff sind sowohl reines Butan und
Propan geeignet, als auch Gemische dieser Kohlenwasserstoffe untereinander oder
mit anderen brennbaren Substanzen.
Insbesondere im Hinblick auf eine einfache Handhabbarkeit wird ein
Reservebehälter in Form einer Druckgasflasche bevorzugt. Handelsübliche
Druckgasflaschen sind aufgrund ihres Füllvolumens und ihres Raumbedarfes als
Reservebehälter im Sinne dieser Erfindung einsetzbar. Die Druckgasflaschen sind
beispielsweise für einen Überdruck im Bereich von 1 bar bis 200 bar und ein
Füllvolumen von 0,5 bis 50 Liter ausgelegt.
Vorteilhafterweise ist die Notversorgungsleitung mit der Versorgungsleitung
verbindbar. In dem Fall wird dem Motor im Bedarfsfall der zweite nicht-kryogene
Kraftstoff über denselben Einlaß wie der kryogene Kraftstoff zugeführt. Ein
zusätzlicher Einlaß für die Notversorgungsleitung ist nicht erforderlich. Die
Verbindung von Notversorgungsleitung und Versorgungsleitung wird im Bedarfsfall
hergestellt.
Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn daß für die Verbindung von
Notversorgungsleitung und Versorgungsleitung ein Anschlußelement vorgesehen
ist, das in Richtung des Tanks verschließbar ist. Dadurch kann verhindert werden,
daß im Falle einer offenen Verbindung zwischen Reservebehälter und Motor nicht-
kryogener Kraftstoff vom Reservebehälter in den Kryotank gelangt.
Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der das Anschlußelement ein Dreiwegekugelventil umfaßt. Dadurch
wird gewährleistet, daß entweder die Verbindungsleitung zwischen Kryotank und
Motor oder die Verbindungsleitung zwischen Reservebehälter und Motor offen, und
die jeweils Verbindungsleitung geschlossen ist.
Bevorzugt ist das Anschlußelement mittels einer elektrischen Steuereinrichtung
einstellbar. Der Reservebehälter kann so im Bedarfsfall besonders einfach
zugeschaltet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer
Zeichnung näher erläutert. Als einzige Figur zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die
Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs anhand
einer schematischer Darstellung.
In Fig. 1 ist die Bezugsziffer 1 einem auf einem Fahrzeug montierten Kryotank
insgesamt zugeordnet. Der Kryotank 1 dient zur Speicherung von kaltverflüssigtem
Erdgas 2, dessen Hauptkomponente Methan ist. Zur Kälteisolation ist der Kryotank 1
von einer Vakuumhülle 3 umgeben.
Eine in das flüssige Erdgas 2 eintauchende Entnahmeleitung 4 führt aus dem
Kryotank 1 zu einem Verdampfer 5, und von dort über ein Rückschlagventil 6, ein
Absperrventil 7 und ein Dreiwege-Ventil 8 zu einem Motor 9. Der Leitungsabschnitt
zwischen dem Dreiwege-Ventil 8 und dem Motor 9 wird im folgenden als
Versorgungsleitung 16 bezeichnet.
Über einen Gaseinlaß des Dreiwege-Ventils 8 ist an die Versorgungsleitung 16 eine
Kraftstoff-Noteinspeisung anschließbar. Diese umfaßt eine Druckgasflasche 10, die
mit einem flüssigen, nicht-kryogenen Brennstoff in Form eines Propan-Butan-
Gemisches (in Fig. 1 als "LPG" bezeichnet) gefüllt ist. Die Druckgasflasche 10 ist
für einen Innendruck von 10 bar ausgelegt, ihr Fassungsvolumen beträgt 1 Liter, was
einem Füllgewicht von 0,6 kg entspricht. Von der Druckgasflasche 10 führt eine
Leitung 11 über ein Druckminderventil 12 und eine beidseitig absperrende
Schnellkupplung 13 zu einem Gaseinlaß des Dreiwege-Ventils 8. Am Dreiwege-
Ventil 8 ist ein Schaltkontakt 14 vorgesehen, der mit einer Kontroll- und
Regeleinrichtung 15 verbunden ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren
anhand Fig. 1 näher erläutert:
Beim normalen Betrieb des Fahrzeugs wird der Motor 9 mit Kraftstoff in Form von Erdgas 2 versorgt. Hierzu wird aus dem Kryotank 1 flüssiges Erdgas 2 über die Entnahmeleitung 4 entnommen, im Verdampfer 5 verdampft und als Methangas dem Motor 9 über die Versorgungsleitung 16 zugeführt. Die Leistung des Motors 9 ist auf Methangas optimiert. Der Verbrauch an Methangas beträgt je nach Belastung des Motors 9 etwa 6 bis 10 kg/100 km.
Beim normalen Betrieb des Fahrzeugs wird der Motor 9 mit Kraftstoff in Form von Erdgas 2 versorgt. Hierzu wird aus dem Kryotank 1 flüssiges Erdgas 2 über die Entnahmeleitung 4 entnommen, im Verdampfer 5 verdampft und als Methangas dem Motor 9 über die Versorgungsleitung 16 zugeführt. Die Leistung des Motors 9 ist auf Methangas optimiert. Der Verbrauch an Methangas beträgt je nach Belastung des Motors 9 etwa 6 bis 10 kg/100 km.
Im Bedarfs- oder Notfall - etwa bei geleertem Kryotank - erfolgt die
Kraftstoffversorgung des Motors 9 über eine Noteinspeisung von Propan-Butan-
Brennstoff. Hierzu wird die Druckgasflasche 10 mittels der Schnellkupplung 13 an
den Gaseinlaß des Dreiwege-Ventils 8 angeschlossen. Das Dreiwege-Ventil 8 wird in
Richtung der Entnahmeleitung verschlossen und so die Rückströmung des Propan-
Butan-Brennstoffs in den Kryotank 1 verhindert. Beim Anschluß wird außerdem der
Schaltkontakt 14 betätigt und damit der Kontroll- und Regeleinrichtung 15 die
Umstellung der Kraftstoffversorgung signalisiert. Der Propan-Butan-Brennstoff
gelangt aus der Druckgasflasche 10 in gasförmiger Form über die Leitung 11 in die
Versorgungsleitung 16 und von dort in den Motor 9.
Durch diese Noteinspeisung von Propan-Butan-Brennstoff wird die
Betriebsbereitschaft des Fahrzeuges augenblicklich wiederhergestellt. Unter
Berücksichtigung des oben genannten Brennstoffverbrauches genügt die in der
mitgeführten Druckgasflasche 10 enthaltene Brennstoffmenge für eine Fahrstrecke
von etwa 10 km, was zum Erreichen einer geeigneten Flüssiggas-Tankeinrichtung im
allgemeinen ausreichend ist.
Claims (10)
1. Verfahren für die Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs,
indem einem Motor (9) ein erster, kryogener Kraftstoff aus einem auf dem
Fahrzeug montierten, vakuumisolierten Tank (1) für kaltverflüssigtes Gas (2)
zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reservebehälter (10) für die
Aufnahme eines zweiten, nicht-kryogenen Kraftstoffs vorgesehen ist, aus dem
dem Motor (9) im Bedarfsfall ein zweiter, gasförmiger Kraftstoff zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein als zweiter
Kraftstoff ein solcher eingesetzt wird, der als Hauptkomponente Butan oder
Propan enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im
Reservebehälter (10) ein Überdruck aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zufuhr des zweiten Kraftstoffes einer elektrischen Steuereinrichtung (15)
signalisiert wird.
5. Vorrichtung für die Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen
Fahrzeugs, mit einem auf dem Fahrzeug montierten, vakuumisolierten Tank (1)
zur Speicherung eines ersten, kryogenen Kraftstoffs in Form von
kaltverflüssigtem Gas (2), einem Motor (9), und mit einer Versorgungsleitung
(16) für die Zufuhr des kryogenen Kraftstoffs zum Motor, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Reservebehälter (10) für die Aufnahme eines zweiten
Kraftstoffs und eine Notversorgungsleitung (11) für die Zufuhr des zweiten
Kraftstoffs zum Motor (9) vorgesehen sind, wobei der zweite Kraftstoff ein nicht-
kryogener, gasförmiger Kraftstoff ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hauptkomponente des zweiten Kraftstoffes Butan oder Propan ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Reservebehälter (10) eine Druckgasflasche ist.
8. Vorrichtung nach einem Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Notversorgungsleitung (11) mit der Versorgungsleitung (16) verbindbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbindung
von Notversorgungsleitung (11) und Versorgungsleitung (16) ein
Anschlußelement (8) vorgesehen ist, das in Richtung des Tanks (1)
verschließbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Anschlußelement (8) ein Dreiwegekugelventil umfaßt.
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