CN110392780A - 具有至少一个燃料箱的尤其用于机动车的燃料输送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少一个燃料箱(1)的尤其用于机动车的燃料输送装置，所述燃料箱被划分成至少一个包含液态燃料(2)的、用于储存所述燃料(2)的主箱区域(3)和与所述主箱区域分界的用于确保无中断的泵供应的预充注区域(5)，燃料输送泵(6)将用于内燃发动机(7)的燃料(2‘)从所述预充注区域抽吸出，其中，在所述燃料箱(1)中布置有用于经由移注通道(9)给所述预充注区域(5)充注来自所述主箱区域(3)的燃料(2)的泵送器件，其中，所述泵送器件包括被流动能量驱动的泵单元(10；10‘；10“；10“‘)，所述流动能量在燃料箱(1)中由于作用在所述燃料箱上的外部加速力而产生。

Description

具有至少一个燃料箱的尤其用于机动车的燃料输送装置
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个燃料箱的尤其用于机动车的燃料输送装置，所述燃料箱被划分为至少一个包含有液态燃料的、用于储存燃料的主箱区域和一个与所述主箱区域分界的、用于确保无中断的泵供应的预充注区域，燃料输送泵从所述预充注区域抽吸用于内燃发动机的燃料，其中，在燃料箱中布置有用于经由移注管路为预充注区域充注来自主箱区域的燃料的转移泵送器件(Umpumpmittel)。此外，本发明还涉及一种用于机动车内燃发动机的燃料供应系统，该燃料供应系统配备有这种燃料输送装置。
本发明的应用领域尤其延及机动车技术，具体地延及内燃发动机技术。内燃发动机通常用燃料来运行，该燃料储存在对应的燃料箱中。也可以考虑，结合不与车辆关联的内燃发动机来使用本发明的解决方案。此外，本发明的解决方案不仅适合于结合传统燃料、如汽油或柴油来使用，而且尤其也可以结合液化气、所谓的天然气(石油气)来使用，所述天然气储存在适合于此的、足够耐压且绝缘的燃料箱中。这种特殊燃料例如用于到内燃发动机的燃烧室中的直接吹入并且用于借助柴油燃料等点燃由此产生的燃气-空气混合物。尤其天然混合气被用作天然气。这种燃烧的优点在于CO2排放低以及燃料消耗低。
背景技术
天然气燃料，例如甲烷，以液态形式被储存在燃料箱中，其中，在液面上方存在气态的天然气。对于甲烷而言，箱内压力通常约为3至15bar。箱中的温度处于从零下162摄氏度至零下110摄氏度的范围内。由于这些原因，尤其用于作为燃料的液化天然气的燃料输送装置需要满足被本发明考虑的特殊要求。
DE 10 2011 011 167 Al公开了一种此类燃料输送装置，然而该燃料输送装置被设计用于传统燃料。该燃料输送装置包括燃料箱、布置在输送罐或防溅罐(Schwalltopf)中的燃料输送泵、用于将燃料输送到输送罐或防溅罐中的抽吸喷射泵以及用于对通过抽吸喷射泵的燃料输送进行控制的器件，以便一方面减小由于将燃料输送到输送罐或涡流罐中而造成的能量消耗，然而另一方面也确保在动态行驶状态中始终为内燃发动机供应燃料。为此，布置在输送罐或防溅罐中的控制阀设置为控制器件，使得根据输送罐或防溅罐中的燃料液面来控制燃料输送。
在这种技术解决方案中，输送罐或防溅罐构成燃料箱的与主箱区域分界的预充注区域，该预充注区域被抽吸喷射泵保持在高的液位，以便确保燃料输送泵无中断地以用于内燃发动机的燃料进行泵供应。否则，燃料箱中的低燃料液位会导致，尤其在车辆强烈倾斜时或在加速阶段中燃料液面不再位于燃料输送泵的抽吸接管上方的足够远处，使得低于通向燃料输送泵的必要输入高度。燃料箱的在此构造为输送罐或防溅罐的预充注区域避免了上述缺点。然而，抽吸喷射泵的用于产生抽吸喷射泵的输送流量的管件以及为了进行控制所需的阀技术需要非常高的构件费用。另一方面，不能在所有情况下都确保，本身非常稳健的抽吸喷射泵对于在用于天然气的燃料箱中的非常低的温度范围而言、尤其在沸腾的条件下也能可靠地工作。此外，抽吸喷射泵取决于原理地具有较差的效率。
此外，由一般已知的现有技术也得到以下技术解决方案，在该技术解决方案中，液态燃料从主箱区域到燃料箱的与该主箱区域分界的预充注区域中的转移泵送(umpumpen)借助电驱动的箱泵来执行。在此，箱泵的电驱动装置(大多数情况下是电动机)不但可以布置在燃料箱内而且可以布置在燃料箱外。对于前者，应将可靠的电连接引入到燃料箱中；对于后者，应将部件、例如马达和泵与穿过燃料箱壁的旋转贯穿引导部彼此连接。由此造成的所有结构要求相应地提高了技术费用。
此外，由一般已知的现有技术也得到用于对燃料箱的预充注区域进行充注的稳健的纯机械式解决方案，所述解决方案例如使用止回阀、优选是摆动活门，该摆动活门被置入到燃料箱的主箱区域与预充注区域之间的分离壁中并且仅朝着预充注区域的流动方向打开一个通口。然而，这种系统的效率非常低，尤其借此不能在预充注区域相对于燃料箱的主箱区域实现高的液位。
发明内容
因此，本发明的任务在于，如下进一步改进此类燃料输送装置，使得能够用低的技术费用对具有高液位的燃料箱的预输送区域进行可靠充注，其中，这种技术解决方案尤其适合于作为燃料箱的天然气箱。
该任务基于根据权利要求1前序部分的燃料输送装置结合权利要求1特征部分的特征来解决。在包括燃料输送装置的燃料供应系统方面参考权利要求14。在从属权利要求中说明本发明的有利扩展方案。
本发明包含以下技术教导：设置被流动能量驱动的泵单元作为用于对燃料箱的预充注区域进行充注的转移泵送器件，所述流动能量在燃料箱中由于在行驶运行中作用在该燃料箱上的外部加速力而产生。
泵单元在此理解为一种流体技术设备，该设备具有可由驱动装置改变的内部泵室，所述泵室按照泵送原理来运行。换言之，本发明提供以下技术教导：借助无源地(passiv)构型的流体泵对燃料箱的预充注区域进行充注，该流体泵仅通过利用以运动燃料为基础的流动和惯性力被驱动。
本发明的解决方案的优点尤其在于，这种解决方案在没有外部能量输送到燃料箱中的情况下也能实施。即使在结合高运行压力的非常低的运行温度情况下，纯机械结构也正常运转。此外，没有显著的损耗热量会使箱压力提高。由于应用泵送原理，可以通过相对于周围环境产生过压在燃料箱的预充注区域中产生高液位。通过在车辆运行期间利用上坡区段和下坡区段或者加速力始终被充注的预充注区域能够在更长的时间区间实现用于燃料输送泵的无中断泵供应的优化输入条件，该燃料输送泵可以附接在燃料箱的预充注区域上或者也可以布置在该预充注区域中。由于燃料箱中的燃料取决于惯性的向回晃动所造成的泵输送中断被有效地阻止。由此增大了可利用的箱容积并从而增大了可由机动车胜任的续航里程。
优选，泵单元具有作为入口阀的止回阀，来自主箱区域的燃料经由该入口阀到达泵单元中。止回阀例如可以构造为逆止阀、球阀、盘阀等。优选，止回阀仅受压力差控制地工作；该止回阀在没有集成的复位弹簧的情况下也能实施。
本发明的泵单元优选可以根据以下优选实施方式来实现：
根据第一优选实施方式，所述泵单元按照活塞-缸单元的方式来构造，该活塞-缸单元的活塞直接被燃料的流动能量加载。为此，燃料的流动能量作用到活塞外侧上并从而引起泵室的容积减小，由此出现过压，该过压确保燃料输送到预充注区域中。该实施方式的优点在于实现一种具有少量结构元件的特别简单的结构。
根据第二优选实施方式，所述泵单元虽然也按照活塞-缸单元的方式来构造，但是活塞与变换压力的前置活塞(Vorschaltkolben)连接，该前置活塞具有比缸内的起泵送作用的活塞大的活塞面积并且被燃料的流动能量加载。与第一优选实施方式相比，由此实现具有简单机械器件的泵单元的更高效率。在该第二实施例中，非常少量的流动能量足以驱动泵单元。借此，还可以增大可达到的输送高度。
按照对根据第一和第二实施方式的泵单元进行改进的措施提出，所述活塞被用于使该活塞逆着主作用面和流动能量复位的复位弹簧加载。由此，提高了泵单元的效率，因为活塞复位与逆着主作用面和泵单元存在的流动能量无关。
根据第三优选实施方式提出，泵单元具有可变容积的泵室，该泵室具有被弹性边缘区域包围的刚性边缘区域，在该刚性边缘区域上安置有伸进燃料箱中的摆质量。在泵单元的这个实施例中，可以完全省去相对彼此可运动的、彼此动态密封的构件。因此，这种实施方式的优点在于实现了一种特别稳健的结构。刚性壁区域可以构造为一种盖，所述盖被弹性体式的环形盘区域包围，该环形盘区域又在径向上在外部安置在泵壳体的刚性壳体壁上。这种结构单元例如可以通过注塑技术来制造。
根据第四优选实施方式提出，泵单元包括竖直布置在燃料箱中的缸，对应于上述缸的活塞按照浮式活塞的方式来构造，该浮式活塞通过燃料的由于车辆运动引起的竖直运动被加载。在此，浮式活塞由耐燃料的浮子材料制造或者可以实施为空心的金属体或塑料体。优选，从缸方面设置上终止位置界限部(Endlagenbegrenzung)，从而活塞保持沿着缸行程被引导。
根据对本发明进行改进的另一措施提出，附接到泵单元上的移注管路在主箱区域和燃料箱的预充注区域之间构造为在箱内部延伸地布置的管路或构造为在燃料箱上模制在箱内侧的通道。对于前者，移注管路可以构造为延伸穿过箱内室的塑料管道。对于后者，移注管路通过优选在制造燃料箱时产生的通道拉伸部来实现，该通道拉伸部有利地布置在箱底侧。
燃料箱的预充注区域与主箱区域的分界能够以简单的方式借助布置在它们之间的防溅壁来实现，该防溅壁也可以在制造燃料箱时通过原型技术来构造。防溅壁优选从燃料箱的底部出发并且附接到邻接的侧面上地向着箱内室的方向延伸并且其远端的壁边缘相对于燃料箱的盖保持一间距A。
为了克服壁高度而提出，移注管路构造为立管(Steigleitung)，以便将燃料从布置在燃料箱的主箱区域中的泵单元出发越过壁边缘输送到预充注区域中。此外，这种简单的立管以充分的方式防止燃料回流到泵室中。
附图说明
下面，与对本发明优选实施例的说明一起根据附图详细阐述改进本发明的进一步措施。
附图示出：
图1a本发明第一实施方式在初始状态中的示意性侧视图，
图1b本发明第一实施方式在最终状态中的示意性侧视图，
图2a本发明第二实施方式在初始状态中的示意性侧视图，
图2b本发明第二实施方式在最终状态中的示意性侧视图，
图3本发明第三实施方式的示意性侧视图，
图4本发明第四实施方式的示意性侧视图。
具体实施方式
根据图1a，用于液态燃料2、2‘的燃料箱1包括主箱区域3以及从该主箱区域被防溅壁4分隔开的预充注区域5。预充注区域5与主箱区域3相比具有较小的容积并且用于储存燃料2‘以确保无中断的泵供应。为此，燃料输送泵6在底侧附接在燃料箱1的预充注区域5上。燃料输送泵6将所抽吸的燃料2‘运送至连接在后面的内燃发动机7以驱动未进一步示出的机动车。
在该实施例中，燃料输送泵6被电动机8驱动，该电动机也如燃料输送泵6那样位于燃料箱1外。
移注管路9用于对燃料箱1的预充注区域5进行充注，所述移注管路在该实施例中构造为立管并且将燃料2从液压泵单元10越过防溅壁4的上壁边缘转移泵送到预充注区域5中。
在该实施例中，在燃料箱1的底侧布置在主箱区域3中的液压泵单元10按照活塞11-缸12单元的方式来构造。在此，泵单元10的活塞11直接被燃料2的流动能量加载，该流动能量由由此从外部作用的加速力造成，所述加速力由于车辆运动、例如加速/减速和上坡行驶/下坡行驶而产生。这引起燃料箱1中的燃料2、2‘来回晃动，由此获得用于活塞11的机械操纵能量。
泵单元10还配备有作为入口阀的止回阀13，燃料经由该止回阀从主箱区域3到达泵单元10的内室中。因为由于前述事件而从外部诱发关于图示而言向右(箭头)的加速度，所以包含在主箱区域3中的燃料2以及包含在预充注区域5中的燃料2‘在该图示中向左晃动并且从而抵着泵单元10的活塞11晃动。燃料2的在泵单元10内被止回阀13包围的体积通过作用到活塞11上的惯性力被置于压力下。在泵单元10的缸12中的压力足够高时，燃料2经由移注管路9被输送到燃料箱1的预充注区域5中。在此，泵单元10的活塞11相应地在图示中向左(箭头)运动。
在图1b中图解说明的、在图示中从外部向左作用的加速度(箭头)的情况下，燃料2和2‘由于惯性在图示中向右晃动。在流动力的中心并且由弱的复位弹簧14支持地使该活塞复位，该复位弹簧被安置到泵单元10的缸12中并且在内侧贴靠在活塞11上。因此，来自主箱区域3的燃料2又可以经由止回阀13流入到泵单元10中。通过建立这种泵送准备可以开始新的泵送循环。
未画出的其余构件相应于前面的图1a中的构件，这符合意义地也适用于下面的附图说明。
根据图2a的实施方式与前面详细说明的实施方式的区别如下：活塞-缸单元具有缸12并且包括起泵送作用的活塞11，该起泵送作用的活塞与进行变换压力的前置活塞15连接。前置活塞15与起泵送作用的活塞11相比具有较大的活塞面积。该活塞面积被燃料2的流动能量加载。
在所示的外部加速度向右的情况下，燃料2由于惯性在图像侧向左(箭头)抵着前置活塞15的外侧晃动。与该前置活塞轴向间隔开地连接的较小的起泵送作用的活塞11通过作用到前置活塞15上的惯性力被置于压力下。在压力足够高的情况下，燃料2经由移注管路9从主箱区域3被输送到预充注区域5中。在此，止回阀13是闭合的。
由图2b看出，由于向附图左侧(箭头)的外部加速度，在主箱区域3中或在预充注区域5中的燃料2和2‘向附图右侧晃动。在此，燃料2压抵前置活塞15的内侧并且使该前置活塞向附图右侧搭接(fügen)。附加地，复位弹簧14用于使活塞11以及与该活塞耦接的前置活塞15复位。
在泵单元10‘的缸12中，压力由于活塞11复位而下降。由此，止回阀13可以再次将燃料抽吸到缸12的内室中，这导致泵单元10‘的重新充注。
在图3中所示的第三实施例中，泵单元10“具有可变容积的泵室16，该泵室通过以下方式被产生：泵壳体18的盖状的刚性壁区域17被环形盘状的弹性壁区域19包围。在刚性壁区域17上正交地固定有摆杆20，该摆杆在其远端具有摆质量21。如果摆质量21由于作用到燃料箱1上的外部加速力而运动，那么刚性壁区域17的对应运动改变泵室16的容积，由此实现泵送作用。在容积相对增大的情况下，来自主箱区域3的燃料2经由入口侧的止回阀13‘到达泵室16中。在容积相对减小的情况下，在泵室16中形成过压，由此，位于该泵室中的燃料2经由出口侧的止回阀22并通过作为移注管路的通道9‘向着预充注区域5的方向(箭头)到达该预充注区域。
根据在图4所示的第四实施例，泵单元10“‘包括竖直地布置在燃料箱1的主箱区域3中的缸12‘。从燃料箱1的底部竖直地延伸到燃料箱1的内室中的罐状缸12‘与活塞11‘共同作用，该活塞按照浮式活塞的方式来构造并且就此而言在主箱区域3中悬浮在燃料2的表面上。通过燃料2的由于车辆运动所引起的竖直运动，泵单元10“‘产生泵送作用，使得燃料2经由入口侧的止回阀13“到达缸12‘的内部。当浮式活塞11‘向下运动时，在所抽吸的燃料2上施加有压力，使得该燃料离开出口侧的止回阀9“并且经由通道9‘到达预充注区域5中。
本发明不局限于前述四个示例性实施例。而是也可以考虑上述实施例的多种变型方案，这些变型方案一同包括在下面的权利要求的保护范围内。因此例如也可能的是，用作转移泵送器件的、为了驱动而作用有外部加速力的泵单元也由已知为替代方案的其他机械驱动器件来运行。

Claims (14)

1.一种具有至少一个燃料箱(1)的、尤其用于机动车的燃料输送装置，所述燃料箱被划分成至少一个包含液态燃料(2)的、用于储存所述燃料(2)的主箱区域(3)和与所述主箱区域分界的、用于确保无中断的泵供应的预充注区域(5)，燃料输送泵(6)将用于内燃发动机(7)的燃料(2‘)从所述预充注区域抽吸出，其中，在所述燃料箱(1)中布置有用于经由移注通道(9)为所述预充注区域(5)充注来自所述主箱区域(3)的燃料(2)的转移泵送器件，其特征在于，所述转移泵送器件包括被流动能量驱动的泵单元(10；10‘；10“；10‘“)，所述流动能量在所述燃料箱(1)中由于作用在所述燃料箱上的外部加速力而产生。
2.根据权利要求1所述的燃料输送装置，其特征在于，所述泵单元(10；10‘)包括作为入口阀的止回阀(13)，所述燃料(2)经由所述入口阀从所述主箱区域(3)到达所述泵单元(10；10‘)中。
3.根据权利要求1或2所述的燃料输送装置，其特征在于，所述泵单元(10)按照活塞(11)-缸(12)单元的方式来构造，所述活塞-缸单元的所述活塞(11)直接被所述燃料(2)的流动能量加载。
4.根据权利要求1或2所述的燃料输送装置，其特征在于，所述泵单元(10‘)按照活塞(11)-缸(12)单元的方式来构造，所述活塞-缸单元的活塞(11)与变换压力的前置活塞(15)连接，所述前置活塞具有比起泵送作用的活塞(11)大的活塞面积并且被所述燃料(2)的流动能量加载。
5.根据权利要求3或4所述的燃料输送装置，其特征在于，所述活塞(11)被用于使该活塞逆着流动能量的主作用方向复位的复位弹簧(14)加载。
6.根据权利要求1所述的燃料输送装置，其特征在于，所述泵单元(10“)具有可变容积的泵室(16)，所述泵室具有被弹性壁区域(19)包围的刚性壁区域(17)，在所述刚性壁区域上安置有延伸到所述燃料箱(1)中的摆质量(21)。
7.根据权利要求1所述的燃料输送装置，其特征在于，所述泵单元(10“‘)包括竖直地布置在所述燃料箱(1)中的缸(12‘)，所述缸的对应的活塞(11‘)按照浮式活塞的方式来构造，所述浮式活塞通过所述燃料(2)的竖直运动被加载。
8.根据权利要求1所述的燃料输送装置，其特征在于，附接到所述泵单元(10；10‘；10“；10“‘)上的移注管路(9；9‘)构造为在箱内部延伸地布置的移注管路(9)或者构造为在所述燃料箱(1)上模制在箱内侧的通道(9‘)。
9.根据权利要求1所述的燃料输送装置，其特征在于，所述燃料箱(1)的所述预充注区域(5)与所述主箱区域(3)的分限借助所置入的罐状容器或者借助布置在所述预充注区域与所述主箱区域之间的防溅壁(4)来实现。
10.根据权利要求9所述的燃料输送装置，其特征在于，所述防溅壁(4)从所述燃料箱(1)的底部出发并且附接到邻接的侧面上地向着箱内室的方向延伸并且其远端的上壁边缘相对于所述燃料箱(1)的盖保持一间距(A)。
11.根据权利要求10所述的燃料输送装置，其特征在于，所述移注管路(9)构造为立管，以便从所述泵单元(10)出发将所述燃料(2)越过所述防溅壁(4)的所述上壁边缘转移到所述预充注区域(5)中。
12.根据权利要求1所述的燃料输送装置，其特征在于，所述预充注区域(5)包括比所述主箱区域(3)小的燃料(2‘)接收容积。
13.根据上述权利要求中至少一项所述的燃料输送装置，其特征在于，所述燃料箱(1)以及至少对应于所述燃料箱的燃料输送泵(6)构造为用于对呈液化气、尤其天然气形式的燃料(2，2‘)进行燃料存储或输送。
14.一种用于机动车的内燃发动机(7)的燃料供应系统，所述燃料供应系统包括根据前述权利要求中任一项所述的燃料输送装置。
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