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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.
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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.
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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 C
3) 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.
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Aus
der
WO 99/54657 A1 ist
zudem ein System für
die Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs
bekannt. Bei diesem System wird einem Motor ein kryogener Kraftstoff
aus einem auf dem Fahrzeug montierten, vakuumisolierten Tank für kaltverflüssigtes
Gas zugeführt.
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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.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung für
die Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs
anzugeben, das die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik
vermeidet, und eine einfach handhabbare Vorrichtung dafür, insbesondere
für die Überführung des
Fahrzeugs von dem Ort, an dem das Fahrzeug den kryogenen Kraftstoff
aufgebraucht hat, zu einer Tankvorrichtung, bereitzustellen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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-Versorgunsgleitung
angeschlossen wird. Der Überdruck
kann beispielsweise im Bereich von 1 bar bis 200 bar liegen.
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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.
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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.
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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 Kraftstsoff.
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.
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Der
Reservebehälter
ist mit dem Motor über die
Notversorgunsgleitung verbunden oder verbindbar. Hierzu ist die
Notversorgungsleitung mit dem Motor oder mit der Versorgunsgleitung
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugt
ist das Anschlußelement
mittels einer elektrischen Steuereinrichtung einstellbar. Der Reservebehälter kann
so im Bedarfsfall besonders einfach zugeschaltet werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung
näher erläutert. Als
einzige Figur zeigt
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1 eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
für die
Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen
Fahrzeugs anhand einer schematischer Darstellung.
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In 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.
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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.
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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 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.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren
anhand 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.
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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.
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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.
