CN111441888A - 用于低温燃料的燃料输送装置及其运行方法和控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行用于低温燃料的燃料输送装置的方法，其包括活塞泵(1)，所述活塞泵具有能够在两个终端位置之间往复运动的泵活塞(2)，所述泵活塞在一端限界压缩室(3)并且在另一端限界能够加载以液压介质的压力室(4)，其中，所述压力室(4)中的压力能够通过切换控制阀(5)来改变。根据本发明，在所述泵活塞(2)运动时感测和/或预测到达终端位置的时间点并且为了缩短所述泵活塞(2)在终端位置的停留时长，根据之前感测到和/或预测的时间点选择所述控制阀(5)的切换时间点。此外，本发明还涉及一种用于实施所述方法的控制器以及一种尤其适用于执行本发明的方法的、用于低温燃料的燃料输送装置。

Description

用于低温燃料的燃料输送装置及其运行方法和控制器
技术领域
本发明涉及一种用于运行用于低温燃料的燃料输送装置的方法。此外，本发明涉及一种控制器以及一种用于低温燃料的燃料输送装置。所述燃料输送装置尤其适用于执行根据本发明的方法。
背景技术
低温燃料尤其可以是天然气(“天然气”＝NG)，所述天然气在机动车上为了运行内燃机而以液体的形式(“液化天然气”＝LNG)储存在专门为此设计的箱中。
由EP 2 541 062 A1已知一种用于低温燃料、尤其用于天然气的活塞泵，该活塞泵具有能够往复运动的泵活塞。所述泵活塞限界能够以液化天然气充注的压缩室，使得在压缩室中存在的液化天然气能够通过泵活塞的行程运动被加载以高压。泵活塞在另一端限界能够加载以液压介质的压力室，以便驱动泵活塞。压力室中的压力能够通过切换控制阀来改变，所述控制阀布置在将压力室与液压泵连接的液压管路中。通过压力室中的可变化的压力可以使泵活塞往复运动。
此外，已知一种能够液压驱动的活塞泵，在所述活塞泵中例如借助弹簧机械地引起泵活塞的回位。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明所基于的任务是，提高用于低温燃料的燃料输送装置的被液压驱动的活塞泵的输送频率和从而输送量。
为了解决该任务，提出根据本发明的用于运行用于低温燃料的燃料输送装置的方法。由优选实施方式得到本发明的有利的扩展方案。此外，还提出根据本发明的控制器以及根据本发明的燃料输送装置。
所提出的方法用于运行用于低温燃料的燃料输送装置，所述燃料输送装置包括活塞泵，该活塞泵具有能够在两个终端位置之间往复运动的泵活塞，所述泵活塞在一端限界压缩室并且在另一端限界能够加载以液压介质的压力室，其中，压力室中的压力能够通过切换控制阀来改变。根据本发明，在泵活塞运动时感测和/或预测到达终端位置的时间点，并且为了缩短泵活塞在终端位置中的停留时长，根据之前感测到和/或预测的时间点选择控制阀的切换时间点。
因此，本发明的目标是缩短泵活塞在终端位置中的停留时长。如果泵活塞已到达终端位置，则应通过控制阀的快速切换将泵活塞的运动引入到相反方向中。以这种方式能够得到高输送频率和从而高输送量。
在活塞泵运行中，泵活塞的速度取决于可变化的不同因素或者说边界条件。这对泵活塞的运动时长产生影响，使得到达终端位置的时间点可能推迟。为了考虑这一点，通常保持一定的停留时长，使得保证泵活塞与相应速度无关地到达其终端位置。然而，保持一定的停留时长限制了最大输送频率并且从而在给定泵活塞的行程和直径的情况下限制了最大输送量。因为在根据本发明的方法中感测和/或预测到达终端位置的时间点，所以不必保持停留时长，这导致在不改变活塞泵的结构尺寸的情况下提高输送频率和输送量。
被感测到达的终端位置不但可以是上止点(OT)而且可以是下止点(UT)，其中，泵活塞在活塞泵的输送运行中优选从下止点运动到上止点。为了使输送频率或者输送量最大化，优选将泵活塞在至少一个终端位置中，优选在两个终端位置中减小到最小值。
如果泵活塞在上止点、即在对压缩室进行最大压力加载时的停留时长减小，则可以同时实现由原理决定地通过在泵活塞和泵壳体之间形成的动态密封部而从压缩室逸出的泄漏量的减小。相应地提高活塞泵的效率。同时可以减小到用于储存低温燃料的箱中的热输入，因为泄漏量通常被引回到箱中。同时通过减小热输入来抵抗箱中的不希望的压力升高。
根据本发明的方法的一个优选构型，借助至少一个位移传感器感测泵活塞到达终端位置的时间点。以这种方式能够直接感测到达终端位置的时间点。在此，位移传感器优选布置在活塞泵的低温区域外。
替代地或补充地提出，借助至少一个压力传感器感测泵活塞到达终端位置的时间点。借助所述至少一个压力传感器能够感测压力过冲和/或压力下冲(Drucküberschwingung und/oder Druckunterschwingung)，所述压力过冲和/或压力下冲随着到达终端位置由于泵活塞运动的突然终止而形成。因此，借助至少一个压力传感器能够间接感测泵活塞到达终端位置的时间点。
为了感测压力过冲和/或压力下冲，可以将至少一个压力传感器布置在压缩室和/或高压管路中，经由该高压管路将压缩室与高压存储器连接。压力传感器布置在高压管路中具有以下优点：该布置在低温区域外实现。
替代地或补充地，所述至少一个压力传感器可以布置在活塞泵的液压部分中，在液压部分中构造有能够加载以液压介质的压力室。例如，所述至少一个压力传感器可以布置在压力室和/或耦合器室中，所述耦合器室为了泵活塞的回位也能够加载以液压介质。
此外提出，替代地或补充地借助至少一个固体声传感器感测泵活塞到达终端位置的时间点。因为随着到达终端位置，类似于压力过冲或者压力下冲，产生能够借助固体声传感器感测的固体声。因此，通过固体声或者借助固体声传感器可以间接感测泵活塞到达终端位置的时间点。
在本发明的扩展方案中提出，借助至少一个传感器感测泵活塞的运动时长和/或速度。所述运动时长相当于泵活塞用于从一个终端位置运动到另一终端位置所需要的时间间隔。该时间间隔可以被测量或计算。该计算的前提是：确定的参数，例如泵活塞的位移和速度是已知的。因此，可以有利的是，替代地或补充地感测泵活塞的速度。通常已知相当于泵活塞行程的位移。
如果感测泵活塞的运动时长和/或速度，则优选连续地进行感测。通过连续的感测可以在影响泵活塞速度的、变化的边界条件情况下进行对控制阀的切换时间点的平滑适配。这些边界条件例如包括用于驱动活塞泵的液压介质的温度、在用于储存低温燃料的箱中的压力以及在与压缩室连接的高压存储器中的压力。如果这些参数之一改变，则这可能对泵活塞的速度具有影响，使得泵活塞变得更慢或更快。运动时长以及泵活塞到达终端位置的时间点相应地改变。
此外，连续感测到的数据还可以被用于预测泵活塞到达终端位置的时间点。因此，可以在到达终端位置之前已经限定控制阀的切换时间，这又能够在切换控制阀时考虑可能的时间延迟。因为通常与泵活塞的速度相关的边界条件，尤其液压介质的温度、箱压力和/或高压存储器中的压力通常不会突然变化，所以所述预测具有高可靠性。这尤其适用于仅对紧接着的周期进行预测。
有利地，借助控制器限定控制阀的切换时间点，借助所述控制器能够操控所述控制阀。然后，相应于之前限定的切换时间点来操控控制阀。
此外优选地，借助控制器来分析评估至少一个传感器、尤其是至少一个位移传感器、压力传感器和/或固体声传感器的测量数据。然后，相应于分析评估的结果来限定控制阀的切换时间点。为此，将由所述至少一个传感器感测到的测量数据传输或提供给控制器。
此外优选地，借助控制器来预测到达终端位置的时间点。优选基于借助至少一个传感器感测到的测量数据来进行预测。如果这些数据被提供给控制器，则可以首先借助控制器进行对测量数据的分析评估，接着进行预测。
借助根据本发明的方法，本身在输送量需求减小的情况下也可以缩短泵活塞在上止点中的停留时长，以便仅得到减少从压缩室的泄漏量。与此相对地，在输送量需求提高的情况下可以附加地缩短泵活塞在下止点中的停留时长，以便使频率和从而输送量最大化。
为了解决开头所述的任务而进一步提出的控制器的特点在于，所述控制器设置为用于实施根据本发明的方法。在所述控制器上尤其可以存储有具有程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在控制器上运行时，该计算机程序执行所述方法。
此外，提出一种用于低温燃料的燃料输送装置，所述燃料输送装置包括用于将低温燃料输送至高压的活塞泵，其中，所述活塞泵具有能够在两个终端位置之间往复运动的泵活塞，所述泵活塞在一端限界压缩室并且在另一端限界能够加载以液压介质的压力室。此外，燃料输送装置还包括控制阀，借助所述控制阀能够改变压力室中的压力。根据本发明，在泵活塞的区域中设置有至少一个传感器，尤其是位移传感器、压力传感器和/或固体声传感器，用于感测泵活塞到达终端位置的时间点。因此，所提出的燃料输送装置尤其适用于执行之前所说明的根据本发明的方法。因此也得到同样的优点，尤其可以使燃料输送装置的活塞泵的输送频率和输送量最大化。此外，可以减少待引回到用于储存低温燃料的箱中的泄漏量。
如果设置有至少一个压力传感器，则该压力传感器优选布置在压缩室、压力室和/或耦合器室中，所述耦合器室为了泵活塞的回位也能够加载以液压介质。替代地或补充地，所述至少一个压力传感器可以布置在液压管路中，所述液压管路将压缩室与燃料输送装置的高压存储器连接。
此外提出，燃料输送装置包括控制器，该控制器用于分析评估由至少一个传感器感测到的测量数据以及用于操控控制阀。
附图说明
下面根据附图详细地阐述本发明。附图示出了：
图1根据本发明的燃料输送装置的示意性纵截面，
图2控制阀的切换位态和泵活塞的运动之间的相关性的曲线图，和
图3压缩室中的压力走势、控制阀的阀活塞位置和泵活塞的位置之间的相关性的曲线图。
具体实施方式
在图1中示出的根据本发明的燃料输送装置用于向机动车的内燃机(未示出)供给低温燃料，其中，所述低温燃料尤其是天然气。燃料输送装置包括活塞泵1，借助该活塞泵将燃料输送至高压。活塞泵1具有多件式的壳体和以能够往复运动的方式被接收在所述壳体中的泵活塞2，所述泵活塞限界压缩室3，燃料在该压缩室中被压缩。为此，压缩室3能够经由流入部9充注以低温燃料。随后，被压缩的燃料经由高压排出口10被供应给高压存储器(未示出)。为了防止被压缩的燃料回流到压缩室3中，在高压排出口10中布置有止回阀11。
泵活塞2的背离压缩室3的端部限界第一压力室4，该第一压力室能够加载以液压介质，所述液压介质储存在箱12中并且能够借助泵13经由液压管路14供应给压力室4。对压力室4加载以液压介质引起液压压力，该液压压力使泵活塞2从下止点(UT，在图1中上方)朝上止点(OT，在图1中下方)的方向运动，使得在压缩室3中存在的燃料被压缩。
泵活塞2的限界压力室4的端部区段具有环形凸肩15，该环形凸肩限界耦合器室16，所述耦合器室也能够被加载以液压介质。对耦合器室16加载以液压介质用于将泵活塞2从上止点位置回位到下止点位置中。借助控制阀5控制压力室4和耦合器室16的交替的压力加载。在图2中示例性地示出控制阀5的切换位态和泵活塞2的运动之间的相关性。上方曲线示出控制阀5的阀活塞关于时间t的行程，其中，在当前情况下，所述行程为略大于2mm。操控周期持续约30ms。下方曲线示出泵活塞2在上止点OT和下止点UT之间的运动。泵活塞2的行程例如可以为14mm。
如从图2中可得到的那样，泵活塞2在终端位置的停留时长可以根据泵活塞2的速度变化。在输送运行中，在上止点(OT)中的停留时长例如在TOTmin至TOTmax之间变化。在抽吸行程中，在下止点(UT)中的停留时长在TUTmin至TUTmax之间变化。由于可变的速度，因此通常保持一定的停留时间，然而，所述停留时间限制了活塞泵1的最大输送频率和从而最大输送量。
为了消除该限制，在图1中所示的燃料输送装置的活塞泵1具有至少一个传感器，借助该传感器能够感测泵活塞2到达终端位置的时间点。在图1中总共示出四个这样的传感器，这些传感器优先用于阐明传感器的可能的位置。也可以仅使用一个传感器。
例如在压缩室3中设置有压力传感器7，借助该压力传感器能够感测随着泵活塞2到达终端位置而产生的压力过冲和/或压力下冲。因此也能够间接感测到达终端位置。压力传感器7或另一压力传感器7'或者压力传感器7”也可以设置在压力室4中或设置在耦合器室16中，因为当泵活塞2到达终端位置时，在这里也产生压力过冲和/或压力下冲。至少一个压力传感器7、7″、7″也可以被至少一个固体声传感器(未示出)代替。替代地或补充地，可以设置位移传感器6，该位移传感器直接感测泵活塞2到达终端位置。
所述至少一个传感器的数据被提供给控制器8，该控制器分析评估这些数据并且根据分析评估的结果来操控或者切换控制阀5。
在图3中示例性地得到根据压缩室3中的压力变化而对到达上止点和下止点的识别。在上方曲线图中示出压缩室3中的压力变化，其中，在当前情况下达到例如近似13barA的最大压力。在下方曲线图中示出泵活塞2的行程，具体而言借助实线示出。虚线示出控制阀5的阀活塞的行程。
借助感测到达上止点和/或下止点的时间点，可以将泵活塞在各终端位置中的停留时长减小到最小值。这又能够使活塞泵1的输送频率和从而输送量最大化。

Claims (13)

1.一种用于运行用于低温燃料的燃料输送装置的方法，所述燃料输送装置包括活塞泵(1)，所述活塞泵具有能够在两个终端位置之间往复运动的泵活塞(2)，所述泵活塞在一端限界压缩室(3)并且在另一端限界能够加载以液压介质的压力室(4)，其中，所述压力室(4)中的压力能够通过切换控制阀(5)来改变，
其特征在于，
在所述泵活塞(2)运动时感测和/或预测到达终端位置的时间点，并且为了缩短所述泵活塞(2)在所述终端位置中的停留时长，根据之前感测到和/或预测的时间点选择所述控制阀(5)的切换时间点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
借助至少一个位移传感器(6)感测所述泵活塞(2)到达终端位置的时间点。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
借助至少一个压力传感器(7)感测所述泵活塞(2)到达终端位置的时间点。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
借助至少一个固体声传感器感测所述泵活塞(2)到达终端位置的时间点。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
借助至少一个传感器感测所述泵活塞(2)的运动时长和/或速度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
借助控制器(8)限定所述控制阀(5)的切换时间点，借助所述控制器能够操控所述控制阀(5)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
借助所述控制器(8)分析评估所述至少一个传感器，尤其是至少一个位移传感器(6)、压力传感器(7)和/或固体声传感器，的测量数据。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，
借助所述控制器(8)预测到达终端位置的时间点。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
在输送量需求减小的情况下缩短所述泵活塞(2)在上止点(OT)中的停留时长，和/或，在输送量需求增大的情况下缩短所述泵活塞(2)在下止点(UT)中的停留时长。
10.一种控制器，所述控制器设置为用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
11.一种用于低温燃料的燃料输送装置，所述燃料输送装置包括用于将低温燃料输送至高压的活塞泵(1)，其中，所述活塞泵(1)具有能够在两个终端位置之间往复运动的泵活塞(2)，所述泵活塞在一端限界压缩室(3)并且在另一端限界能够加载以液压介质的压力室(4)，此外，所述燃料输送装置还包括控制阀(5)，借助所述控制阀能够改变所述压力室(4)中的压力，
其特征在于，
在所述泵活塞(2)的区域中设置有至少一个传感器，尤其是位移传感器(6)、压力传感器(7)和/或固体声传感器，用于感测所述泵活塞(2)到达终端位置的时间点。
12.根据权利要求11所述的燃料输送装置，其特征在于，
所述燃料输送装置包括控制器(8)，所述控制器用于分析评估由所述至少一个传感器感测到的测量数据并且用于操控所述控制阀(5)。
13.根据权利要求11或12所述的燃料输送装置，其特征在于，
所述燃料输送装置能按照根据权利要求1至10中任一项所述的方法来运行和/或适用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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