Gasspeichervorrichtung, Gasversorgungssystem sowie Gasmotor

Die Erfindung betrifft eine Gasspeichereinrichtung, insbesondere ein Gas-Rail. Bei der Gasspeichervorrichtung kann es sich demnach insbesondere um eine Gasspeicherlei tung handeln, an die mehrere Injektoren - jeweils einzeln oder in Gruppen zusammen gefasst - zum Eindosieren von Gas angeschlossen sind.

Bevorzugter Anwendungsbereich der Gasspeichervorrichtung ist ein Gasversorgungs system zur Versorgung eines Gasmotors mit Gas, so dass die Erfindung ferner ein Gasversorgungssystem mit einer erfindungsgemäßen Gasspeichervorrichtung sowie einen Gasmotor mit einem erfindungsgemäßen Gasversorgungssystem betrifft.

Bei dem Gas, das in der Gasspeichervorrichtung gespeichert wird, kann es sich insbe sondere um Wasserstoff oder Methan handeln.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Injektoren zum Einspritzen oder Ein blasen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Dichtsitz dieser Injektoren ist in der Regel brennraumnah angeordnet, so dass die thermische Belastung groß ist.

Da Injektoren zum Einblasen von Gas, beispielsweise Wasserstoff oder Methan, er höhten Dichtheitsanforderungen genügen müssen, wird der Dichtsitz üblicherweise aus einem elastischen Material, insbesondere Kunststoff, beispielsweise einem Polymer, gefertigt. Die Elastizität des Materials führt zu einer höheren Dichtheit. Zugleich steigt jedoch die Temperaturempfindlichkeit, so dass bei einer brennraumnahen Anordnung des Dichtsitzes die Lebensdauer des Injektors begrenzt ist. Es wurden daher bereits Gasinjektoren vorgeschlagen, bei denen der Dichtsitz weiter entfernt vom Brennraum angeordnet ist. Darüber hinaus wurden Injektoren mit einem passiven Schaltelement vorgeschlagen, dass eine Abdichtung des Brennraums bei ei nem Anstieg des Brennraumdrucks ermöglicht. Ferner sind Gasinjektoren mit einem in tegrierten zweiten Aktor zur Realisierung einer Absperrfunktion bekannt. Diese Lösung besitzt jedoch den Nachteil, dass der Bauraumbedarf eines solchen Injektors ver gleichsweise groß ist.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein selektives Abschalten eines Injektors oder einer Injektorgruppe ohne integrierten zweiten Aktor zu ermöglichen. Auf diese Weise soll der Bauraumbedarf gesenkt werden. Durch selektives Abschalten soll im Fehlerfall, das heißt bei einem einzelnen defekten Injektor, weiterhin ein Notlaufbetrieb möglich sein.

Zur Lösung der Aufgabe werden die Gasspeichervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das Gasversorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie der Gasmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen.

Offenbarung der Erfindung

Vorgeschlagen wird eine Gasspeichervorrichtung, insbesondere ein Gas-Rail, das mindestens einen Anschlussbereich für den Anschluss eines Injektors oder einer Injektorgruppe umfasst. In den Anschlussbereich ist dabei ein ansteuerbares Ventil zum Abschalten des Injektors oder der Injektorgruppe integriert. Mit Hilfe des ansteuerbaren Ventils kann der Injektor oder die Injektorgruppe gezielt abgeschaltet werden. Das Ventil ist dabei nicht in den Injektor bzw. in die Injektorgruppe integriert, sondern in die Gasspeichervorrichtung. Der Bauraumbedarf des Injektors bzw. der In jektorgruppe bleibt somit unverändert.

Die über das ansteuerbare Ventil realisierte Abschaltfunktion kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn an die Gasspeichervorrichtung mehrere Injektoren angeschlossen sind, entweder einzeln oder in Gruppen zusammengefasst. Denn dann kann im Fehlerfall gezielt ein Injektor oder eine Injektorgruppe abgeschaltet werden, um einen Notlaufbetrieb zu ermöglichen.

In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass die Gasspeichervor richtung mehrere parallel angeordnete Anschlussbereiche aufweist, in denen jeweils ein ansteuerbares Ventil integriert ist, das über mindestens eine Injektorzuleitung mit einem Injektor oder einer Injektorgruppe verbunden oder verbindbar ist. Über die vor geschlagene parallele Anordnung der Anschlussbereiche sowie der hierin integrierten an steuerbaren Ventile wird eine Verteilerfunktion realisiert, die eine gleichmäßige Gasverteilung auf alle Ventile ermöglicht. Zugleich wird der zur Verfügung stehende Bauraum optimal genutzt, da die Gasspeichervorrichtung, insbesondere in der Ausge staltung als Gas- Rail, eine längliche Grundform aufweist. Bevorzugt weist die Gasspei chervorrichtung eine Hauptspeicherleitung mit mehreren Abzweigen auf, welche die mehreren parallel angeordneten Anschlussbereiche ausbilden.

Das mindestens eine ansteuerbare Ventil zum Abschalten eines Injektors oder einer In jektorgruppe ist vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar und umfasst eine ringför mige Magnetspule zum Einwirken auf einen beweglichen Magnetanker, der in Richtung eines Dichtsitzes ist von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Bei stromloser Magnetspule drückt die Feder den Magnetanker in Richtung des Dichtsitzes, so dass ein sicheres Schließen des Ventils gewährleistet ist.

Bevorzugt ist der Magnetanker zumindest abschnittsweise von der Magnetspule um geben. Das heißt, dass der Magnetanker als Tauchanker ausgebildet ist bzw. nach dem Tauchankerprinzip arbeitet. Auf diese Weise kann eine sehr kompaktbauende Anordnung geschaffen werden, die sich einfach in die Gasspeichervorrichtung integrie ren lässt.

Ferner bevorzugt ist der Magnetanker mit einem Ventilschließelement gekoppelt oder bildet ein Ventilschließelement aus. Sofern ein separates Ventilschließelement vorge sehen ist, kann dieses aus einem anderen Material als der Magnetanker gefertigt sein, so dass eine bessere Materialabstimmung möglich ist. Die Integration der Funktion des Ventilschließelements in den Magnetanker ermöglicht eine noch kompaktere Bauform des Ventils. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Gasspeichervorrichtung einen Anschluss aufweist, über den der Gasspeichervorrichtung Gas aus einem Tanksystem zuführbar ist. Im Tanksystem kann das Gas bevorratet und an Bord eines mit Gas betriebenen Fahrzeugs mitgeführt werden. Der Anschluss an das Tanksystem ist vorzugsweise stutzenartig ausgeführt. Dies erleichtert den Anschluss einer Gasleitung, über die vor zugsweise das Tanksystem mit der Gasspeichervorrichtung verbunden ist. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Anschluss an einer Stirnseite der Gasspeichervorrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise wird der zur Verfügung ste hende Baum optimal genutzt.

Darüber hinaus wird ein Gasversorgungssystem zur Versorgung eines Gasmotors mit Gas, beispielsweise mit Wasserstoff oder Methan, vorgeschlagen. Das Gasversor gungssystem umfasst eine erfindungsgemäße Gasspeichervorrichtung sowie mindes tens einen Injektor oder eine Injektorgruppe, der bzw. die über das in den Anschluss bereich integrierte ansteuerbaren Ventil an die Gasspeichervorrichtung angeschlossen ist. Vorzugsweise sind mehrere Injektoren bzw. Injektorgruppe vorgesehen, die jeweils einem Zylinder des Gasmotors zugeordnet sind. Das heißt, dass in die Gasspeicher vorrichtung mehrere ansteuerbare Ventile integriert sind, um die Injektoren bzw. Injek torgruppen selektiv, vorzugsweise zylinderindividuell, abschalten zu können.

Das Gasversorgungssystem unterscheidet sich von der Gasspeichervorrichtung dadurch, dass die Injektoren bzw. Injektorgruppen Bestandteil des Systems sind. Wei terer Bestandteil des Gasversorgungssystems kann ein Tanksystem sein, das über ei nen weiteren Anschluss mit der Gasspeichervorrichtung verbunden ist.

Ferner wird ein mehrere Zylinder aufweisender Gasmotor mit einem erfindungsgemä ßen Gasversorgungssystem vorgeschlagen. Jedem Zylinder ist dabei ein ansteuerba res Ventil mit dem dazugehörigen Injektor bzw. der dazugehörigen Injektorgruppe zu geordnet, so dass die Injektoren oder Injektorgruppen zylinderindividuell abschaltbar sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gasversorgungssystems mit einer erfin dungsgemäßen Gasspeichervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausfüh rungsform,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Gasversorgungssystems mit einer erfin dungsgemäßen Gasspeichervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausfüh rungsform,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der Ausführungsform der Figur 1 und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der Ausführungsform der Figur 2.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Gasversorgungssystem 12 für einen Gasmo tor dargestellt. Das dargestellte Gasversorgungssystem 12 umfasst eine erfindungs gemäße Gasspeichervorrichtung 1, die als Gas- Rail ausgeführt ist. An die Gasspei chervorrichtung 1 sind mehrere Injektoren 3 angeschlossen, mittels welcher Gas aus der Gasspeichervorrichtung 1 in einen Gasmotor (nicht dargestellt), insbesondere ei nen Zylinder eines Gasmotors, einblasbar ist. Jeder Injektor 3 ist dabei einem Zylinder zugeordnet.

Der Anschluss der Injektoren 3 erfolgt über Anschlussbereiche 2 der Gasspeichervor richtung 1, in denen jeweils ein Ventil 5 angeordnet ist, das über eine Injektorzuleitung 6 mit einem Injektor 3 verbunden ist. Das Ventil 5 ist ansteuerbar, vorzugsweise elekt romagnetisch betätigbar, so dass bei entsprechender Ansteuerung des Ventils 5 der zugehörige Injektor 3 gezielt abschaltbar ist. In einem Fehlerfall bzw. bei einem defek ten Injektor 3 kann somit ein Notlaufbetrieb realisiert werden.

Die Anschlussbereiche 2 der Gasspeichervorrichtung 1 sind parallel zueinander ange ordnet, so dass in der Gasspeichervorrichtung 1 vorhandenes Gas gleichmäßig auf die mehreren Injektoren 3 verteilt wird, sofern das vorgelagerte Ventil 5 geöffnet ist. Das Gas gelangt über einen Anschluss 11, über den die Gasspeichervorrichtung 1 mit ei nem Tanksystem (nicht dargestellt) verbindbar ist, in die Gasspeichervorrichtung 1. Der Anschluss 11 ist stutzenartig ausgeführt und stirnseitig angeordnet.

Der Figur 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasversorgungssystem 12 zu entnehmen. Dieses unterscheidet sich von dem der Fi gur 1 dadurch, dass jedes Ventil 5 mit einer Injektorgruppe 4 verbunden ist, so dass über das Ventil 5 die gesamte Injektorgruppe 4 abschaltbar ist. Jedes Ventil 5 ist hierzu über Injektorzuleitungen 6 mit mehreren Injektoren 3 verbunden.

Figur 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasversorgungssystems 12. Analog der Ausführungsform gemäß der Figur 1 ist jedes Ventil 5 mit jeweils einem Injektor 3 verbunden. Die Ventile 5 sind jeweils elektromag netisch betätigbar. Wie beispielhaft in der Figur 3 dargestellt, können Sie eine ringför mige Magnetspule 7 sowie einen hin und her beweglichen Magnetanker 8 aufweisen, der mit der Magnetspule 7 zusammenwirkt. Eine besonders kompaktbauende Anord nung wird geschaffen, wenn der Magnetanker 8 als Tauchanker ausgebildet ist und zugleich ein mit einem Dichtsitz 9 zusammenwirkendes Ventilschließelement ausbildet, so dass ein separates Ventilschließelement verzichtbar ist. Um bei unbestromter Mag netspule 7 das Ventil 5 sicher zu schließen, ist eine Feder 10 vorgesehen, deren Fe derkraft den Magnetanker 8 in Richtung des Dichtsitzes 9 drückt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasversorgungs systems 12 zeigt Figur 4. Analog der Ausführungsform der Figur 2 ist jedes Ventil 5 mit einer Injektorgruppe 4 verbunden, so dass bei entsprechender Ansteuerung eines Ven tils 5 die gesamte Injektorgruppe 4 abgeschaltet wird. Jedes Ventil 5 ist hierzu über In jektorzuleitungen 6 mit mehreren Injektoren 3 verbunden. Im Übrigen kann die Ausfüh rungsform der Figur 4 gleich der Ausführungsform der Figur 3 gestaltet sein.