CN110805507B - 用于低温燃料的燃料输送装置的阀装置和燃料输送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷启动用于低温燃料的高压输送泵的阀装置，阀装置具有纵轴线和阀体，在阀体中至少部分地接收有能纵向运动的衔铁元件和能纵向运动的阀元件。此外，衔铁元件具有成型部并且阀元件具有成型部，衔铁元件的成型部与第一密封座共同作用，用于打开和关闭低温燃料的通流横截面，并且阀元件的成型部与第二密封座共同作用，用于打开和关闭低温燃料的通流横截面。衔铁元件和阀元件与纵轴线同轴地布置，并且第一密封座构造在阀元件上。此外，衔铁元件能够借助电磁铁纵向运动，并且阀元件能够借助衔铁元件和阀元件的作用连接性在阀装置中纵向运动，并且在第二密封座处的通流横截面大于在第一密封座处的通流横截面。

Description

用于低温燃料的燃料输送装置的阀装置和燃料输送装置
技术领域
本发明涉及一种用于低温燃料的燃料输送装置的阀装置和燃料输送装置本身。该燃料输送装置例如应用于机动车的以低温燃料，尤其天然气驱动的内燃机中。
背景技术
在未预公开的文献DE 10 2017 219 784 A1中说明一种用于低温燃料的燃料输送装置。该燃料输送装置包括预输送泵和高压泵。此外，高压泵具有泵头，在该泵头中构造有压缩室，该压缩室被可往复运动的活塞限界。此外，在高压泵中集成有冷启动阀，通过该冷启动阀，高压泵的压缩室和/或低压室能够与箱连接。
如果高压泵在运行停顿之后重新投入运行，则该高压泵通常具有周围环境温度。然而，来自箱的低温燃料具有例如-160℃的存储温度，使得该低温燃料在输送到高压泵的泵头中时立即蒸发。因此，在DE 10 2017 219 784的高压泵中集成有冷启动阀，由此，压缩室和/或低压室能够与箱连接，使得在投入运行之前能够以低温燃料冲洗高压泵的泵头，以便预冷却该泵头用于运行。
发明内容
由此出发，本发明所基于的任务是，给出一种替代的冷却方法。
根据本发明的用于燃料输送装置中的高压泵的阀装置具有以下优点：以简单和成本低的方式预冷却高压泵的泵头，并且因此实现整个燃料输送装置的有效的工作方式。
为此，用于冷启动用于低温燃料的高压输送泵的阀装置具有纵轴线和阀体，在所述阀体中至少部分地接收有可纵向运动的衔铁元件和可纵向运动的阀元件。衔铁元件具有成型部并且阀元件具有成型部，其中，衔铁元件的成型部与第一密封座共同作用，用于打开和关闭低温燃料的通流横截面。阀元件的成型部与第二密封座共同作用，用于打开和关闭低温燃料的通流横截面。此外，衔铁元件和阀元件与纵轴线同轴地布置，并且第一密封座构造在阀元件上。此外，衔铁元件能够借助电磁铁纵向运动，其中，阀元件能够借助衔铁元件和阀元件的作用连接性而在阀装置中纵向运动。在此，在第二密封座处的通流横截面大于在第一密封座处的通流横截面。
所说明的阀装置优选适用在用于低温燃料的燃料输送装置中，该燃料输送装置包括箱、高压输送泵和输送泵，其中，高压输送泵包括根据本发明的阀装置。
因此，可以提供一种用于冷启动高压泵的泵头的阀装置，在该阀装置中，既不使用大的促动器力又不需要促动器的持续通电。由此可以以简单的方式实现成本节约并且提高整个燃料输送装置的效率。
在第一个有利的扩展方案中设置，高压泵能够借助回流管路与箱连接并且阀装置布置在高压输送泵的回流管路和高压管路之间，其中，高压管路能够与高压储存器连接。有利地，在高压管路中布置有第一高压出口阀和第二高压出口阀，其中，阀装置在高压管路的分支管路中布置在第一高压出口阀和第二高压出口阀之间。
通过两个高压出口阀的串联，阀装置和从而回流管路可以与高压管路直接连接。因此，可以保证在内燃机运行期间没有低温燃料从高压储存器的高压管路中通过阀装置流到箱中。此外，以这种方式仅存在从压缩室引导出的管路。
在本发明的另一构型中有利地设置，第一密封座构造为锥形的，并且阀元件具有槽口，第一密封座过渡到所述槽口中。有利地，阀元件的槽口构造为贯穿通道，通过该贯穿通道，阀室能够借助打开和关闭在第一密封座处的通流横截面与控制室连接。
因此，可以通过阀元件打开和关闭阀装置中的通流横截面。
在一个有利的扩展方案中设置，衔铁元件的成型部和/或阀元件的成型部构造为多件式的。有利地，衔铁元件的成型部包括球阀元件和保持元件。
因此，以结构简单的方式在第一密封座上和在第二密封座上实现优化的密封。
在一个有利的扩展方案中设置，第二密封座构造在阀体上。有利地，第二密封座构造在阀体的锥形地扩宽的区域上，并且有利地，阀元件的成型部将控制室划分为第一子控制室和第二子控制室，其中，第一子控制室和第二子控制室能够借助打开和关闭在第二密封座处的通流横截面连接。
在本发明的另一构型中有利地设置，第一子控制室借助连接通道与回流管路连接。
在一个有利的扩展方案中，阀室借助连接通道与回流管路连接。
因此，低温燃料可以以简单的方式从阀装置中被导回到箱中。
在一个有利的扩展方案中设置，衔铁元件具有凹槽，在该凹槽中至少部分地接收有衔铁弹簧，通过该衔铁弹簧朝第一密封座的方向对衔铁元件加载力。
在本发明的另一构型中有利地设置，在阀元件上布置有支撑元件，在该支撑元件上支撑有阀弹簧，并且阀弹簧朝第二密封座的方向对阀元件加载力。因此，阀元件在第二密封座处的关闭过程被加速，由此实现阀装置的稳健性提高。
附图说明
在附图中示出根据本发明的燃料输送装置的实施例。在附图中：
图1以纵截面示出具有根据本发明的阀装置的燃料输送装置，
图2以纵截面示出根据本发明的阀装置的第一实施例，
图3以纵截面示出根据本发明的阀装置的第二实施例，
图4以纵截面示出根据本发明的阀装置的第三实施例。
具体实施方式
在图1中以纵截面示出根据本发明的用于低温燃料、例如天然气的燃料输送装置100的第一实施例。燃料输送装置100具有箱30、高压输送泵1和流入管路18，该流入管路将箱30与高压输送泵1连接。
箱30用于储存冷却至例如-110℃或更低温度的燃料。为此，箱30具有内箱301和外箱302，所述内箱和外箱被中间空间303分隔开。中间空间303通常被抽真空，使得几乎不发生从周围环境到箱30中的热输入。内箱301以燃料的液态部分32被充注至充注液位51。在充注液位51上方，燃料以其气相31存在。
箱30尤其在燃料的液态部分中被输送泵34贯穿，该输送泵将燃料从箱30经由流入管路18朝高压输送泵1的方向输送。在此，在流入管路18中布置有截止阀44，该截止阀在燃料输送装置100不运行时关闭。此外，箱30还包括压力限制阀45，使得在超过箱30中的最大极限压力时，气体可以被排放到周围环境中。
高压输送泵1具有泵壳体2，在该泵壳体中构造有阶梯状的纵向孔17。在纵向孔17中布置有可纵向运动的泵活塞4，该泵活塞在纵向孔17中具有导向区段19，在该导向区段和纵向孔17之间形成泄漏间隙190。泵活塞4以一端部46限界高压室12，该高压室能够借助布置在高压管路16中的第一高压出口阀39和布置在高压管路16中的第二高压出口阀40与高压储存器连接。
此外，在纵向孔17中在高压泵1的泵头3的区域中构造有抽吸室48，该抽吸室与流入管路18连接，并且两个通道53从所述抽吸室通到高压室12中。在抽吸室48中布置有可纵向运动的抽吸阀元件140，该抽吸阀元件在纵向孔17中具有导向区段55并且以盘形端部54伸入到高压室12中。在抽吸室48中，抽吸阀元件140被套筒元件36包围并且与该套筒元件固定地连接，其中，弹簧38支撑在套筒元件36上。此外，弹簧38支撑在泵壳体2上并且将抽吸阀元件140压到构造在泵壳体2中的阀座56上，使得抽吸阀元件140以其盘形端部54封闭通道53。因此，抽吸阀元件140与阀座56一起构成抽吸阀14。
在纵向孔17和泵活塞4之间形成低压区域26。此外，泵活塞4被在这里构造为活塞环的第一密封件10包围，通过该第一密封件将高压室12与低压区域26密封，使得燃料仅能够通过泄漏间隙190从高压室12进入到低压区域26中。在背离高压室12的一侧上，低压区域26邻接到例如具有1bar压力的周围环境压力区域25上，其中，低压区域26借助在这里构造为活塞环的第二密封件8与周围环境压力区域25密封。周围环境压力区域25能够经由通道6与周围环境连接。
泵活塞4以其背离抽吸室48的端部布置在控制室47中，其中，控制室47中的压力能够通过通道5下降。控制室47通过密封件57与周围环境压力区域25密封。此外，在控制室47中布置有弹簧24，该弹簧朝开口58的方向对泵活塞4加载力。在此，开口58与未示出的用于驱动高压输送泵1的液压系统连接。
此外，高压管路16在第一高压出口阀39和第二高压出口阀40之间具有分支管路27。在分支管路27和将燃料从高压泵1中又引导回到箱30中的回流管路22之间布置有构造为冷启动阀的阀装置9。
低压区域26例如可以附加地与控制室47或回流管路22连接，用于泄载。
燃料输送装置100的工作方式如下：在燃料输送装置100运行时，预输送泵34将燃料从箱30经由流入管路18朝高压输送泵1的抽吸室48的方向输送。被输送的液态燃料的压力例如位于不高于25至30bar之间。通过抽吸阀14和泵活塞4的纵向运动，燃料被高压输送泵1输送。这如下发生：如果泵活塞4位于开口58处并且高压室12中的压力下降，则抽吸阀元件140由于高压室12和抽吸室48中的压差而释放通道53。低温燃料现在从抽吸室48流到高压室12中。在压力平衡之后，抽吸阀元件140再次封闭通道53。泵活塞4朝高压室12的方向运动，由此，低温燃料被压缩至所要求的例如600bar的系统压力。然后，被压缩的燃料例如可以被供应给内燃机的喷射阀。
图2以放大视图和纵截面示出图1的根据本发明的阀装置9的第一实施例。具有相同功能的构件用与在图1中相同的附图标记标明。
阀装置9在分支管路27和回流管路22之间布置在泵壳体2内的凹部28中。
阀装置9具有阀体64和电磁铁600，所述阀体具有纵轴线400。阀体和电磁铁被嵌入到泵壳体2的凹部28中。阀体64借助密封元件69、70相对于泵壳体2密封。此外，阀体64具有阶梯状的纵向孔29，在该纵向孔中，衔铁元件60在第一导向区段33中被部分地接收和导向，并且阀元件63在第二导向区段35中被部分地接收和导向。
阀元件63构造为柱形的并且具有槽口630，该槽口构造为柱形的贯穿通道631。阀元件63的面向衔铁元件60的端部形成锥形的第一密封座632。在第一密封座632的区域中，贯穿通道631具有比在贯穿通道631的其余区域中更小的直径。阀元件63的与衔铁元件60对置的端部具有成型部633，该成型部与第二密封座642共同作用，用于打开和关闭低温燃料的通流横截面。第二密封座642构造在阀体64的锥形地扩宽的区域37上。
第一密封座632与衔铁元件60的成型部68共同作用，用于打开和关闭低温燃料的通流横截面。
衔铁元件60、阀体64和阀元件63限界阀室42，该阀室能够借助第一密封座632与贯穿通道631连接。阀室42经由构造在阀体64中的连接通道641与回流管路22连接。
此外，阀体64和阀元件63在阀元件63的背离第一密封座632的端部上限界控制室41，该控制室被阀元件63的成型部633划分为第一子控制室410和第二子控制室411。在此，第二子控制室411与分支管路27连接。第一子控制室410借助构造在阀体64中的连接通道640与回流管路22连接。因为在第二子控制室411中由于与高压管路16的连接而作用有高压，所以阀元件63压抵着第二密封座642。
背离衔铁元件60的成型部68的端部具有凹槽67，在该凹槽中布置有衔铁弹簧61。除支撑在衔铁元件60上外，衔铁弹簧67也支撑在磁极芯62上，该磁极芯构造为用于衔铁元件60的止挡。由此，对衔铁元件60朝第一密封座632的方向加载衔铁弹簧61的力，使得衔铁元件60置于第一密封座632上。
磁极芯62布置在电磁铁600上。在此，电磁铁600具有电磁线圈602和磁性套筒601，其中，磁极芯62部分地布置在磁性套筒601中，并且磁性套筒601包围电磁线圈602。此外，磁极芯62借助连接元件65与阀体64固定地连接。
衔铁元件60和阀元件63与纵轴线400同轴地布置。在此，第二密封座642的通流横截面大于第一密封座632的通流横截面。
阀装置的工作方式如下：
在燃料输送装置100首次运行或重新开始运行时，以低温燃料冲洗高压输送泵1，以便冷却该高压输送泵并且防止低温燃料在进入到高压输送泵1中之后立即蒸发和预防可能的损失。
如果第一密封座632和第二密封座642闭合并且电磁线圈602被通电，则在衔铁元件60上产生大于衔铁弹簧61的力的磁力。这导致被磁性套筒601包围的衔铁元件60被吸引到磁性套筒601中并且从第一密封座632上抬起并且释放该第一密封座。通过将低温燃料导出到低压中，分支管路27和第二控制室411中的高压经由被释放的贯穿通道631被导出到阀室42中，然后经由连接通道641被导出到回流管路22中。
电磁线圈602的通电结束，使得衔铁元件60由于衔铁弹簧61的力又朝阀元件63的方向运动并且闭合第一密封座632。第二子控制室411和分支管路27与回流管路22之间的连接被中断。
衔铁弹簧61的作用到衔铁元件60上的关闭力在衔铁元件60置于第一密封座632上时被传递到阀元件63上，使得该阀元件朝第二子控制室411的方向运动并且释放第二密封座642，因为现在在第二子控制室411中存在低压并且不再存在对关闭弹簧力的气动和液压的反作用力。第一子控制室410现在与第二子控制室411连接，并且因此也与连接通道640和回流管路22连接。
燃料现在从箱30经由流入管路18被输送到泵头3中用于冷却，其中，燃料经由高压管路16和打开的第一高压出口阀39、控制室41和连接通道640被输送到回流管路22中而回到箱30中。因此形成穿过高压泵1的泵头3的燃料循环用于冷却。
如果应终止泵头3的冷却，则电磁线圈602再次被通电。通过产生的磁力，第一密封座632被衔铁元件60释放。现在，从高压管路16流出的燃料也可以经由贯穿通道631和阀室42被引导到回流管路22中。这引起控制室41中的通流力分布改变，使得阀元件63朝第二密封座642的方向运动并且再次闭合该第二密封座。由于第一密封座632的较小的开口横截面，泵头3中的压力、尤其高压室12中的压力略微升高。
如果开始运行高压泵1，输送行程的一部分经由第一密封座632泄漏，第二控制室411中的压力上升直至到达高压。电磁线圈602现在不再被继续通电，并且第一密封座632再次被衔铁元件60闭合。通过在第二控制室411中产生的高压，第二密封座642也保持闭合。高压泵1的运行可以无问题地继续进行，而阀装置9保持关闭。
图3以放大视图和纵截面示出图1的根据本发明的阀装置9的第二实施例。具有相同功能的构件用与在图1和图2中相同的附图标记标明。
第二实施例在很大程度上相应于第一实施例的结构和功能。在这里，附加的阀弹簧635布置在阀室42中，以便尤其加速第二密封座642的闭合过程并且确保密封性。
在此，阀弹簧635在一侧支撑在阀体64上，而在另一侧支撑在包围阀元件63的支撑元件634上并且将阀元件63压向第二密封座642。因此，所述闭合过程不再仅取决于控制室41中的通流条件，这提高了阀装置9的稳健性。
图4以放大视图和纵截面示出图1的根据本发明的阀装置9的第三实施例。具有相同功能的构件用与在图1、图2和图3中相同的附图标记标明。
第三实施例在很大程度上相应于第二实施例的结构和功能。在这里，衔铁元件60的成型部68构造为多件式的并且包括保持元件73和球阀元件72。球阀元件72部分地被接收在保持元件73中并且与该保持元件作用连接。此外，球阀元件72与在阀元件63上的第一密封座632共同作用，并且因此密封贯穿通道631。在电磁线圈602通电时，球阀元件72借助经由贯穿通道631的液压力和通过衔铁元件60的纵向运动从第一密封座632抬起并且释放该第一密封座。
因此，通过衔铁元件60的成型部68的多件式构型可以实现在第一密封座632处的优化密封。阀元件63的成型部633的多件式构型对于优化密封也是可行的。

Claims (13)

1.一种用于冷启动用于低温燃料的高压输送泵(1)的阀装置(9)，所述阀装置具有纵轴线(400)和阀体(64)，在所述阀体(64)中至少部分地接收有能纵向运动的衔铁元件(60)和能纵向运动的阀元件(63)，其中，所述衔铁元件(60)具有成型部(68)并且所述阀元件(63)具有成型部(633)，所述衔铁元件(60)的成型部(68)与第一密封座(632)共同作用，用于打开和关闭低温燃料的通流横截面，其中，所述阀元件(63)具有槽口(630)，所述第一密封座(632)过渡到所述槽口(630)中，并且其中，所述阀元件(63)的槽口(630)构造为贯穿通道(631)，通过所述贯穿通道(631)，阀室(42)能够借助打开和关闭在所述第一密封座(632)处的通流横截面而与控制室(41)连接，并且所述阀元件(63)的成型部(633)与第二密封座(642)共同作用，用于打开和关闭低温燃料的通流横截面，其中，所述阀元件(63)的成型部(633)将所述控制室(41)划分为第一子控制室(410)和第二子控制室(411)，并且所述第一子控制室(410)和所述第二子控制室(411)能够借助打开和关闭在所述第二密封座(642)处的通流横截面而连接，并且其中，所述衔铁元件(60)和所述阀元件(63)与所述纵轴线(400)同轴地布置，并且所述第一密封座(632)构造在所述阀元件(63)上，并且所述衔铁元件(60)能够借助电磁铁(600)纵向运动，并且所述阀元件(63)能够借助所述衔铁元件(60)和所述阀元件(63)的作用连接而在所述阀装置(9)中纵向运动，其中，在所述第二密封座(642)处的通流横截面大于在所述第一密封座(632)处的通流横截面。
2.根据权利要求1所述的阀装置(9)，其特征在于，所述第一密封座(632)构造为锥形的。
3.根据权利要求1或2所述的阀装置(9)，其特征在于，所述衔铁元件(60)的成型部(68)和/或所述阀元件(63)的成型部(633)构造为多件式的。
4.根据权利要求3所述的阀装置(9)，其特征在于，所述衔铁元件(60)的成型部(68)包括球阀元件(72)和保持元件(73)。
5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的阀装置(9)，其特征在于，所述第二密封座(642)构造在所述阀体(64)上。
6.根据权利要求1、2和4中任一项所述的阀装置(9)，其特征在于，所述第二密封座(642)构造在所述阀体(64)的锥形地扩宽的区域(37)上。
7.根据权利要求1、2和4中任一项所述的阀装置(9)，其特征在于，所述第一子控制室(410)借助连接通道(640)与回流管路(22)连接。
8.根据权利要求1、2和4中任一项所述的阀装置(9)，其特征在于，所述阀室(42)借助连接通道(641)与回流管路(22)连接。
9.根据权利要求1、2和4中任一项所述的阀装置(9)，其特征在于，所述衔铁元件(60)具有凹槽(67)，在所述凹槽(67)中至少部分地接收有衔铁弹簧(61)，通过所述衔铁弹簧(61)朝所述第一密封座(632)的方向对所述衔铁元件(60)加载力。
10.根据权利要求1、2和4中任一项所述的阀装置(9)，其特征在于，在所述阀元件(63)上布置有支撑元件(634)，在所述支撑元件(634)上支撑有阀弹簧(635)并且所述阀弹簧(635)朝所述第二密封座(642)的方向对所述阀元件(63)加载力。
11.一种用于低温燃料的燃料输送装置(100)，所述燃料输送装置具有箱(30)、高压输送泵(1)和输送泵(34)，其中，所述高压输送泵(1)包括根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(9)。
12.根据权利要求11所述的燃料输送装置(100)，其特征在于，所述高压输送泵(1)能够借助回流管路(22)与所述箱(30)连接，并且所述阀装置(9)布置在所述回流管路(22)和所述高压输送泵(1)的高压管路(16)之间，其中，所述高压管路(16)能够与高压储存器连接。
13.根据权利要求12所述的燃料输送装置(100)，其特征在于，在所述高压管路(16)中布置有第一高压出口阀(39)和第二高压出口阀(40)，并且所述阀装置(9)在所述高压管路(16)的分支管路(27)中布置在所述第一高压出口阀(39)和所述第二高压出口阀(40)之间。
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