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Title:
GAS SUPPLY ARRANGEMENT OF A GAS INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/198181
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a gas supply arrangement of a gas internal combustion engine for supplying the gas internal combustion engine with a combustible gas, comprising a gas tank (2) for storing the combustible gas, at least one first gas injector (3), a gas line (4) which connects the gas tank (2) to the gas injector (3) and which is free of a pressure regulator, a tank shutoff valve (6) which is arranged in the gas line (4) in order to release and close a connection between the gas injector (3) and the gas tank (2), a pressure sensor (5) which is arranged in the gas line (4), and a control unit (10) which is connected to the pressure sensor (5) and the gas injector (3). The control unit (10) is designed to determine an opening duration of the gas injector (3) on the basis of a pressure level in the gas line (5), said pressure level being detected by means of the pressure sensor (5).

Inventors:
LANGER, Winfried (Froebelweg 10, Illingen, 75428, DE)
LEJSEK, David (Lindenstrasse 75, Tamm, 71732, DE)
NOACK, Bjoern (Albrecht-Duerer-Weg 4, Rutesheim, 71277, DE)
Application Number:
EP2016/057701
Publication Date:
December 15, 2016
Filing Date:
April 08, 2016
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F02M21/02; F02B61/02; F02B75/16; F02D19/02; F02D41/00; F02D41/40; F02B75/18
Domestic Patent References:
WO2011000043A12011-01-06
Foreign References:
US20080103676A12008-05-01
DE102014220363A12015-04-16
US8095294B12012-01-10
EP0679219A11995-11-02
US7367312B12008-05-06
EP0942162A11999-09-15
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Claims:
Gasversorgungsanordnung einer Gasbrennkraftmaschine zur Versorgung der Gasbrennkraftmaschine mit einem Brenngas, umfassend:

einen Gastank (2) zur Speicherung des Brenngases,

wenigstens einen ersten Gasinjektor (3),

eine den Gastank (2) mit dem Gasinjektor (3) verbindende, druckreglerfreie Gasleitung (4),

ein Tankabsperrventil (6), welches in der Gasleitung (4) angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen dem Gasinjektor (3) und dem Gastank (2) freizugeben und zu verschließen,

einen in der Gasleitung (4) angeordneten Drucksensor (5), und eine Steuereinheit (10), welche mit dem Drucksensor (5) und dem Gasinjektor (3) verbunden ist,

wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, eine Öffnungsdauer des Gasinjektors (3) in Abhängigkeit eines Druckniveaus in der

Gasleitung (5), welches mittels des Drucksensors (5) erfasst wurde, zu bestimmen.

Anordnung nach Anspruch 1 , ferner umfassend einen Sensor (7) zur Erfassung eines Schließzeitpunkts des Gasinjektors (3), welcher mit der Steuereinheit (10) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, die Öffnungsdauer des Gasinjektors (3) in Abhängigkeit des erfassten Schließzeitpunkts zu bestimmen.

Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen zweiten Gasinjektor, welcher gemeinsam mit dem ersten Gasinjektor ansteuerbar ist und Brenngas in einen gemeinsamen Raum (8), insbesondere eine Brennkammer oder ein Saugrohr, einbläst.

Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (5) in der Gasleitung (4) zwischen dem Gasinjektor (3) und dem Tankabsperrventil (6) angeordnet ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) mit dem Tankabsperrventil (6) verbunden ist und eingerichtet ist, das Tankabsperrventil in Abhängigkeit eines Drucks in einem Leitungsbereich der Gasleitung (4) zwischen dem Tankabsperrventil (6) und dem Gasinjektor (3) zu öffnen und zu schließen.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Tankabsperrventil (6) ein 2/2-Wege-Ventil ist.

7. Fahrzeug, umfassend eine Gasversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Zweirad oder ein Quad ist.

9. Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine

Gasbrennkraftmaschine mit einem Zylinder oder mit zwei Zylindern.

Description:
Beschreibung Titel

Gasversorgungsanordnung einer Gasbrennkraftmaschine Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasversorgungsanordnung einer

Gasbrennkraftmaschine, wobei die Gasversorgungsanordnung der

Brennkraftmaschine Brenngas zur Verbrennung zuführt, sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Gasversorgungsanordnung.

Brenngas, z.B. Erdgas, als Kraftstoff für Brennkraftmaschinen wird insbesondere aufgrund von Kostenvorteilen und relativ geringen Emissionen als Brennstoff immer interessanter, insbesondere auch bei Verwendung in Fahrzeugen. Die Gasversorgungsanordnung umfasst üblicherweise einen Gastank, einen

Gasinjektor, eine Gasleitung, welche den Gasinjektor mit dem Gastank verbindet, sowie einen Druckregler und ein Tankabsperrventil. Der Druckregler ist in der Gasleitung vorgesehen, um einen Gasdruck vor dem Gasinjektor abzusenken, damit der Gasinjektor nicht mit dem hohen Tankdruck beaufschlagt wird. Der Tankdruck kann abhängig von den Einsatzgebieten zwischen 200 x 10 5 Pa bis 250 x 10 5 Pa liegen. In jüngster Zeit gibt es zunehmend Überlegungen, Gas als Brennstoff auch bei kostengünstigeren Fahrzeugen, wie beispielsweise

Zweirädern, insbesondere mit geringer Leistung, sowie Quads oder dgl., zu verwenden. Hierbei spielen insbesondere Kosten der Gasversorgungsanordnung eine große Rolle. Dabei ist insbesondere der Druckregler zur Reduzierung des Gasdrucks ein relativer hoher Kostenblock. Es wäre daher wünschenswert, insbesondere für Anwendungen bei kostengünstigeren Fahrzeugen, eine

Gasversorgungsanordnung zu haben, welche möglichst kostengünstig bereitstellbar ist.

Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Gasversorgungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die

Gasversorgungsanordnung keinen Druckregler in einer Gasleitung benötigt. Somit können erfindungsgemäß die Kosten für den Druckregler eingespart werden. Dadurch wird die Gasversorgungsanordnung insbesondere bei einer

Verwendung in kostengünstigen Fahrzeugen, wie Zweirädern oder Quads oder dgl., sehr interessant. Erfindungsgemäß ist in einer Gasleitung, welche einen Gastank mit einem Gasinjektor verbindet, ausschließlich ein Drucksensor und ein Tankabsperrventil angeordnet. Eine Steuereinheit ist mit dem Drucksensor und dem Gasinjektor verbunden. Die Steuereinheit ist eingerichtet, eine

Öffnungsdauer des Gasinjektors in Abhängigkeit eines Druckniveaus in der Gasleitung zu bestimmen. Das Tankabsperrventil ist lediglich zum Öffnen und Schließen der Verbindung zwischen dem Gastank und dem Gasinjektor vorgesehen. Erfindungsgemäß kann somit auf einen Druckregler verzichtet werden, da die Öffnungsdauer des Gasinjektors nun durch die Steuereinheit in

Abhängigkeit des vorhandenen Druckniveaus in der Gasleitung zwischen dem Tankabsperrventil und dem Gasinjektor bestimmt wird. Wenn beispielsweise bei einem vollen Gastank ein Druck im System und somit in der Gasleitung hoch ist, ist eine Öffnungsdauer des Gasinjektors kleiner als in einem Fall, in welchem ein Druck in der Gasleitung deutlich unterhalb des bei vollem Gastank herrschenden

Druckniveaus liegt. Dann ist eine Öffnungszeitdauer des Gasinjektors größer, um die gleiche Gasmenge einblasen zu können, wie bei einem hohen Druck. Da die während eines vorbestimmten Zeitraums bei einem geöffneten Gasinjektor einblasbare Gasmenge vom Druckniveau des Gases abhängt, kann somit eine sehr genaue Einblasmenge durch Bestimmung der Öffnungsdauer des

Gasinjektors erreicht werden. Der Verzicht auf den Druckregler in der Gasleitung ermöglicht ferner, dass aufgrund des hohen Druckes in der Gasleitung sehr hohe Zumessraten über den Gasinjektor darstellbar sind, so dass eine erhöhte Leistung einer Brennkraftmaschine darstellbar ist und auch Emissionsvorteile erhalten werden können.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die

Gasversorgungsanordnung ferner einen Sensor zur Erfassung eines

Schließzeitpunkts des Gasinjektors, z.B. des Anschlagens einer Nadel des Gasinjektors auf einem Dichtsitz. Der Sensor ist mit der Steuereinheit verbunden und die Steuereinheit ist eingerichtet, die Öffnungsdauer des Gasinjektors zusätzlich in Abhängigkeit des erfassten Schließzeitpunkts zu bestimmen. Die Steuereinheit kann dabei durch die Verwendung der Zusatzinformation, wann exakt der Schließzeitpunkt des Gasinjektors ist, eine Zumessung durch den Gasinjektor bei einem signifikant vergrößerten Druckbereich sicherstellen.

Insbesondere kann auch eine minimal einblasbare Gasmenge durch Nutzung der Zusatzinformation hinsichtlich des Schließzeitpunkts reduziert werden.

Dadurch können noch genauere Einblasvorgänge ausgeführt werden. Diese minimalen Einblasungen werden hinsichtlich der eingeblasenen Gasmenge dominant durch Toleranzen beim Öffnungs- und Schließverhalten der Injektoren bestimmt. Diese injektorindividuellen Toleranzen werden in der Zusatzinformation gebildet.

Um eine Zumessmenge des Brenngases zu erhöhen, ist vorzugsweise ein erster und ein zweiter Gasinjektor vorgesehen, welche gemeinsam in einen Raum, insbesondere eine Brennkammer oder ein Saugrohr, einblasen. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit geringer Zylinderzahl, insbesondere einem oder zwei oder drei Zylindern, können die Kosten für den Druckregler eingespart werden und Brenngas parallel über den ersten und zweiten Gasinjektor eingeblasen werden.

Für eine möglichst genaue Zumessung durch den Gasinjektor ist vorzugsweise der Drucksensor in der Gasleitung zwischen dem Gasinjektor und dem

Tankabsperrventil angeordnet.

Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit auch mit dem Tankabsperrventil verbunden und eingerichtet, das Tankabsperrventil in Abhängigkeit eines Druckes im Leitungsbereich zwischen dem Tankabsperrventil und dem

Gasinjektor zu öffnen und zu schließen.

Das Tankabsperrventil ist besonders bevorzugt ein 2/2-Wege-Ventil. Bevorzugt kann das Tankabsperrventil elektromagnetisch angetrieben werden.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einer

erfindungsgemäßen Gasversorgungsanordnung. Das Fahrzeug ist besonders bevorzugt ein Zweirad, insbesondere ein kostengünstiges Zweirad, insbesondere mit einem oder zwei Zylindern, oder ein Quad. Zeichnung

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Gasversorgungsanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Figur 2 ein schematisches Diagramm einer Einblasmenge eines

Gasinjektors über der Zeit.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine

Gasversorgungsanordnung 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Gasversorgungsanordnung 1 einen Gastank 2, in welchem ein Brenngas, z.B. Erdgas, unter hohem Druck bis zu ca. 250 x 10 5 Pa gespeichert ist. Vom Gastank 2 geht eine Gasleitung 4 aus, welche bis zu einem Gasinjektor 3 führt. Der Gasinjektor 3 ist an einem Saugrohr 8 angeordnet, um Brenngas in das Saugrohr einzublasen.

In der Gasleitung 4 ist ferner ein Tankabsperrventil 6 und ein Drucksensor 5 angeordnet. Das Tankabsperrventil 6 ist ein 2/2-Wege-Ventil mit einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung. Das Tankabsperrventil 6 ist als elektromagnetisches Ventil ausgebildet und mit einer Steuereinheit 10 verbunden.

Der Drucksensor 5 ist ebenfalls mit der Steuereinheit 10 verbunden.

Die Steuereinheit 10, welche mit dem Gasinjektor 3 verbunden ist, ist eingerichtet, basierend auf Daten des Drucksensors 5 eine Öffnungsdauer des Gasinjektors 3 zu bestimmen. Am Gasinjektor 3 ist ferner noch ein Sensor 7 zur Erfassung eines

Schließzeitpunktes vorgesehen. Der Sensor 7 erfasst dabei, wenn eine

Ventilnadel des Gasinjektors in den Schließzustand übergeht. Der Sensor 7 ist ebenfalls mit der Steuereinheit 10 verbunden. Vorzugsweise wertet die

Steuereinheit 10 auch die Daten des Sensors 7 aus, so dass eine noch genauere Zumessung des Gases bei geöffnetem Gasinjektor 3 möglich ist.

Figur 2 zeigt ein Diagramm, welches eine einblasbare Gasmenge Q über einer Öffnungszeit t des Gasinjektors 3 zeigt. Eine erste Linie 11 zeigt hierbei eine

Kennlinie, wenn der Gastank 2 voll ist und ein Druckniveau von ca. 200 x 10 5 Pa aufweist. Eine zweite Linie 12 zeigt einen Zustand, in welchem der Tank geleert ist und ein Druckniveau von ca. 20 x 10 5 Pa aufweist. Wie aus dem Diagramm von Figur 2 ersichtlich ist, ist die erste Kennlinie 11 bei vollem Tank ab einer Ansteuerdauer t1 im Wesentlichen linear. Vor dem

Zeitpunkt t1 ist bei geöffnetem Ventil die Kennlinie nicht linear, so dass eine Zumessmenge schwierig in exakter Weise zu realisieren ist. Somit ergibt sich erst ab dem Zeitpunkt t1 bei vollem Tank (erste Kennlinie 11), als auch bei leerem Tank (zweite Kennlinie 12) eine minimale Ansteuerung bei einer

Mindesteinblasmenge Qmin, bei welcher eine konstante und damit

vorhersagbare Einblasmenge bestimmbar ist. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist in Figur 2 nur die minimale Einblasmenge Qmin für die erste Kennlinie 11 eingezeichnet.

Wenn nun zusätzlich zum vorhandenen Druck in der Gasleitung 4 auch noch mittels des Sensors 7 bestimmt wird, wann exakt der Schließzeitpunkt des Gasinjektors ist, kann eine minimale Einblasmenge auf Qmin* reduziert werden. Dies ist von Vorteil, wenn nur kleinste Drehmomente von der Brennkraftmaschine erzeugt werden sollen, beispielsweise im Leerlauf, oder das so genannte

Pfenniggas bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit und leichter Bergabfahrt. Hierbei wird im nichtlinearen Bereich der Kennlinien des Gasinjektors eine spezifische Abweichung des Gasinjektors erfasst und durch die Steuereinheit 10 ein Wert ermittelt werden, welcher eine gewünschte Ansteuerdauer zum Öffnen des Gasinjektors 3 entsprechend anpasst. Dadurch können reduzierte

Mindesteinblasmengen realisiert werden. Es sei angemerkt, dass die Bauteile der Gasversorgungsanordnung, insbesondere die Gasleitung 4, der Gasinjektor 3, der Drucksensor 5 und das Tankabsperrventil 7 für eine Hochdruckanwendung ausgelegt sein müssen, da diese nun mit dem hohen Druck aus dem Gastank 2 beaufschlagbar sind, wenn der Gastank 2 voll ist. Allerdings kann erfindungsgemäß durch die geschickte

Ansteuerung des Gasinjektors 3 mittels der Steuereinheit 10 auf einen

Druckregler in der Gasleitung 4 verzichtet werden. Somit kann eine

druckreglerfreie Gasleitung 4 bereitgestellt werden, so dass die Kosten der Gasversorgungsanordnung 1 signifikant reduziert werden können. Dadurch wird die Gasversorgungsanordnung 1 sehr interessant für kostengünstige

Anwendungen bei Zweirädern oder Quads oder dgl., d.h., insbesondere für Fahrzeuge mit reduzierten oder geringen Leistungsanforderungen.