DE10252084A1

DE10252084A1 - Kraftstoffanlage für einen LPG-Motor

Info

Publication number: DE10252084A1
Application number: DE10252084A
Authority: DE
Original assignee: Linde GmbH; STILL GmbH
Current assignee: Linde Material Handling GmbH; STILL GmbH
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-05-27
Also published as: US20040144370A1; US6976455B2; DE50313433D1; EP1418332B1; EP1418332A3; EP1418332A2

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Kraftstoffanlage für einen mit Treibgas betriebenen Verbrennungsmotor (12), umfassend einen Verdampfer (1), in dem das in flüssigem Zustand gespeicherte Treibgas unter Wärmezufuhr in einen gasförmigen Zustand überführt wird. Der Verdampfer (1) weist eine erste Heizvorrichtung (13) für das Treibgas auf, mit welcher ein Teil der Abwärme des Verbrennungsmotors (12) auf das in dem Verdampfer (1) befindliche Treibgas übertragbar ist. Erfindungsgemäß weist der Verdampfer (1) eine zweite Heizvorrichtung (14) auf, mit dem das in dem Verdampfer (1) befindliche Treibgas unabhängig von dem Zustand des Verbrennungsmotors (12) beheizbar ist. Ein elektrisches Heizelement der zweiten Heizvorrichtung (14) ist vorzugsweise als PTC-Heizelement ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffanlage für einen mit Treibgas betriebenen Verbrennungsmotor, umfassend einen Verdampfer, in dem das in flüssigem Zustand gespeicherte Treibgas unter Wärmezufuhr in einen gasförmigen Zustand überführt wird, wobei der Verdampfer eine erste Heizvorrichtung für das Treibgas aufweist, mit welcher ein Teil der Abwärme des Verbrennungsmotors auf das in dem Verdampfer befindliche Treibgas übertragbar ist.

Mit Treibgas angetriebene Verbrennungsmotoren werden häufig in Flurförderzeugen wie z. B. Gabelstaplern, aber auch in Personenkraftwagen eingesetzt. Das für diese Anwendung gebräuchliche Treibgas wird häufig auch als Flüssiggas oder als LPG (liquid petroleum gas) bezeichnet und besteht in der Hauptsache aus Propan und/oder Butan.

Die Kraftstoffanlage eines solchen Verbrennungsmotors umfasst einen Verdampfer, in dem das in flüssigem Zustand in einem Druckbehälter gespeicherte Treibgas in einen gasförmigen Zustand entspannt wird, wobei dem Treibgas Wärmeenergie zugeführt wird. Dies geschieht in der Regel mittels der Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors, mit der beispielsweise ein Gehäuse des Verdampfers erwärmt wird. Der Verdampfer hat dabei auch die Funktion eines Druckreglers, so dass das Treibgas am Ausgang des Verdampfers in gasförmigem Zustand mit einem definierten Druck zur Verfügung steht. Weiterer, dem Verdampfer nachgeschalteter Bestandteil der Kraftstoffanlage ist entweder ein Mischer, der bezüglich seiner Funktion einem Vergaser eines Benzinmotors entspricht, oder eine Einspritzanlage.

Aus Sicherheitsgründen ist in jeder Betriebssituation zu gewährleisten, dass sich in den dem Verdampfer nachgeschalteten Teilen der Kraftstoffanlage ausschließlich gasförmiges Treibgas befindet. Eine gefährliche Betriebssituation ist hierbei insbesondere der Start des Verbrennungsmotors in kalter Umgebung, wenn gleichzeitig die Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors noch nicht erwärmt ist. Wenn sich in einer solchen Betriebssituation flüssiges Treibgas in der Einspritzanlage und den zu ihr führenden Leitungen ansammelt, führt das zunächst zu einem Überfetten des Verbrennungsmotors, der daraufhin nicht startet. In der Folge sammelt sich zusätzliches flüssiges Treibgas hinter dem Verdampfer an, was schließlich ein erhebliches Sicherheitsproblem darstellt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffanlage für einen Treibgasmotor zur Verfügung zu stellen, die ein Ansammeln von flüssigem Treibgas hinter dem Verdampfer sicher verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verdampfer eine zweite Heizvorrichtung aufweist, mit dem das in dem Verdampfer befindliche Treibgas unabhängig von dem Zustand des Verbrennungsmotors beheizbar ist. Die zweite Heizvorrichtung stellt unabhängig von der Umgebungstemperatur und damit unabhängig von der Temperatur des flüssigen Treibgases sicher, dass auch bei kaltem Verbrennungsmotor das den Verdampfer durchströmende Treibgas vollständig in seine gasförmige Phase übergeführt wird.

Bevorzugt weist die zweite Heizvorrichtung ein elektrisches Heizelement auf. Das elektrische Heizelement wird dabei von der Starterbatterie des Verbrennungsmotors mit Strom versorgt.

Mit besonderem Vorteil ist das elektrische Heizelement der zweiten Heizvorrichtung als PTC-Heizelement ausgeführt. PTC-Heizelemente besitzen einen bei ansteigender Temperatur ebenfalls ansteigenden inneren elektrischen Widerstand, so dass die Heizleistung des PTC-Heizelements bei steigender Temperatur abnimmt. Der angestrebte Temperatur-Sollwert kann damit durch geeignete Auswahl des PTC-Heizelements voreingestellt werden, so dass auf eine getrennte Regelvorrichtung für die Heizvorrichtung verzichtet werden kann.

Eine übliche Bauform des Verdampfers liegt vor, wenn der Verdampfer eine erste und eine zweite Verdampferkammer aufweist, die mittels eines Ventils miteinander verbunden sind. Das Verdampfen des Treibgases erfolgt damit in den beiden Verdampferkammern in zwei Stufen.

Eine besonders günstige Bauform liegt vor, wenn die erste Heizvorrichtung innerhalb des Verdampfers angeordnet ist. Hierbei befindet sich beispielsweise ein mit Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors durchströmter Wärmetauscher innerhalb eines Gehäuses des Verdampfers.

Vorzugsweise ist die erste Heizvorrichtung derart angeordnet, dass das in der ersten und das in der zweiten Verdampferkammer befindliche Treibgas mittels der ersten Heizvorrichtung beheizbar ist.

Auch die zweite Heizvorrichtung ist innerhalb des Verdampfers angeordnet. Das Gehäuse der zweiten Heizvorrichtung befindet sich dabei ebenfalls innerhalb des Gehäuses des Verdampfers.

Hierbei ist die zweite Heizvorrichtung ebenfalls derart angeordnet, dass das in der ersten und das in der zweiten Verdampferkammer befindliche Treibgas mittels der zweiten Heizvorrichtung beheizbar ist.

Darüber hinaus ist die zweite Heizvorrichtung derart angeordnet, dass ein in der ersten Heizvorrichtung befindliches flüssiges Medium mittels der zweiten Heizvorrichtung beheizbar ist. Das Beheizen des in den Verdampferkammern befindlichen Treibgases mittels der zweiten Heizvorrichtung erfolgt damit sowohl direkt, als auch indirekt über das flüssige Medium und das Gehäuse der ersten Heizvorrichtung.

Auf eine gesonderte Trennwand kann verzichtet werden, wenn die zweite Heizvorrichtung eine Abtrennung zwischen der ersten Verdampferkammer und der zweiten Verdampferkammer darstellt. Die zweite Heizvorrichtung weist hierbei eine flächige Form auf und ist gegenüber den anschließenden Gehäuseteilen des Verdampfers abgedichtet.

Im Bereich eines Eingangs des Verdampfers, durch den das Treibgas in flüssigem Zustand in den Verdampfer eintritt, ist ein vorzugsweise magnetisch ansteuerbares Absperrventil angeordnet. Das Absperrventil wird von einer Steuerung geschaltet und dient dazu, ein unerwünschtes Eintreten von Treibgas in den Verdampfer zu verhindern.

Ein Ausgang des Verdampfers, durch den das Treibgas in gasförmigen Zustand aus dem Verdampfer austritt, ist mit einer an dem Verbrennungsmotor angeordneten Sammeleinspritzleitung verbunden. Eine derartige Sammeleinspritzleitung, die häufig auch als "Rail" bezeichnet wird, ist in geringem Abstand, parallel zu dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet. Ähnliche Kraftstoff-Einspritzsysteme sind im Motorenbau insbesondere für Dieselmotoren bekannt.

Eine Rückkondensation des Treibgases in der Sammeleinspritzleitung kann sicher verhindert werden, indem eine dritte Heizvorrichtung vorgesehen ist, die an der Sammeleinspritzleitung angeordnet ist. Die dritte Heizvorrichtung erwärmt die Wände der Sammeleinspritzleitung und verhindert eine Kondensation des Treibgases, auch bei kaltem Verbrennungsmotor und bei kalter Umgebungstemperatur.

Auch die dritte Heizvorrichtung weist ein elektrisches Heizelement auf und kann damit unabhängig von dem Zustand des Verbrennungsmotors betrieben werden.

Das elektrische Heizelement der dritten Heizvorrichtung ist mit den oben beschriebenen Vorteilen ebenfalls als PTC-Heizelement ausgeführt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Kraftstoffanlage für einen mit Flüssiggas (LPG) betriebenen Verbrennungsmotor. Ein Verdampfer 1 weist eine erste Verdampferkammer 2 und eine zweite Verdampferkammer 3 auf. Ein nicht dargestellter Druckbehälter für das Treibgas ist über ein Absperrventil 4 an einen Eingang 5 des Verdampfers 1 angeschlossen. Im Bereich des Eingangs 5 befindet sich ein erstes Ventil 6, an der das Treibgas entspannt wird und dabei zumindest teilweise die gasförmige Phase übergeht. Über ein zweites Ventil 7 gelangt das Treibgas in die zweite Verdampferkammer 3, und geht dabei vollständig in die gasförmige Phase über. Ein an der zweiten Verdampferkammer 3 angeordneter Ausgang 8 verbindet den Verdampfer 1 über eine Leitung 9 mit einer Sammeleinspritzleitung 10. An der Sammeleinspritzleitung 10 sind Ventile 11 angeordnet, über welche das Treibgas direkt oder indirekt über einen Luftansaugkanal in die Brennräume eines Verbrennungsmotors 12 eingespritzt wird.
Während des Verdampfens nimmt das Treibgas aus seiner Umgebung Wärmeenergie auf, die dem Verdampfer 1 mittels einer ersten Heizvorrichtung 13 und einer zweiten Heizvorrichtung 14 zugeführt wird. Die erste Heizvorrichtung 13 ist an einen Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 12 gekoppelt. Der innerhalb des Verdampfers angeordnete Wärmetauscher der ersten Heizvorrichtung 13 erstreckt sich auf beide Verdampferkammern 2; 3 und wird mit der Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors 12 durchströmt. Ein optionales Thermostatventil 15 regelt den Kühlflüssigkeitsstrom in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit derart, dass die erste Heizvorrichtung 13 nur dann mit Kühlflüssigkeit durchströmt wird, wenn deren Temperatur einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Die zweite Heizvorrichtung 14 wird mit elektrischer Energie beheizt, kann also unabhängig von dem Zustand des Verbrennungsmotors 12 betrieben werden. Die zweite Heizvorrichtung 14 ist derart angeordnet, dass sie die Abtrennung zwischen der ersten Verdampferkammer 2 und der zweiten Verdampferkammer 3 bildet und erstreckt sich auch auf das Innere des Wärmetauschers der ersten Heizvorrichtung 13, so dass Wärmeenergie von der zweiten Heizvorrichtung 14 direkt und indirekt über die erste Heizvorrichtung 13 auf das in den Verdampferkammern 2, 3 befindliche Treibgas übertragen wird. Von der zweiten Heizvorrichtung 14 wird Wärme mittels eines PTC-Heizelements erzeugt, dessen Temperatur sich selbständig auf einen voreingestellten Wert regelt. Eine dritte Heizvorrichtung 16 dient zum Erwärmen der Sammeleinspritzleitung 10 und ist ebenfalls mit einem PTC-Heizelement ausgerüstet.
Mit der zweiten, elektrisch betriebenen Heizvorrichtung wird sichergestellt, dass das Treibgas auch bei kalter Umgebungstemperatur und bei kaltem Verbrennungsmotor im Verdampfer 1 vollständig verdampft. Hierdurch kann sicher verhindert werden, dass unsichere Betriebszustände dadurch entstehen, dass flüssiges Treibgas in die Leitung 9 und in die Sammeleinspritzleitung 10 gelangt. Die dritte Heizvorrichtung 16 verhindert eine Rückkondensation des gasförmigen Treibgases an sonst möglicherweise kalten Wänden der Sammeleinspritzleitung 10.
Um die Betriebssicherheit des Verbrennungsmotors jederzeit gewährleisten zu können, wird die korrekte Funktion des Absperrventils 4 sowie der zweiten und der dritten Heizvorrichtung 14, 16 fortlaufend über Signalleitungen 17 mittels einer elektronischen Überwachungseinheit 18 überwacht.

Claims

Kraftstoffanlage für einen mit Treibgas betriebenen Verbrennungsmotor (12), umfassend einen Verdampfer (1), in dem das in flüssigem Zustand gespeicherte Treibgas unter Wärmezufuhr in einen gasförmigen Zustand überführt wird, wobei der Verdampfer (1) eine erste Heizvorrichtung (13) für das Treibgas aufweist, mit welcher ein Teil der Abwärme des Verbrennungsmotors (12) auf das in dem Verdampfer (1) befindliche Treibgas übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (1) eine zweite Heizvorrichtung (14) aufweist, mit dem das in dem Verdampfer (1) befindliche Treibgas unabhängig von dem Zustand des Verbrennungsmotors (12) beheizbar ist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizvorrichtung (14) ein elektrisches Heizelement aufweist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement der zweiten Heizvorrichtung (14) als PTC-Heizelement ausgeführt ist.
Kraftstoffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (1) eine erste Verdampferkammer (2) und eine zweite Verdampferkammer (3) aufweist, die mittels eines Ventils (7) miteinander verbunden sind.
Kraftstoffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizvorrichtung (13) innerhalb des Verdampfers (1) angeordnet ist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizvorrichtung (13) derart angeordnet ist, dass das in der ersten und das in der zweiten Verdampferkammer (2, 3) befindliche Treibgas mittels der ersten Heizvorrichtung (13) beheizbar ist.
Kraftstoffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizvorrichtung (14) innerhalb des Verdampfers (1) angeordnet ist.
Kraftstoffanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizvorrichtung (14) derart angeordnet ist, dass das in der ersten und das in der zweiten Verdampferkammer (2, 3) befindliche Treibgas mittels der zweiten Heizvorrichtung (14) beheizbar ist.
Kraftstoffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizvorrichtung (14) derart angeordnet ist, dass ein in der ersten Heizvorrichtung (13) befindliches flüssiges Medium mittels der zweiten Heizvorrichtung (14) beheizbar ist.
Kraftstoffanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizvorrichtung (14) eine Abtrennung zwischen der ersten Verdampferkammer (2) und der zweiten Verdampferkammer (3) darstellt.
Kraftstoffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines Eingangs (5) des Verdampfers (1), durch den das Treibgas in flüssigem Zustand in den Verdampfer (1) eintritt, ein vorzugsweise magnetisch ansteuerbares Absperrventil (4) angeordnet ist.
Kraftstoffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang (4) des Verdampfers (1), durch den das Treibgas in gasförmigen Zustand aus dem Verdampfer (1) austritt, mit einer an dem Verbrennungsmotor (12) angeordneten Sammeleinspritzleitung (10) verbunden ist.
Kraftstoffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Heizvorrichtung (16) vorgesehen ist, die an der Sammeleinspritzleitung (10) angeordnet ist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Heizvorrichtung (16) ein elektrisches Heizelement aufweist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement der dritten Heizvorrichtung (16) als PTC-Heizelement ausgeführt ist.