EP3724501A1 - Kraftstofffördereinrichtung für kryogene kraftstoffe - Google Patents

Kraftstofffördereinrichtung für kryogene kraftstoffe

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EP3724501A1
EP3724501A1 EP18800579.7A EP18800579A EP3724501A1 EP 3724501 A1 EP3724501 A1 EP 3724501A1 EP 18800579 A EP18800579 A EP 18800579A EP 3724501 A1 EP3724501 A1 EP 3724501A1
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EP
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hollow cylinder
delivery device
fuel delivery
pressure chamber
pump piston
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EP18800579.7A
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EP3724501B1 (de
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Dirk SCHNITTGER
Friedrich Howey
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F04B2015/081—Liquefied gases

Definitions

  • the invention relates to a fuel delivery device for cryogenic fuels having the features of the preamble of claim 1.
  • a piston pump for cryogenic fuels, in particular for natural gas, with a reciprocating pump piston is known.
  • the pump piston limits a pump working space, which can be filled with liquid natural gas, so that in the pump working space existing liquid natural gas can be acted upon by a lifting movement of the pump piston with high pressure.
  • At the other end of the pump piston limits a coupler space which can be filled with a hydraulic pressure medium to drive the pump piston in a reciprocating motion.
  • an electric, pneumatic or mechanical drive is proposed.
  • Object of the present invention is to provide a fuel delivery device for kryoge ne fuels with a piston pump whose life is increased.
  • the wear in the range of guides and / or seals egg nes reciprocating pump piston of the piston pump should be reduced.
  • the proposed fuel delivery device for cryogenic fuels comprises a piston pump for delivering the cryogenic fuel to high pressure
  • the Kol benpumpe has a reciprocating pump piston
  • the one end egg NEN compression chamber and the other end defines a formed in a hollow cylinder pressure chamber, which can be acted upon by a hydraulic pressure medium is.
  • the pump piston has an annular shoulder for limiting a further pressure chamber formed in the hollow cylinder, which can also be acted upon by the hydraulic pressure medium to return the pump piston.
  • the additional pressure chamber is coupled to a storage volume which is limited by ei ne storage sleeve, which is reciprocally arranged on the hollow cylinder and biased by means of a return spring.
  • the pump piston of the piston pump of the invention Kraftstoffstofördördereinrich device is therefore hydraulically driven.
  • the pump piston moves in the direction of the compression space, ie towards an upper end position in which the volume of Kompres sion space is minimal.
  • the pump piston performs a power stroke in which fuel present in the compression space is compressed.
  • the return of the pump piston is also effected hydraulically, via the hydraulic pressure in the further pressure chamber.
  • the volume of the further pressure chamber is reduced, the volume reduction of the further pressure chamber being compensated by an increase in the volume of the storage volume.
  • the storage volume limiting Spei cherhülse moves in the direction of the return spring, so that it is stretched. Accordingly, the biasing force acting on the storage sleeve increases. If the pump piston has reached its upper end position, the preload force is maximum. The tension before finally leads to the provision of the storage sleeve, wherein the pressure in the storage volume and in the further pressure chamber increases and leads to the provision of Pum penkolbens.
  • the piston pump of the fuel delivery device has a return spring, this is not supported directly on the pump piston, but on the outside arranged on the hollow cylinder storage sleeve.
  • the SpeI cherhülse and the hollow cylinder thus absorb the torsional and lateral forces of the return spring.
  • the pump piston remains unloaded.
  • the support of the return spring on the storage sleeve also has the advantage that due to the available diameter, a particularly large and thus krafti ge spring can be used. In addition, the return spring can easily integrated who the.
  • the storage volume in dependence on the position of the pump piston, preferably in an upper Endla ge of the pump piston, via a connecting channel formed in the hollow cylinder hydraulically connectable to the first pressure chamber.
  • a connecting channel formed in the hollow cylinder hydraulically connectable to the first pressure chamber.
  • a pressure compensation is effected, which leads to the formation of a working stroke of the pump piston limiting hydraulic stop rule.
  • the hydraulic stop prevents a mechanical impact on, so that the load on the pump piston is further reduced. This means that the wear on the pump piston is further reduced or the service life of the piston pump is further increased. Furthermore, the noise reduction during operation of the piston pump is lowered by the hydraulic stop.
  • the upper end position of the pump piston is predetermined via the hydraulic stop.
  • the position of the connecting channel with respect to the pump piston is to be chosen since such that the pump piston releases the connecting channel shortly before reaching the upper end position.
  • the then adjusting pressure equalization leads to the formation of the hydraulic stop, which limits the working stroke of the pump piston be.
  • a check valve is preferably arranged, which prevents a return flow of the hydraulic pressure medium from the storage volume in the first pressure chamber. This means that the connecting channel can only be flowed through in one direction and indeed by the first pressure chamber in the direction of the storage volume or of the further pressure space. This ensures that the Speicherervo lumen and the other pressure chamber for the provision of the pump piston he quired hydraulic pressure can be built up.
  • the storage volume can be connected via a pressure-limiting valve to a leakage line.
  • a pressure relief valve With the help of the pressure relief valve, a maximum hydraulic pressure in the storage volume and in the other pressure chamber can be adjusted. Because of the maximum pressure in the storage volume and in the further pressure chamber, the formation of the hydraulic stop depends, can be taken over the same time influence on the upper end position of the pump piston.
  • the storage volume is therefore connectable depending on the position of the storage sleeve via at least one relief channel formed in the hollow cylinder or via at least one relief opening formed in the storage sleeve with a pressure chamber.
  • the discharge opening in the storage sleeve can be performed in example as a simple radial bore, so that this form of execution can be implemented particularly easily.
  • the storage sleeve on a plurality of relief openings which are further preferably arranged at the same angular distance from each other.
  • the at least one relief opening formed in the storage sleeve is preferably closed. Only at a given stroke of the storage sleeve relative to the hollow cylinder, the discharge Entlas opening is released, so that hydraulic pressure fluid from the Speichervolu men can flow into the low-pressure chamber.
  • the thereby adjusting Druckaus equal between the storage volume and the low-pressure chamber causes a hy lic limit of the stroke of the storage sleeve before it reaches a mechanical impact on. In this way, the wear on the storage sleeve can be reduced. At the same time, the noise emissions can be further reduced.
  • At least one discharge channel is provided in the hollow cylinder instead of the at least one discharge opening in the storage sleeve, the mode of operation is essentially the same. This means that the discharge channel is only released when the storage sleeve has reached a predetermined position.
  • the Speicherervo lumen is connected in dependence on the position of the storage sleeve via an annular gap between the hollow cylinder and the storage sleeve with a low-pressure space.
  • the annular gap creates a circumferential opening of the storage volume to the low-pressure space, so that neither a discharge opening in the storage sleeve, nor a discharge tungskanal in the hollow cylinder is required. This allows a rotationally symmetrical design of at least the storage sleeve, so that their production is simplified.
  • the circumferential annular gap also ensures a smooth and fast flow from the hydraulic pressure fluid from the storage volume in the low-pressure chamber.
  • the low-pressure chamber is connected via a return line and / or via the leakage line with a tank for the hydraulic pressure medium.
  • the low pressure chamber supplied amount of hydraulic pressure fluid is thus not lost to the system.
  • the hydraulic pressure medium may be, for example, an oil, in particular an engine oil.
  • the hollow cylinder preferably has a GE graded outer contour with an annular shoulder. Over the width of the paragraph, the dimension of the storage volume can be specified in the radial direction.
  • the storage sleeve delimiting the storage volume is arranged on the outer diameter of the hollow cylinder.
  • the annular shoulder of the hollow cylinder passes over a cone in ei ne guide surface for the storage sleeve. If the overlap of the storage tube with the guide surface for opening the storage volume is temporarily abandoned over an annular gap around the annular gap, the cone facilitates the return of the storage sleeve or the re-immersion of the hollow cylinder into the storage sleeve.
  • the storage sleeve has a stepped inner contour for limiting the storage volume.
  • the storage sleeve preferably also forms an annular shoulder, which furthermore preferably lies opposite the annular shoulder of the hollow cylinder on the storage volume, where the distance between the two annular shoulders can be changed by a lifting movement of the storage sleeve relative to the hollow cylinder. Due to the stepped th inner contour, the storage sleeve on two different guide diameter. In the region of the larger guide diameter, over which the storage volume is limited in the radial direction, preferably the inner contour of the Speicherhül se end over a cone in an end face over.
  • the cone in turn has the task of facilitating re-immersion of the hollow cylinder in the storage sleeve.
  • the storage volume is therefore preferably formed by an annular space which is arranged concentrically with respect to the pump piston or the first pressure chamber between the hollow cylinder and the storage sleeve.
  • the coupled with the storage volume further pressure chamber is preferably also formed by an annular space GE, which is arranged between the pump piston and the hollow cylinder.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal section through a piston pump of a fiction, contemporary fuel delivery device according to a first preferred embodiment form
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of FIG. 1 in the region of the hydraulic drive at the end of a working stroke of the pump piston
  • FIG. 3 shows the detail of FIG. 2 during a suction stroke of the pump piston
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal section through a piston pump of a fiction, contemporary fuel delivery according to a second preferred embodiment form, and limited to the area of the hydraulic drive during a power stroke of the pump piston,
  • FIG. 5 shows the detail of FIG. 4 at the end of a working stroke of the pump piston
  • Fig. 6 is a schematic longitudinal section through a piston pump of a fiction, contemporary fuel delivery according to a third preferred embodiment form, and limited to the range of the hydraulic drive during a power stroke of the pump piston
  • Fig. 7 shows the detail of Fig. 6 at the end of the working stroke of the pump piston
  • Fig. 8 is a schematic longitudinal section through a piston pump of a fiction, contemporary fuel delivery device according to a fourth preferred embodiment form, and limited to the range of the hydraulic drive at the end of a power stroke of the pump piston.
  • the fuel delivery device according to the invention shown in FIG. 1 is used to supply an internal combustion engine (not shown) of a motor vehicle with fuel, which is a cryogenic fuel, preferably to natural gas han delt.
  • the fuel delivery device comprises a piston pump 1 for delivering the fuel to high pressure.
  • the fuel is stored in liquid form in a tank (not shown). Via an inlet 27 and a mammal valve 30, the fuel enters a compression chamber 3 of the piston pump 1, which is bounded by a reciprocating pump piston 2.
  • a compression chamber 3 of the piston pump 1 which is bounded by a reciprocating pump piston 2.
  • a power stroke of the pump piston 2 of the presspression space in Kom 3 existing fuel is compressed and fed via a drain 28 a buffer memory (not shown).
  • a check valve 29 is arranged to prevent during a renewed suction stroke of the pump piston 2, a return flow of the fuel into the compression chamber 3.
  • a return line 31 for discharging a leakage amount of the cryogenic fuel is seen before, the space 3 escapes through the seals of the pump piston 2 from the compression.
  • the pump piston 2 of the illustrated piston pump 1 has at its end facing away from the Com pressionsraum 3 a piston portion with an enlarged outer diameter, which is received in a hollow cylinder 4.
  • the pump piston 2 limits two pressure chambers 5, 7, which can be acted upon by a hydraulic pressure medium.
  • the second pressure chamber 7 is bounded by a fancy on the pump piston 2 th annular shoulder 6, which is due to the fürmesserversprungs of the pump piston 2 results. That is, the second pressure chamber 7 is formed as an annular space.
  • the second pressure chamber 7 serves to return the pump piston 2, so that it performs a suction stroke, during which the compression chamber 3, he is again filled with fuel.
  • the second pressure chamber 7 is coupled to a storage volume 8, which is also designed as an annular space and is limited by the hollow cylinder 4 and a lifting sleeve 9 movably guided on the hollow cylinder 4.
  • the hollow cylinder 4 has an outer contour 20 with an annular shoulder 21 which merges into a guide surface 23 for the storage sleeve 9.
  • the storage sleeve 9 in turn has a stepped inner contour 24 for limiting the storage volume 8.
  • the storage sleeve in Rich tion of paragraph 21 of the hollow cylinder 4 is acted upon by the spring force of a return spring 10.
  • the Speicherhül se 9 moves against the spring force of the return spring 10, so that the Speichervolu men 8 increases. This is the case when the pump piston 2 performs a power stroke and thereby reduces the volume of the coupled with the storage volume 8 second pressure chamber 7. The reduction in volume of the second pressure chamber 7 is then compensated by an increase in volume of the storage volume 8 kom. At the same time, the return spring 10 is stretched further. The return spring 10 is maximally tensioned when the storage sleeve 9 abuts against a housing part 32 which, together with the hollow cylinder 4, defines a low-pressure space 17 in which the return spring 10 is accommodated.
  • the pump piston 2 If the pump piston 2 has reached its upper end position (see FIG. 2), it releases a connecting channel 11 in which a check valve 12 is arranged, which allows an inflow of hydraulic pressure fluid into the storage volume 8 and into the second pressure chamber 7. In this way, a pressure equalization in the two pressure chambers 5, 7 is achieved, which leads to the formation of a hydraulic stop. That is, the working stroke of the pump piston 2 is hydraulically limited, whereby the wear on the pump piston 2 is reduced.
  • the return spring 10 presses the storage sleeve 9 in the direction of paragraph 21 of the hollow cylinder 4, so that the storage volume 8 decreases. At the same time the spring force and thus the pressure in the pressure chamber 7, which is still sufficiently high, so that the Pumpenkol ben 2 is reset. Meanwhile prevents in the connecting channel 11 to parent check valve 12 that hydraulic pressure fluid in the first pressure chamber 5 flows back (see Fig. 3).
  • a piston pump 1 shown in Figures 4 and 5 for a fuel delivery device according to the invention is dispensed valve 13 on a Druckbegrenzungsven.
  • Relief of the storage volume 8 is here achieved via several Ent lastungsö réelleen 16, which forms out as radial bores in the storage sleeve 9.
  • the discharge openings 16 are controlled via the stroke of the storage sleeve 9, wherein via the discharge openings 16, a compound of the Speicherervo lumen 8 with the low-pressure chamber 17 can be produced (see FIG. 5).
  • the then an adjusting pressure compensation causes a hydraulic limitation of the stroke of the storage cherhülse 9, so that a mechanical stops the storage sleeve 9 on the housing part 32 is prevented.
  • the reaching into the low pressure chamber 17 amount of hydraulic pressure fluid can be removed via a leakage line 14 and / or a return line 19, so that the pressure in the low-pressure chamber 17 does not rise above a predetermined limit.
  • FIGS. 6 and 7 for a fuel delivery device according to the invention
  • a pressure relief valve 13 is likewise dispensed with.
  • a discharge of the storage volume 8 via a discharge channel 15 is effected, which is formed in the hollow cylinder 4 and - depending on the position of the storage sleeve 9 with respect to the hollow cylinder 4 - the storage volume 8 with the Low pressure chamber 17 connects.
  • the operation is similar to that of the embodiment of FIGS. 4 and 5, so that reference is made to this.
  • FIG. 8 shows a further preferred embodiment of a piston pump 1 for a fuel delivery device according to the invention.
  • the discharge of the storage volume 8 is effected here via an annular gap 18 which, depending on the position of the storage sleeve 9, forms with respect to the hollow cylinder 4 between the storage sleeve 9 and the hollow cylinder 4.
  • the hollow cylinder 4 and the storage sleeve 9 depending Weil a cone 22, 25 on.
  • the cone 22 of the hollow cylinder 4 connects the offset 21 with the guide surface 23 and the cone 25 of the storage sleeve 9 ends at egg ner end face 26.
  • the annular gap 18 ensures a uniform outflow of the hydraulic pressure fluid from the storage volume 8 in the low-pressure chamber 17th
  • the embodiments without pressure relief valve 13 have in common that the return spring 10, the storage sleeve 9 resets until the connection of the Speicherervo lumen 8 with the low-pressure chamber 17 via the discharge openings 16, the discharge channel 15 or the annular gap 18 is closed again.
  • the design is designed so that the existing volume at this time is sufficient to cause the resetting ment of the pump piston 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe, umfassend eine Kolbenpumpe (1) zur Förderung des kryogenen Kraftstoffs auf Hochdruck, wobei die Kolbenpumpe (1) einen hin- und herbeweglichen Pumpenkolben (2) aufweist, der einenends einen Kompressionsraum (3) und andernends einen in einem Hohlzylinder (4) ausgebildeten Druckraum (5) begrenzt, der mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist. Erfindungsgemäß weist der Pumpenkolben (2) einen ringförmigen Absatz (6) zur Begrenzung eines im Hohlzylinder (4) ausgebildeten weiteren Druckraums (7) auf, der zur Rückstellung des Pumpenkolbens (2) ebenfalls mit dem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei der weitere Druckraum (7) mit einem Speichervolumen (8) gekoppelt ist, das durch eine Speicherhülse (9) begrenzt wird, die auf dem Hohlzylinder (4) hin- und herbeweglich angeordnet und mittels einer Rückstellfeder (10) vorgespannt ist.

Description

Beschreibung
Titel:
Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe
Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei dem kryogenen Kraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas G, Natural Gas“ = NG) handeln, das beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in flüssiger Form G.Liquefied Natural Gas“ = LNG) in einem speziell dafür ausgelegten Tank bevorratet wird.
Stand der Technik
Aus der EP 2 541 062 Al ist eine Kolbenpumpe für kryogene Kraftstoffe, insbesondere für Erdgas, mit einem hin- und herbeweglichen Pumpenkolben bekannt. Der Pumpen kolben begrenzt einen Pumpenarbeitsraum, der mit flüssigem Erdgas befüllbar ist, so dass im Pumpenarbeitsraum vorhandenes flüssiges Erdgas über eine Hubbewegung des Pumpenkolbens mit Hochdruck beaufschlagbar ist. Andernends begrenzt der Pumpenkolben einen Kopplerraum, der mit einem hydraulischen Druckmittel befüllbar ist, um den Pumpenkolben in einer Hubbewegung anzutreiben. Alternativ wird ein elektrischer, pneumatischer oder mechanischer Antrieb vorgeschlagen.
Die meisten Kolbenpumpen, und zwar unabhängig von der jeweiligen Antriebsart, wei sen eine Schraubendruckfeder zur Rückstellung des Pumpenkolbens auf. Die Schrau bendruckfeder ist in der Regel am Pumpenkolben abgestützt, so dass auf den Pum penkolben zusätzlich Torsions- und Querkräfte wirken. Insbesondere die Querkräfte führen zu einem erhöhten Verschleiß im Bereich der Führungen und/oder Dichtungen am Pumpenkolben, was sich wiederum negativ auf die Lebensdauer der Kolbenpumpe auswirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstofffördereinrichtung für kryoge ne Kraftstoffe mit einer Kolbenpumpe anzugeben, deren Lebensdauer gesteigert ist. Insbesondere soll der Verschleiß im Bereich von Führungen und/oder Dichtungen ei nes hin- und herbeweglichen Pumpenkolbens der Kolbenpumpe gemindert werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe umfasst eine Kolbenpumpe zur Förderung des kryogenen Kraftstoffs auf Hochdruck, wobei die Kol benpumpe einen hin- und herbeweglichen Pumpenkolben aufweist, der einenends ei nen Kompressionsraum und andernends einen in einem Hohlzylinder ausgebildeten Druckraum begrenzt, der mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist. Er findungsgemäß weist der Pumpenkolben einen ringförmigen Absatz zur Begrenzung eines im Hohlzylinder ausgebildeten weiteren Druckraums auf, der zur Rückstellung des Pumpenkolbens ebenfalls mit dem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist. Der weitere Druckraum ist dabei mit einem Speichervolumen gekoppelt, das durch ei ne Speicherhülse begrenzt wird, die auf dem Hohlzylinder hin- und herbeweglich an geordnet und mittels einer Rückstellfeder vorgespannt ist.
Der Pumpenkolben der Kolbenpumpe der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrich tung ist demnach hydraulisch antreibbar. Bei einer Beaufschlagung des ersten bzw. endseitig in Bezug auf den Pumpenkolben angeordneten Druckraums mit dem hydrau lischen Druckmittel bewegt sich der Pumpenkolben in Richtung des Kompressions raums, das heißt in Richtung einer oberen Endlage, in der das Volumen des Kompres sionsraums minimal ist. Der Pumpenkolben führt in diesem Fall einen Arbeitshub aus, bei dem im Kompressionsraum vorhandener Kraftstoff verdichtet wird. Die Rückstellung des Pumpenkolbens wird ebenfalls hydraulisch bewirkt, und zwar über den hydraulischen Druck im weiteren Druckraum. Mit zunehmendem Arbeitshub des Pumpenkolbens verringert sich das Volumen des weiteren Druckraums, wobei die Volumenverringerung des weiteren Druckraums durch eine Volumenvergrößerung des Speichervolumens kompensiert wird. Die das Speichervolumen begrenzende Spei cherhülse bewegt sich dabei in Richtung der Rückstellfeder, so dass diese gespannt wird. Entsprechend steigt die auf die Speicherhülse wirkende Vorspannkraft. Hat der Pumpenkolben seine obere Endlage erreicht, ist die Vorspannkraft maximal. Die Vor spannkraft führt schließlich zur Rückstellung der Speicherhülse, wobei der Druck im Speichervolumen und im weiteren Druckraum ansteigt und zur Rückstellung des Pum penkolbens führt.
Da die Bewegungen des Pumpenkolbens allein über die am Pumpenkolben anliegen den hydraulischen Druckverhältnisse gesteuert werden, wirken auf den Pumpenkolben keine Torsions- oder Querkräfte, welche die am Pumpenkolben ausgebildeten Führun gen und/oder Dichtungen belasten könnten. Das heißt, dass die Führungen und/oder Dichtungen einem geringeren Verschleiß ausgesetzt sind. Entsprechend werden auf diese Weise die Robustheit und die Lebensdauer der Kolbenpumpe bzw. der Kraft stofffördereinrichtung gesteigert.
Zwar weist auch die Kolbenpumpe der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung eine Rückstellfeder auf, diese ist jedoch nicht unmittelbar am Pumpenkolben, sondern an der außen auf dem Hohlzylinder angeordneten Speicherhülse abgestützt. Die Spei cherhülse und der Hohlzylinder nehmen somit die Torsions- und Querkräfte der Rück stellfeder auf. Der Pumpenkolben bleibt unbelastet.
Die Abstützung der Rückstellfeder an der Speicherhülse besitzt zudem den Vorteil, dass aufgrund des verfügbaren Durchmessers eine besonders große und damit kräfti ge Feder einsetzbar ist. Darüber hinaus kann die Rückstellfeder einfach integriert wer den.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Speichervolumen in Abhängigkeit von der Lage des Pumpenkolbens, vorzugsweise in einer oberen Endla ge des Pumpenkolbens, über einen im Hohlzylinder ausgebildeten Verbindungskanal mit dem ersten Druckraum hydraulisch verbindbar. Über die hydraulische Verbindung mit dem ersten Druckraum ist die Befüllung des Speichervolumens und damit des wei teren Druckraums mit dem hydraulischen Druckmittel sichergestellt. Das heißt, dass nur ein Anschluss für das hydraulische Druckmittel erforderlich ist.
Ist eine hydraulische Verbindung des Speichervolumens - und damit des weiteren Druckraums - mit dem ersten Druckraum hergestellt, wird ein Druckausgleich bewirkt, der zur Ausbildung eines den Arbeitshub des Pumpenkolbens begrenzenden hydrauli schen Anschlags führt. Der hydraulische Anschlag verhindert ein mechanisches An schlägen, so dass die Belastung des Pumpenkolbens weiter gesenkt wird. Das heißt, dass der Verschleiß am Pumpenkolben weiter verringert bzw. die Lebensdauer der Kolbenpumpe weiter gesteigert wird. Ferner wird durch den hydraulischen Anschlag die Geräuschentwicklung im Betrieb der Kolbenpumpe gesenkt.
Über den hydraulischen Anschlag ist zugleich die obere Endlage des Pumpenkolbens vorgegeben. Die Lage des Verbindungskanals in Bezug auf den Pumpenkolben ist da her derart zu wählen, dass der Pumpenkolben kurz vor Erreichen der oberen Endlage den Verbindungskanal freigibt. Der sich dann einstellende Druckausgleich führt zur Ausbildung des hydraulischen Anschlags, der den Arbeitshub des Pumpenkolbens be grenzt.
Im Verbindungskanal ist vorzugsweise ein Rückschlagventil angeordnet, das ein Rück strömen des hydraulischen Druckmittels aus dem Speichervolumen in den ersten Druckraum verhindert. Das heißt, dass der Verbindungskanal nur in einer Richtung und zwar vom ersten Druckraum in Richtung des Speichervolumens bzw. des weiteren Druckraums durchströmt werden kann. Dadurch ist sichergestellt, dass im Speichervo lumen und dem weiteren Druckraum der für die Rückstellung des Pumpenkolbens er forderliche hydraulische Druck aufgebaut werden kann.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Speichervolumen über ein Druckbegren zungsventil mit einer Leckageleitung verbindbar ist. Mit Hilfe des Druckbegrenzungs ventils kann ein maximaler hydraulischer Druck im Speichervolumen und im weiteren Druckraum eingestellt werden. Da vom maximalen Druck im Speichervolumen und im weiteren Druckraum die Ausbildung des hydraulischen Anschlags abhängt, kann hier über zugleich Einfluss auf die obere Endlage des Pumpenkolbens genommen werden.
Ein Druckbegrenzungsventil ist entbehrlich, wenn auf andere Art eine Entlastung des Speichervolumens bewirkt werden kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfüh rungsform ist daher das Speichervolumen in Abhängigkeit von der Lage der Speicher hülse über mindestens einen im Hohlzylinder ausgebildeten Entlastungkanal oder über mindestens eine in der Speicherhülse ausgebildete Entlastungsöffnung mit einem Nie derdruckraum verbindbar. Die Entlastungsöffnung in der Speicherhülse kann bei spielsweise als einfache Radialbohrung ausgeführt sein, so dass diese Ausführungs form besonders einfach umgesetzt werden kann. Bevorzugt weist die Speicherhülse mehrere Entlastungsöffnungen auf, die weiterhin bevorzugt in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
Während des Arbeitshubs des Pumpenkolbens ist vorzugsweise die mindestens eine in der Speicherhülse ausgebildete Entlastungsöffnung verschlossen. Erst bei einem vorgegebenen Hub der Speicherhülse gegenüber dem Hohlzylinder wird die Entlas tungsöffnung freigegeben, so dass hydraulisches Druckmittel aus dem Speichervolu men in den Niederdruckraum abfließen kann. Der sich dabei einstellende Druckaus gleich zwischen dem Speichervolumen und dem Niederdruckraum bewirkt eine hydrau lische Begrenzung des Hubs der Speicherhülse bevor diese einen mechanischen An schlag erreicht. Auf diese Weise kann der Verschleiß an der Speicherhülse gemindert werden. Zugleich können die Geräuschemissionen weiter verringert werden.
Sofern anstelle der mindestens einen Entlastungsöffnung in der Speicherhülse mindes tens ein Entlastungskanal im Hohlzylinder vorgesehen ist, ist die Funktionsweise im Wesentlichen die gleiche. Das heißt, dass der Entlastungskanal erst freigegeben wird, wenn die Speicherhülse eine vorgegebene Position erreicht hat.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Speichervo lumen in Abhängigkeit von der Lage der Speicherhülse über einen Ringspalt zwischen dem Hohlzylinder und der Speicherhülse mit einem Niederdruckraum verbindbar. Der Ringspalt schafft eine umlaufende Öffnung des Speichervolumens zum Niederdruck raum, so dass weder eine Entlastungsöffnung in der Speicherhülse, noch ein Entlas- tungskanal im Hohlzylinder erforderlich ist. Dies ermöglicht eine rotationssymmetrische Ausbildung zumindest der Speicherhülse, so dass deren Herstellung vereinfacht wird. Der umlaufende Ringspalt gewährleistet zudem ein gleichmäßiges und schnelles Ab fließen des hydraulischen Druckmittels aus dem Speichervolumen in den Niederdruck raum.
Vorteilhafterweise ist der Niederdruckraum über eine Rücklaufleitung und/oder über die Leckageleitung mit einen Tank für das hydraulische Druckmittel verbunden. Die dem Niederdruckraum zugeführte Menge des hydraulischen Druckmittels geht somit dem System nicht verloren. Bei dem hydraulischen Druckmittel kann es sich beispielsweise um ein Öl, insbesondere um ein Motoröl, handeln.
Zur Ausbildung des Speichervolumens weist vorzugsweise der Hohlzylinder eine ge stufte Außenkontur mit einem ringförmigen Absatz auf. Über die Breite des Absatzes kann die Abmessung des Speichervolumens in radialer Richtung vorgegeben werden. Die das Speichervolumen begrenzende Speicherhülse ist hierzu auf dem außenliegen den Durchmesser des Hohlzylinders angeordnet. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der ringförmige Absatz des Hohlzylinders über einen Konus in ei ne Führungsfläche für die Speicherhülse übergeht. Wird die Überdeckung der Spei cherhülse mit der Führungsfläche zum Öffnen des Speichervolumens über einen um laufenden Ringspalt kurzzeitig aufgegeben, erleichtert der Konus die Rückstellung der Speicherhülse bzw. das Wiedereintauchen des Hohlzylinders in die Speicherhülse.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Speicherhülse zur Begrenzung des Speichervolumens eine gestufte Innenkontur aufweist. Das heißt, dass auch die Speicherhülse bevorzugt einen ringförmigen Absatz ausbildet, der weiterhin bevorzugt dem ringförmigen Absatz des Hohlzylinders am Speichervolumen gegenüber liegt, wo bei der Abstand zwischen den beiden ringförmigen Absätze durch eine Hubbewegung der Speicherhülse gegenüber dem Hohlzylinder veränderbar ist. Aufgrund der gestuf ten Innenkontur weist die Speicherhülse zwei unterschiedliche Führungsdurchmesser auf. Im Bereich des größeren Führungsdurchmessers, über den das Speichervolumen in radialer Richtung begrenzt wird, geht vorzugsweise die Innenkontur der Speicherhül se endseitig über einen Konus in eine Stirnfläche über. Der Konus hat wiederum die Aufgabe, das Wiedereintauchen des Hohlzylinders in die Speicherhülse zu erleichtern. Das Speichervolumen wird demnach bevorzugt durch einen Ringraum gebildet, der konzentrisch in Bezug auf den Pumpenkolben bzw. den ersten Druckraum zwischen dem Hohlzylinder und der Speicherhülse angeordnet ist. Der mit dem Speichervolumen gekoppelte weitere Druckraum wird vorzugsweise ebenfalls durch einen Ringraum ge bildet, der zwischen dem Pumpenkolben und dem Hohlzylinder angeordnet ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe einer erfindungs gemäßen Kraftstofffördereinrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungs form,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 im Bereich des hydraulischen An triebs am Ende eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens,
Fig. 3 den Ausschnitt der Fig. 2 während eines Saughubs des Pumpenkolbens,
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe einer erfindungs gemäßen Kraftstofffördereinrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungs form, und zwar beschränkt auf den Bereich des hydraulischen Antriebs während eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens,
Fig. 5 den Ausschnitt der Fig. 4 am Ende eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens,
Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe einer erfindungs gemäßen Kraftstofffördereinrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungs form, und zwar beschränkt auf den Bereich des hydraulischen Antriebs während eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens
Fig. 7 den Ausschnitt der Fig. 6 am Ende des Arbeitshubs des Pumpenkolbens, und Fig. 8 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe einer erfindungs gemäßen Kraftstofffördereinrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungs form, und zwar beschränkt auf den Bereich des hydraulischen Antriebs am Ende eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung dient der Versorgung einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff, wobei es sich um einen kryogenen Kraftstoff, vorzugsweise um Erdgas, han delt. Die Kraftstofffördereinrichtung umfasst eine Kolbenpumpe 1 zur Förderung des Kraftstoffs auf Hochdruck.
Der Kraftstoff wird in flüssiger Form in einem Tank (nicht dargestellt) bevorratet. Über einen Zulauf 27 und ein Säugventil 30 gelangt der Kraftstoff in einen Kompressions raum 3 der Kolbenpumpe 1, der von einem hin- und herbeweglichen Pumpenkolben 2 begrenzt wird. Während eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens 2 wird der im Kom pressionsraum 3 vorhandene Kraftstoff verdichtet und über einen Ablauf 28 einem Puf ferspeicher (nicht dargestellt) zugeführt. Im Bereich des Ablaufs 28 ist ein Rückschlag ventil 29 angeordnet, um während eines erneuten Saughubs des Pumpenkolbens 2 ein Rückströmen des Kraftstoffs in den Kompressionsraum 3 zu verhindern. Ferner ist eine Rücklaufleitung 31 zum Abführen einer Leckagemenge des kryogenen Kraftstoffs vor gesehen, die über die Dichtungen des Pumpenkolbens 2 aus dem Kompressions raum 3 entweicht.
Der Pumpenkolben 2 der dargestellten Kolbenpumpe 1 weist an seinem dem Kom pressionsraum 3 abgewandten Ende einen Kolbenabschnitt mit einem vergrößerten Außendurchmesser auf, der in einem Hohlzylinder 4 aufgenommen ist. Innerhalb des Hohlzylinders 4 begrenzt der Pumpenkolben 2 zwei Druckräume 5, 7, die mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar sind. Bei Beaufschlagung des ersten Druck raums 5 mit dem hydraulischen Druckmittel führt der Pumpenkolben 2 einen Arbeits hub aus, da der erste Druckraum 5 endseitig in Bezug auf den Pumpenkolben 2 ange ordnet ist. Der zweite Druckraum 7 wird durch einen am Pumpenkolben 2 ausgebilde ten ringförmigen Absatz 6 begrenzt, der sich aufgrund des Durchmesserversprungs des Pumpenkolbens 2 ergibt. Das heißt, dass der zweite Druckraum 7 als Ringraum ausgebildet ist. Der zweite Druckraum 7 dient der Rückstellung des Pumpenkolbens 2, so dass dieser einen Saughub ausführt, während dessen der Kompressionsraum 3 er neut mit Kraftstoff befüllt wird.
Um die Rückstellung des Pumpenkolbens 2 zu bewirken, ist der zweite Druckraum 7 mit einem Speichervolumen 8 gekoppelt, das ebenfalls als Ringraum ausgebildet ist und durch den Hohlzylinder 4 und eine auf dem Hohlzylinder 4 hubbeweglich geführte Speicherhülse 9 begrenzt wird. Der Hohlzylinder 4 weist hierzu eine Außenkontur 20 mit einem ringförmigen Absatz 21 auf, der in eine Führungsfläche 23 für die Speicher hülse 9 übergeht. Die Speicherhülse 9 wiederum weist eine gestufte Innenkontur 24 zur Begrenzung des Speichervolumens 8 auf. Zudem wird die Speicherhülse in Rich tung des Absatzes 21 des Hohlzylinders 4 von der Federkraft einer Rückstellfeder 10 beaufschlagt. Steigt der Druck im Speichervolumen 8 an, bewegt sich die Speicherhül se 9 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 10, so dass sich das Speichervolu men 8 vergrößert. Dies ist der Fall, wenn der Pumpenkolben 2 einen Arbeitshub aus führt und sich dadurch das Volumen des mit dem Speichervolumen 8 gekoppelten zweiten Druckraums 7 verkleinert. Die Volumenverkleinerung des zweiten Druck raums 7 wird dann durch eine Volumenvergrößerung des Speichervolumens 8 kom pensiert. Zugleich wird die Rückstellfeder 10 weiter gespannt. Die Rückstellfeder 10 ist maximal gespannt, wenn die Speicherhülse 9 an einem Gehäuseteil 32 anschlägt, das gemeinsam mit dem Hohlzylinder 4 einen Niederdruckraum 17 begrenzt, in dem die Rückstellfeder 10 aufgenommen ist.
Hat der Pumpenkolben 2 seine obere Endlage erreicht (siehe Fig. 2), gibt er einen Verbindungskanal 11 frei, in dem ein Rückschlagventil 12 angeordnet ist, das einen Zustrom von hydraulischem Druckmitel in das Speichervolumen 8 und in den zweiten Druckraum 7 ermöglicht. Auf diese Weise wird ein Druckausgleich in den beiden Druckräumen 5, 7 erreicht, der zur Ausbildung eines hydraulischen Anschlags führt. Das heißt, dass der Arbeitshub des Pumpenkolbens 2 hydraulisch begrenzt wird, wodurch der Verschleiß am Pumpenkolben 2 reduziert wird.
Während das hydraulische Druckmitel aus dem ersten Druckraum 5 in das Speicher volumen 8 und den zweiten Druckraum 7 strömt, wird durch ein Druckbegrenzungsven- til 13 verhindert, dass der hydraulische Druck über einen vorgegebenen Grenzwert steigt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Federkraft der gespannten Rückstellfeder 10 ausreicht, den Saughub des Pumpenkolbens 2 einzuleiten. Dabei drückt die Rückstell feder 10 die Speicherhülse 9 in Richtung des Absatzes 21 des Hohlzylinders 4, so dass sich das Speichervolumen 8 verkleinert. Zugleich sinkt die Federkraft und damit der Druck im Druckraum 7, der jedoch noch ausreichend hoch ist, so dass der Pumpenkol ben 2 zurückgestellt wird. Währenddessen verhindert das im Verbindungskanal 11 an geordnete Rückschlagventil 12, dass hydraulisches Druckmittel in den ersten Druck raum 5 zurückströmt (siehe Fig. 3).
Bei der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsform einer Kolbenpumpe 1 für eine erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung wird auf ein Druckbegrenzungsven til 13 verzichtet. Eine Entlastung des Speichervolumens 8 wird hier über mehrere Ent lastungsöffnungen 16 erreicht, die als Radialbohrungen in der Speicherhülse 9 ausge bildet sind. Die Entlastungsöffnungen 16 werden über den Hub der Speicherhülse 9 gesteuert, wobei über die Entlastungsöffnungen 16 eine Verbindung des Speichervo lumens 8 mit dem Niederdruckraum 17 herstellbar ist (siehe Fig. 5). Der sich dann ein stellende Druckausgleich bewirkt eine hydraulische Begrenzung des Hubs der Spei cherhülse 9, so dass ein mechanisches Anschlägen der Speicherhülse 9 am Gehäuse teil 32 verhindert wird. Dadurch kann der Verschließ an der Speicherhülse 9 bzw. am Gehäuseteil 32 verringert werden. Die in den Niederdruckraum 17 gelangende Menge des hydraulischen Druckmittels kann über eine Leckageleitung 14 und/oder eine Rück laufleitung 19 abgeführt werden, so dass der Druck im Niederdruckraum 17 nicht über einen vorgegebenen Grenzwert ansteigt.
Bei der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Ausführungsform einer Kolbenpumpe 1 für eine erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung wird ebenfalls auf ein Druckbegren zungsventil 13 verzichtet. Im Unterschied zur Ausführungsform der Figuren 4 und 5 wird eine Entlastung des Speichervolumens 8 über einen Entlastungskanal 15 bewirkt, der im Hohlzylinder 4 ausgebildet ist und - in Abhängigkeit von der Lage der Speicher hülse 9 in Bezug auf den Hohlzylinder 4 - das Speichervolumen 8 mit dem Nieder druckraum 17 verbindet. Die Funktionsweise gleicht im Übrigen der der Ausführungs form der Figuren 4 und 5, so dass hierauf verwiesen wird. Der Fig. 8 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Kolbenpumpe 1 für eine erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung zu entnehmen. Die Entlastung des Spei chervolumens 8 wird hier über einen Ringspalt 18 bewirkt, der sich in Abhängigkeit von der Lage der Speicherhülse 9 in Bezug auf den Hohlzylinder 4 zwischen der Speicher- hülse 9 und dem Hohlzylinder 4 ausbildet. Die Speicherhülse 9 löst sich dabei über ih ren gesamten Umfang von der Führungsfläche 23 des Hohlzylinders 4. Um bei der Rückstellung der Speicherhülse 9 das Wiedereintauchen des Hohlzylinders 4 in die Speicherhülse 9 zu erleichtern, weisen der Hohlzylinder 4 und die Speicherhülse 9 je weils einen Konus 22, 25 auf. Der Konus 22 des Hohlzylinders 4 verbindet den Ab- satz 21 mit der Führungsfläche 23 und der Konus 25 der Speicherhülse 9 endet an ei ner Stirnfläche 26. Der Ringspalt 18 gewährleistet ein gleichmäßiges Abströmen des hydraulischen Druckmittels aus dem Speichervolumen 8 in den Niederdruckraum 17.
Die Ausführungsformen ohne Druckbegrenzungsventil 13 haben gemeinsam, dass die Rückstellfeder 10 die Speicherhülse 9 zurückstellt, bis die Verbindung des Speichervo lumens 8 mit dem Niederdruckraum 17 über die Entlastungsöffnungen 16, den Entlas tungskanal 15 oder den Ringspalt 18 wieder verschlossen ist. Die Konstruktion wird so ausgelegt, dass das zu diesem Zeitpunkt vorhandene Volumen ausreicht, die Rückstel lung des Pumpenkolbens 2 zu bewirken.
Bei den Ausführungsformen mit Druckbegrenzungsventil 13 wird - wenn die Speicher hülse 9 auf Block geht bzw. ihre obere Endlage erreicht hat - über den Verbindungska nal 11 nachströmendes hydraulisches Druckmittel über das Druckbegrenzungsventil 13 abgeführt. Auch hier wird die Konstruktion so ausgelegt, dass das zu diesem Zeitpunkt vorhandene Volumen ausreicht, die Rückstellung des Pumpenkolbens 2 zu bewirken.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe, umfassend eine Kolbenpum pe (1) zur Förderung des kryogenen Kraftstoffs auf Hochdruck, wobei die Kolbenpum pe (1) einen hin- und herbeweglichen Pumpenkolben (2) aufweist, der einenends einen Kompressionsraum (3) und andernends einen in einem Hohlzylinder (4) ausgebildeten Druckraum (5) begrenzt, der mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (2) einen ringförmigen Absatz (6) zur Begrenzung eines im Hohlzylinder (4) ausgebildeten weiteren Druckraums (7) auf weist, der zur Rückstellung des Pumpenkolbens (2) ebenfalls mit dem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei der weitere Druckraum (7) mit einem Speicher volumen (8) gekoppelt ist, das durch eine Speicherhülse (9) begrenzt wird, die auf dem Hohlzylinder (4) hin- und herbeweglich angeordnet und mittels einer Rückstellfe der (10) vorgespannt ist.
2. Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (8) in Abhängigkeit von der La ge des Pumpenkolbens (2), vorzugsweise in einer oberen Endlage des Pumpenkol bens (2), über einen im Hohlzylinder (4) ausgebildeten Verbindungskanal (11) mit dem ersten Druckraum (5) hydraulisch verbindbar ist.
3. Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungskanal (11) ein Rückschlagventil (12) angeordnet ist, das ein Rückströmen des hydraulischen Druckmittels aus dem Spei chervolumen (8) in den ersten Druckraum (5) verhindert.
4. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (8) über ein Druckbegren zungsventil (13) mit einer Leckageleitung (14) verbindbar ist.
5. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (8) in Abhängigkeit von der La ge der Speicherhülse (9) über mindestens einen im Hohlzylinder (4) ausgebildeten Ent lastungkanal (15) oder über mindestens eine in der Speicherhülse (9) ausgebildete Entlastungsöffnung (16) mit einem Niederdruckraum (17) verbindbar ist.
6. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (8) in Abhängigkeit von der La ge der Speicherhülse (9) über einen Ringspalt (18) zwischen dem Hohlzylinder (4) und der Speicherhülse (9) mit einem Niederdruckraum (17) verbindbar ist.
7. Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckraum (17) über eine Rücklauflei tung (19) und/oder über die Leckageleitung (14) mit einen Tank für das hydraulische Druckmittel verbunden ist, wobei vorzugsweise das hydraulische Druckmittel ein Öl, insbesondere ein Motoröl, ist.
8. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (4) zur Ausbildung des Speichervo lumens (8) eine gestufte Außenkontur (20) mit einem ringförmigen Absatz (21) auf weist, der vorzugsweise über einen Konus (22) in eine Führungsfläche (23) für die Speicherhülse (9) übergeht.
9. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherhülse (9) zur Begrenzung des Speicher volumens (8) eine gestufte Innenkontur (24) aufweist, die vorzugsweise endseitig über einen Konus (25) in eine Stirnfläche (26) übergeht.
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