CN104005926B - 液压往复活塞泵和泵送*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于低温泵***的液压释放和转换逻辑。具体地，一种低温液压往复活塞泵包括限定活塞室的壳体。活塞室的侧壁包括缩回溢出端口以及泵送溢出端口。在缩回冲程的结尾，延伸经过活塞的缩回溢出通道变为与缩回溢出端口对准，流体从活塞的加压侧连通到活塞的未加压侧以在活塞“降至最低点”之前停止缩回冲程。类似地，在泵送冲程的结尾，延伸经过活塞的泵送溢出通道变为与泵送溢出端口对准，在活塞的加压侧和活塞的未加压侧之间提供连通，由此在活塞“降至最低点”之前停止它的运动。

Description

液压往复活塞泵和泵送***

技术领域

本发明涉及用于供应低温流体、例如用于内燃发动机的低温存储的燃料的液压控制的低温泵。

背景技术

天然气用来作为用于内燃发动机的燃料，主要因为它比柴油或汽油产生的污染少。以前，天然气经过进气歧管引入到气缸，与进入的空气混合并以相对低的压力供给到气缸中。用于天然气供能的发动机的燃料供应***相对简单。天然气保持在箱中并用稍大于发动机入口压力的工作压力从箱供应，或者经过调节器从压缩天然气缸供应，调节器将压力降低到发动机入口压力。

压缩天然气(CNG)通常在环境温度下以高达3600psig(24925kPa)的压力存储，并且由于有限的操作范围和存储箱的重的重量对于许多常规的卡车和公共汽车可能不适用。另一方面，液化天然气(LNG)通常在大约-240℉和-175℉(-150℃和-115℃)之间的温度和大约15和200psig(204和1477kPa)之间的压力存储在低温箱中，由此提供大约为CNG 4倍的能量密度。

然而，如果天然气在活塞的压缩冲程结尾处在高压下直接喷射到发动机气缸中，则可以实现更好的效率和排放。这需要可以在大约3000psig(20684kPa)及以上的压力输送天然气的燃料供应***。这使得不可能从常规的LNG箱直接输送燃料，因为建立具有这样的高操作压力的LNG箱是不切实际和不经济的。同样，也不可能从常规的CNG箱直接输送天然气燃料，因为一旦少量燃料从CNG箱撤回，这种箱中的压力就低于喷射压力。因此，在两种情况下，需要增压泵来将压力从存储压力提高到喷射压力。

高压低温泵形式的增压泵是已知的，但已被证明难以使这些泵适应车辆泵的尺寸和需要。通常，低温泵应当具有正的抽吸压力。因此，常规的实践是将泵直接放置在LNG中，使得LNG的压头将供应希望的压力。这种方法的问题在于它将大量热泄漏引入到LNG存储箱。一些设计将泵置于存储箱外并通过使用大的第一阶段抽吸室减小要求的抽吸压力。被吸入这种室中的过量LNG返回到LNG箱，并且同样，另外的热被引入LNG，这是不希望的。

常规的低温泵通常是离心泵，它们要么被放置在存储箱内的液体中，要么被放置在存储箱下方单独的室中，且大的抽吸管线引自箱，泵和抽吸管线都被良好隔离。因为低温液体在存储时处于其沸腾温度，热量泄漏到抽吸管线中，并且压力减小会造成蒸汽形成。因此，如果离心泵被放置在箱外，将形成蒸汽，且蒸汽将造成泵成穴，流动停止。因此，离心式的低温泵需要正的供给压力来防止或减小泵成穴的趋势。还有，离心泵不能容易地产生高排放压力来将燃料适当地直接喷射到发动机气缸。

已经使用往复活塞泵来泵送LNG，但这种泵也需要正的供给压力来降低相对高速的活塞泵会出现的效率损失。这种泵可具有单个室，其中进气冲程后跟着排放冲程，因此入口流将在活塞执行排放冲程时停止一半时间。US 6898940公开一种避免上述问题的双室往复泵。

US 6898940的往复活塞低温泵是液压致动的。在压缩阶段期间，希望阻止活塞降至最低点，并且需要知道何时开始活塞缩回。一种常规的方案是感测液压***压力的增加作为已经达到压缩冲程结尾且缩回冲程应当开始的信号。但是，这种方案仍会在高液压压力下造成活塞降至最低点。另一种方法使用估计的活塞速度的积分来指示何时达到压缩冲程的结尾。但是，如果体积效率(即，泄漏)有误差或者液压压力、气体压力或者消耗测量有误差，则这种方法不是最优的。另一种方法涉及放置位置传感器来指示压缩冲程的结尾。但是，这种设计不牢固，并且如果位置传感器有故障将不能防止活塞降至最低点。

因此，需要用于将LNG输送到内燃发动机的改善的液压致动的低温泵。

发明内容

在一个方面，公开一种泵送***。该泵送***可包括壳体，壳体可包括缩回端和泵送端，侧壁设置在缩回端和泵送端之间。缩回端和泵送端和侧壁可限定活塞室。活塞室可容纳活塞。侧壁可包括延伸到侧壁中的缩回溢出端口和同样延伸到侧壁中的泵送溢出端口。壳体可包括设置在缩回溢出端口和壳体的缩回端之间并与液压流体容器连通的第一液压通路。壳体还可包括设置在泵送溢出端口和壳体的泵送端之间且与液压流体容器连通的第二液压通路。活塞可包括缩回溢出通道，其提供从设置在活塞和壳体的泵送端之间的活塞室的泵送部分到缩回溢出端口的连通。活塞还可包括泵送溢出通道，其提供从设置在活塞和壳体的缩回端之间的活塞室的缩回部分到泵送溢出端口的连通。

在另一方面，公开一种液压往复活塞泵，其可包括壳体，壳体可包括缩回端和泵送端，侧壁设置在缩回端和泵送端之间。缩回端和泵送端和侧壁可限定活塞室。活塞室可容纳活塞。侧壁可包括延伸到侧壁中的缩回溢出端口和同样延伸到侧壁中的泵送溢出端口。壳体可包括设置在缩回溢出端口和壳体的缩回端之间的第一液压通路。壳体还可包括设置在泵送溢出端口和壳体的泵送端之间的第二液压通路。活塞可包括缩回溢出通道，其提供从设置在活塞和壳体的泵送端之间的活塞室的泵送部分到缩回溢出端口的连通。活塞还可包括泵送溢出通道，其提供从设置在活塞和壳体的缩回端之间的活塞室的缩回部分到泵送溢出端口的连通。

在又一方面，公开一种可包括联接到泵的发动机的机器。泵可与液压流体容器连通。泵和液压流体容器可与方向控制阀连通。泵可包括壳体，壳体可包括缩回端和泵送端，侧壁设置在缩回端和泵送端之间。缩回端和泵送端和侧壁可限定活塞室。活塞室可容纳连接到杆的活塞，杆密封地经过壳体的泵送端并可滑动地接收在杆室中。杆室可包括与燃料管线连通的出口，燃料管线与发动机连通。壳体的侧壁可包括延伸到侧壁中的缩回溢出端口和同样延伸到侧壁中的泵送溢出端口。壳体可包括设置在缩回溢出端口和壳体的缩回端之间且与方向控制阀连通的第一液压通路。壳体还可包括设置在泵送溢出端口和壳体的泵送端之间且与方向控制阀连通的第二液压通路。活塞可包括缩回溢出通道，其提供从设置在活塞和壳体的泵送端之间的活塞室的泵送部分到缩回溢出端口的连通。活塞还可包括泵送溢出通道，其提供从设置在活塞和壳体的缩回端之间的活塞室的缩回部分到泵送溢出端口的连通。

附图说明

图1是结合入本发明的机器中的本发明的泵和本发明的泵送***的示意图；

图2是本发明的泵在泵送冲程中间的截面图；

图3是图2所示的泵在泵送冲程结尾处的截面图；

图4是图2-3所示的泵在缩回冲程开始处的截面图；

图5是图2-4所示的泵在缩回冲程中间的截面图；

图6是图2-5所示的泵在缩回冲程结尾处的截面图；

图7是图2-6所示的泵在泵送冲程开始处的截面图。

具体实施方式

图1局部示出了一种机器10，其可包括可经由驱动轴13或者其他合适的联接元件联接到液压泵12的发动机11。液压泵12经由导管15从液压流体容器14接收液压流体。泵12可接着经由导管17将流体输送到方向控制阀16。控制器18可用来控制泵12和方向控制阀16的致动器21。控制器18还可链接到一个或多个压力传感器，包括与导管17连通的压力传感器22。控制器18还可链接到与返回导管24连通的压力传感器23。返回导管24在方向控制阀16和液压容器14之间提供连通。控制器18还可链接到可测量蓄能器26内的压力的压力传感器25。

方向控制阀16控制液压流体向和自往复活塞泵27的流动。如图1所示，泵27处于缩回冲程的中间，泵12经导管17、经方向控制阀16输送流体到通往液压通路29的导管28。当在图1的取向上向上变换时，方向控制阀16将导管17与通往液压通路32的导管31连接。当压力经过导管31并经过液压通路32输送到活塞室33中时，导管17中的压力可增加，由此造成连接导管34中的压力增加，导致常闭的压力释放阀35打开，从而经由图1所示的导管36、34在液压容器14和导管17之间提供连通。

泵27可用来将低温流体(例如LNG)从箱37经燃料管线38和蒸发器41输送到蓄能器26。在蓄能器26被填充且压力达到对于发动机11来说合适的输入压力时，LNG经输入管线43流到发动机11。能量可通过发动机冷却液供应至蒸发器41，发动机冷却液经由导管44、45从发动机11流动和流到发动机11。如下面所示，只需要压力传感器22、23中的一个来提供有效变换方向控制阀16所需的信息。

仍参考图1以及图2-7，泵27可包括壳体46，其可包括缩回端47和泵送端48。侧壁51可设置在缩回端47和泵送端48之间。缩回端47、泵送端48和侧壁51可限定活塞室33，活塞室出于说明目的可包括缩回部分52和泵送部分53。

活塞室33容纳活塞54。活塞室33还可包括缩回溢出端口55和泵送溢出端口56，缩回溢出端口55可以是如图1-7所示的环形，泵送溢出端口56也可以如所示是环形。此外，活塞54可包括两个溢出通道，包括在活塞室33的泵送部分53和缩回溢出端口55之间提供连通的缩回溢出通道57。此外，活塞54可包括可在活塞室33的缩回部分52和泵送溢出端口56之间提供连通的泵送溢出通道58。如图2-7最佳示出，缩回溢出通道57可包括止回阀61，使得流体只可在一个方向上流动经过缩回溢出通道57，即从活塞室33的泵送部分53流到缩回溢出端口55，如图6最佳示出的，如以下解释的，其表示缩回冲程的结尾。类似地，泵送溢出通道58也可包括止回阀62，其只允许从活塞室33的缩回部分52到泵送溢出端口56的流动，这是泵送冲程结尾的信号，如图3所示。

转向图2-7所示的顺序，图2示出活塞58在泵送冲程中间，活塞54在箭头63的方向上运动或者在图2的取向上向下朝着活塞室33的泵送部分53运动。活塞58沿着侧壁51在缩回溢出端口55和泵送溢出端口56之间滑动。活塞54可连接到杆64，杆经过壳体46的泵送端48并进入杆室65。杆64经过杆室65的运动向可包括止回阀66、67的燃料管线38施加压力，以确保低温流体或者LNG在箭头68的方向上流动。在泵送冲程期间，方向控制阀65从图1中所示的位置向上变换，使得泵12和导管17与导管31和液压通路32连通，由此如箭头77指示地向活塞室33的缩回部分52提供加压流体。在流体从活塞室33的泵送部分53经过液压通路29在箭头78的方向上流动、经过导管28到返回导管24，然后进入液压容器14时，液压通路29用作返回管线。还将注意到，杆64和杆室65可设置在燃料管线38经过的块体71内。

转向图3，活塞54被显示处于泵送冲程的结尾处，泵送溢出通道58与泵送溢出端口56连通，由此造成流体从活塞室33的缩回部分52流过止回阀62并在箭头72的方向上流动。活塞室33的缩回部分52和活塞室33的泵送部分53之间的连通使得活塞室33的缩回部分52中的压力减小，从而造成活塞54和杆64在图2所示的箭头63的方向上减慢并停止其运动。因此，图3示出泵送冲程的结尾。在一种实施方式中，活塞室33的缩回部分52中的压力的减小可通过压力传感器22检测并被连通到控制器18。控制器18可接着将方向控制阀16转换到图1所示的缩回位置(方向控制阀16的泵送位置未在图1中显示)。

相反，图4示出泵27处于其缩回冲程的开始。控制器已经将方向控制阀16转换到图1所示的位置，且流体经导管28(图1)经液压通路29在箭头75的方向上输送到活塞室33的泵送部分53。因此，压力在活塞室33的泵送部分53内建立，如图5所示，这造成杆64和活塞54在箭头73的方向上运动。如图4-5中所示，止回阀62阻止流体从室33的泵送部分53流经泵送溢出通道58并进入室33的缩回部分52。因此，如图5所示，在活塞54和杆64在箭头73的方向上运动时，泵27处于缩回冲程的中间。在泵送冲程期间，流体在箭头74的方向上离开液压通路32，流体在箭头75的方向上输送到液压通路29。因此，室33的泵送部分53被加压，这造成活塞54在箭头73的方向上运动。此外，杆64在杆室65内的远离燃料管线38的运动在燃料管线38中提供抽吸，由此造成LNG继续在箭头76的方向上流过止回阀66、67。

转向图6，活塞54已经到达其缩回冲程的结尾，缩回溢出通道57与缩回溢出端口55连通，由此在室33的泵送部分53与室33的缩回部分52之间提供连通。因此，流体在箭头81的方向上流动，室33的泵送部分53中的压力减小，该压力的减小通过压力传感器22感测并被连通到控制器18。在活塞54处于其缩回冲程的结尾时，控制器18向致动器21发送信号以将方向控制阀16变换回泵送位置(图1中未显示)，使得液压流体在箭头77的方向上流入室33的缩回部分52，流体开始在箭头78的方向上经过液压通路29离开室33的泵送部分53。

因此，如图2-7所示，活塞54从不“降至最低点”或者到达壳体46的缩回端47或者壳体46的泵送端48。缩回溢出端口55、缩回溢出通道57、泵送溢出端口56和泵送溢出通道58的组合防止这些现象发生。因此，在如图3所示的泵送冲程的结尾处，室33的缩回部分52中的压力的减小可通过压力传感器22感测。在高液压压力下，在导管17中使用压力传感器22可优于在返回导管24中使用压力传感器23。此外，压力传感器22位于泵27外，因此不需要将位置传感器放置在活塞室33内。将传感器22或者23定位在活塞室33外提供了一种更加牢固和更加可靠的设计。类似地，在如图6所示的缩回冲程的结尾处，活塞室33的泵送部分53中的压力的减小可通过传感器22检测，因此在活塞室33内不需要位置传感器。

工业实用性

公开一种可以是机器10和整体泵送***81的一部分的低温泵27，防止活塞54在泵壳体46的缩回端47或者泵壳体46的泵送端48处降至最低点。此外，在活塞室33内不需要位置传感器，并且缩回溢出端口55、缩回溢出通道57、泵送溢出端口56和泵送溢出通道58的使用使得压力减小能够通过传感器22检测，并且检测到的压力减小造成控制器18相应地变换方向控制阀16。因此，公开了改善的低温泵27、改善的低温泵送***81和结合有这样的低温泵和低温泵送***的改善的机器10。

Claims (10)

1.一种泵送***，包括：

壳体，包括缩回端和泵送端，侧壁设置在缩回端和泵送端之间，缩回端和泵送端和侧壁限定活塞室，活塞室容纳活塞；

所述侧壁包括延伸到侧壁中的缩回溢出端口和延伸到侧壁中的泵送溢出端口；

所述壳体包括设置在缩回溢出端口和壳体的缩回端之间并与液压流体容器连通的第一液压通路，所述壳体包括设置在泵送溢出端口和壳体的泵送端之间且与液压流体容器连通的第二液压通路；

所述活塞包括缩回溢出通道，其提供从设置在活塞和壳体的泵送端之间的活塞室的泵送部分到缩回溢出端口的连通，所述活塞包括泵送溢出通道，其提供从设置在活塞和壳体的缩回端之间的活塞室的缩回部分到泵送溢出端口的连通。

2.根据权利要求1所述的泵送***，还包括与第一液压通路和第二液压通路连通的方向控制阀，所述方向控制阀将第一液压通路和第二液压通路选择性地连通到液压流体容器。

3.根据权利要求1所述的泵送***，还包括与第一液压通路和第二液压通路连通的方向控制阀，所述方向控制阀在第一液压通路和第二液压通路和连接到液压流体容器的返回管线和连接到与液压流体容器连通的泵的输入管线之间提供选择性连通。

4.根据权利要求3所述的泵送***，还包括与返回管线或输入管线连通的压力传感器，所述压力传感器连接到控制器，控制器连接到方向控制阀的致动器。

5.根据权利要求4所述的泵送***，其中，所述控制器还连接到泵。

6.根据权利要求1所述的泵送***，其中，缩回溢出通道包括允许从活塞室的泵送部分连通到缩回溢出端口的止回阀，泵送溢出通道包括提供从活塞室的缩回部分连通到泵送溢出端口的止回阀。

7.根据权利要求1所述的泵送***，其中，所述活塞连接到可密封地经过壳体的泵送端并可滑动地接收在杆室中的杆，杆室包括出口。

8.根据权利要求1所述的泵送***，其中，所述缩回溢出端口和泵送溢出端口是环形的。

9.根据权利要求7所述的泵送***，其中，所述出口与燃料管线连通。

10.一种液压往复活塞泵，包括：

壳体，包括缩回端和泵送端，侧壁设置在缩回端和泵送端之间，缩回端和泵送端和侧壁限定活塞室，活塞室容纳活塞；

所述侧壁包括延伸到侧壁中的缩回溢出端口和延伸到侧壁中的泵送溢出端口；

所述壳体包括设置在缩回溢出端口和壳体的缩回端之间的第一液压通路，所述壳体包括设置在泵送溢出端口和壳体的泵送端之间的第二液压通路；

所述活塞包括缩回溢出通道，其提供从设置在活塞和壳体的泵送端之间的活塞室的泵送部分到缩回溢出端口的连通，所述活塞包括泵送溢出通道，其提供从设置在活塞和壳体的缩回端之间的活塞室的缩回部分到泵送溢出端口的连通。