CN111527308A - 用于低温燃料的燃料输送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及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)具有可往复运动的泵活塞(2)，所述泵活塞在一端限界压缩室(3)并且在另一端限界构造在空心缸(4)中的压力室(5)，所述压力室能够被加载以液压压力介质。根据本发明，所述泵活塞(2)具有环形凸肩(6)，用于限界构造在所述空心缸(4)中的另一压力室(7)，所述另一压力室为了使所述泵活塞(2)复位也能够被加载以液压压力介质，其中，所述另一压力室(7)与压缩体积(8)耦合，所述压缩体积被存储套筒(9)限界，所述存储套筒可往复运动地布置在所述空心缸(4)上并且借助复位弹簧(10)预紧。

Description

用于低温燃料的燃料输送装置
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分特征所述的用于低温燃料的燃料输送装置。
背景技术
低温燃料尤其可以是天然气(“Natural Gas”＝NG)，天然气例如在机动车上为了运行内燃机而以液态形式(“Liquefied Natural Gas”＝LNG)储存在专门为此设计的箱中。
由EP 2 541 062 Al已知一种用于低温燃料，尤其是天然气的活塞泵，该活塞泵具有可往复运动的泵活塞。该泵活塞限界泵工作室，该泵工作室能够充注以液态天然气，使得在泵工作室中存在的液态天然气能够通过泵活塞的往复运动被加载以高压。泵活塞在另一端限界耦合室，该耦合室能够充注以液压压力介质，以便在往复运动中驱动泵活塞。替代地提出电动、气动或机械驱动。
大多数活塞泵，具体而言与各驱动方式无关地具有用于泵活塞复位的螺旋压缩弹簧。该螺旋压缩弹簧通常支撑在泵活塞上，使得在泵活塞上附加地作用有扭转力和横向力。尤其，横向力导致在泵活塞上的导向部和/或密封部的区域中增加的磨损，这又对活塞泵的使用寿命产生负面影响。
发明内容
本发明的任务是，给出一种用于低温燃料的燃料输送装置，该燃料输送装置具有活塞泵，该活塞泵的使用寿命提高。尤其应减小在活塞泵的可往复运动的泵活塞的导向部和/或密封部的区域中的磨损。
为了解决该任务，提出具有权利要求1特征的燃料输送装置。本发明的有利扩展方案从属权利要求得到。
所提出的用于低温燃料的输送装置包括用于将低温燃料输送至高压的活塞泵，其中，该活塞泵具有可往复运动的泵活塞，该泵活塞在一端限界压缩室，而在另一端限界构造在空心缸中的压力室，该压力室能够被加载以液压压力介质。根据本发明，泵活塞具有环形凸肩，用于限界构造在空心缸中的另一压力室，该另一压力室为了使泵活塞复位也能够被加载以液压压力介质。在此，所述另一压力室与存储体积耦合，该存储体积被存储套筒限界，该存储套筒可往复运动地布置在空心缸上并且借助复位弹簧预紧。
因此，根据本发明的燃料输送装置的活塞泵的泵活塞能够被液压驱动。在对第一压力室或者说关于泵活塞在端侧布置的压力室加载以液压压力介质时，泵活塞朝压缩室的方向、即朝上终端位置的方向运动，在该上终端位置中，压缩室的体积最小。在这种情况下，泵活塞实施工作行程，在该工作行程中，在压缩室中存在的燃料被压缩。
泵活塞的复位也以液压方式引起、具体而言通过所述另一压力室中的液压压力。随着泵活塞的工作行程增加，所述另一压力室的体积减小，其中，所述另一压力室的体积减小通过存储体积的体积增大来补偿。在此，限界存储体积的存储套筒朝复位弹簧的方向运动，使得该复位弹簧被压紧。作用到存储套筒上的预紧力相应地提高。如果泵活塞达到其上终端位置，则预紧力最大。预紧力最终导致存储套筒复位，其中，在存储体积中和所述另一压力室中的压力升高并且导致泵活塞复位。
因为泵活塞的运动仅通过作用在泵活塞上的液压压力比被控制，所以没有可能使构造在泵活塞上的导向部和/或密封部负载的扭转力或横向力作用到泵活塞上。即导向部和/或密封部经受更小的磨损。相应地，以这种方式提高活塞泵或者说燃料输送装置的鲁棒性和使用寿命。
虽然根据本发明的燃料输送装置的活塞泵也具有复位弹簧，但该复位弹簧不直接支撑在泵活塞上，而是支撑在布置在空心缸外部的存储套筒上。存储套筒和空心缸因此接收复位弹簧的扭转力和横向力。泵活塞保持不受负载。
此外，复位弹簧支撑在存储套筒上具有以下优点：由于可用的直径能够使用特别大和从而有力的弹簧。此外，复位弹簧可以简单地被集成。
根据本发明的一个优选实施方式，存储容量与泵活塞的位置有关地、优选在泵活塞处于上终端位置中时能够通过构造在空心缸中的连接通道与第一压力室液压连接。通过与第一压力室的液压连接保证对存储体积和从而所述另一压力室充注以液压压力介质。也就是说，仅需要一个用于液压压力介质的接头。
如果建立存储体积-和从而所述另一压力室-与第一压力室的液压连接，则引起压力平衡，该压力平衡导致形成限界泵活塞工作行程的液压止挡。液压止挡防止机械止挡，使得进一步降低泵活塞的负载。即进一步减少泵活塞上的磨损或者说进一步提高活塞泵的使用寿命。此外，通过液压止挡降低活塞泵运行中的噪声产生。
同时，通过液压止挡预给定泵活塞的上终端位置。因此，这样地选择连接通道关于泵活塞的位置，使得泵活塞在即将到达上终端位置之前释放连接通道。随后出现的压力补偿导致形成液压止挡，该液压止挡限界泵活塞的工作行程。
在连接通道中优选布置有止回阀，该止回阀防止液压压力介质从存储体积流回到第一压力室中。即连接通道仅能够沿一个方向，具体而言从第一压力室朝存储体积的方向或者说朝所述另一压力室的方向被流过。由此保证，在存储体积和所述另一压力室中建立用于泵活塞复位所需的液压压力。
此外提出，存储体积能够通过压力限制阀与泄漏管路连接。借助压力限制阀可以调整存储体积和所述另一压力室中的最大液压压力。因为液压止挡的形成与存储体积和所述另一压力室中的最大压力有关，所以可以由此同时对泵活塞的上终端位置产生影响。
如果能够以其它方式引起存储体积的卸载，则不需要压力限制阀。因此，根据另一优选实施方式，存储体积与存储套筒的位置有关地能够通过构造在空心缸中的至少一个卸载通道或通过构造在存储套筒中的至少一个卸载开口与低压室连接。存储套筒中的卸载开口例如可以实施为简单的径向孔，使得该实施方式能够特别简单地实现。优选地，存储套筒具有多个卸载开口，这些卸载开口进一步优选地相对彼此以相同的角间距布置。
优选地，在泵活塞的工作行程期间，构造在存储套筒中的至少一个卸载开口关闭。在预给定存储套筒相对于空心缸的行程时，卸载开口才被释放，使得液压压力介质可以从存储体积流到低压室中。在存储体积和低压室之间在此出现的压力平衡在存储套筒达到机械止挡之前引起对该存储套筒行程的液压限制。以这种方式可以减小存储套筒上的磨损。同时可以进一步减小噪声排放。
如果代替存储套筒中的至少一个卸载开口，而在空心缸中设置至少一个卸载通道，则工作方式基本相同。也就是说，当存储套筒达到预给定的位置时，卸载通道才被释放。
根据本发明的另一优选实施方式，存储体积与存储套筒的位置有关地能够通过空心缸和存储套筒之间的环形缝隙与低压室连接。该环形缝隙实现存储体积到低压室的环绕的开口，使得既不需要存储套筒中的卸载开口，也不需要空心缸中的卸载通道。这能够实现至少一个存储套筒的旋转对称的构造，使得简化所述存储套筒的制造。此外，环绕的缝隙确保液压压力介质从存储体积均匀且快速地流到低压室中。
有利地，低压室通过回流管路和/或通过泄漏管路与用于液压压力介质的箱连接。因此，供应给低压室的液压压力介质的量不会从系统损失。液压压力介质例如可以油、尤其是机油。
为了形成存储体积，空心缸优选具有阶梯状的外轮廓，该外轮廓具有环形凸肩。存储体积在径向方向上的尺寸可以通过凸肩的宽度被预给定。为此，限界存储体积的存储套筒布置在空心缸的外径上。在本发明的扩展方案中提出，空心缸的环形凸肩通过锥体过渡到用于存储套筒的导向面中。如果通过环绕的环形缝隙短时间地放开存储套筒与导向面的重叠，用于打开存储体积，则该锥体使存储套筒的复位或者说空心缸再次进入到存储套筒中变得容易。
替代地或补充地提出，存储套筒为了限界存储体积而具有阶梯状的内轮廓。即存储套筒优选也构造有环形凸肩，该环形凸肩进一步优选地与在存储体积处的空心缸的环形凸肩对置，其中，两个环形凸肩之间的距离能通过存储套筒相对于空心缸的往复运动而改变。由于阶梯状的内轮廓，存储套筒具有两个不同的导向直径。在较大的导向直径的区域中，存储套筒的内轮廓优选在端侧通过锥体过渡到端面中，通过所述较大的导向直径在径向方向上限界存储体积。锥体又具有使空心缸再次进入到存储套筒中变得容易的任务。
因此，存储体积优选由环形室构成，该环形室关于泵活塞或者说第一压力室同心地布置在空心缸和存储套筒之间。与存储体积耦合的另一压力室优选也由环形室构成，该环形室布置在泵活塞和空心缸之间。
附图说明
下面根据附图详细地阐述本发明的优选实施方式。附图示出了：
图1根据本发明的燃料输送装置的根据第一优选实施方式的活塞泵的示意性纵截面，
图2在泵活塞工作行程结束时在液压驱动区域中的图1的放大局部，
图3在泵活塞的抽吸行程期间的图2的局部，
图4根据本发明的燃料输送装置的根据第二优选实施方式的活塞泵的示意性纵截面，具体而言限于在泵活塞的工作行程期间的液压驱动区域，
图5在泵活塞工作行程结束时的图4的局部，
图6根据本发明的燃料输送装置的根据第三优选实施方式的活塞泵的示意性纵截面，具体而言限于在泵活塞的工作行程期间的液压驱动区域，
图7在泵活塞工作行程结束时的图6的局部，和
图8根据本发明的燃料输送装置的根据第四优选实施方式的活塞泵的示意性纵截面，具体而言限于在泵活塞工作行程结束时的液压驱动区域。
具体实施方式
在图1中所示的根据本发明的燃料输送装置用于给机动车的内燃机(未示出)供给燃料，其中，所述燃料是低温燃料，优选是天然气。燃料输送装置包括用于将燃料输送至高压的活塞泵1。
燃料以液态形式储存在箱中(未示出)。通过流入口27和抽吸阀30，燃料到达活塞泵1的压缩室3中，该压缩室被可往复运动的泵活塞2限界。在泵活塞2的工作行程期间，在压缩室3中存在的燃料被压缩并且通过流出口28被供应给缓冲存储器(未示出)。在流出口28的区域中布置有止回阀29，以便防止在泵活塞2的新的抽吸行程期间燃料流回到压缩室3中。此外，设置有回流管路31，用于导出经由泵活塞2的密封部从压缩室3泄漏出的低温燃料的泄漏量。
所示的活塞泵1的泵活塞2在其背离压缩室3的端部上具有活塞区段，该活塞区段具有增大的外径，该活塞区段被接收在空心缸4中。在空心缸4内，泵活塞2限界两个压力室5、7，这两个压力室能够被加载以液压压力介质。在以液压压力介质加载第一压力室5时，泵活塞2实施工作行程，因为第一压力室5关于泵活塞2布置在端侧。第二压力室7被构造在泵活塞2上的环形凸肩6限界，该环形凸肩由于泵活塞2的直径跳跃而产生。即第二压力室7构造为环形室。第二压力室7用于泵活塞2的复位，使得该泵活塞实施抽吸行程，在该抽吸行程期间，压缩室3被重新充注以燃料。
为了引起泵活塞2的复位，第二压力室7与存储体积8耦合，该存储体积也构造成环形室并且被空心缸4和在该空心缸4上可往复运动地被导向的存储套筒9限界。空心缸4为此具有外轮廓20，该外轮廓具有环形凸肩21，该环形凸肩过渡到用于存储套筒9的导向面23中。存储套筒9又具有阶梯状内轮廓24，用于限界存储体积8。此外，存储套筒被复位弹簧10的弹簧力朝空心缸4的凸肩21的方向加载。如果存储体积8中的压力升高，则存储套筒9抵抗复位弹簧10的弹簧力运动，使得存储体积8增大。当泵活塞2实施工作行程时并且与存储体积8耦合的第二压力室7的体积由此减小时，是这样的情况。然后，第二压力室7的体积减小通过存储体积8的体积增大来补偿。同时，复位弹簧10进一步被压紧。当存储套筒9止挡在壳体部分32上时，复位弹簧10最大程度地压紧，所述壳体部分与空心缸4一起限界低压室17，在该低压室中接收有复位弹簧10。
如果泵活塞2已到达其上终端位置时(参见图2)，则该泵活塞释放连接通道11，在该连接通道中布置有止回阀12，该止回阀允许液压压力介质流入到存储体积8中和第二压力室7中。以这种方式在两个压力室5、7中实现压力平衡，该压力平衡导致形成液压止挡。即泵活塞2的工作行程液压地被限界，由此减少泵活塞2上的磨损。
在液压压力介质从第一压力室5流到存储体积8和第二压力室7中期间，通过压力限制阀13防止，液压压力升高超过预给定的极值。由此保证，被压紧的复位弹簧10的弹簧力足以开启泵活塞2的抽吸行程。在此，复位弹簧10将存储套筒9压向空心缸4的凸肩21，使得存储体积8减小。同时，弹簧力和从而压力室7中的压力下降，但所述压力室中的压力仍足够高，使得泵活塞2复位。在此期间，布置在连接通道11中的止回阀12防止，液压压力介质流回到第一压力室5中(参见图3)。
在用于根据本发明的燃料输送装置的活塞泵1的在图4和5中所示的实施方式中，省去压力限制阀13。存储体积8的卸载在这里通过多个卸载开口16实现，这些卸载开口构造为存储套筒9中的径向孔。卸载开口16通过存储套筒9的行程被控制，其中，通过卸载开口16能建立存储体积8与低压室17的连接(参见图5)。随后出现的压力平衡引起对存储套筒9的行程的液压限制，使得防止存储套筒9机械止挡在壳体部分32上。由此可以减少在存储套筒9上或壳体部分32上的磨损。到达低压室17中的液压压力介质的量可以通过泄漏管路14和/或回流管路19导出，使得低压室17中的压力升高不超过预给定的极值。
在用于根据本发明的燃料输送装置的活塞泵1的在图6和7中所示的实施方式中，也省去压力限制阀13。与图4和5的实施方式不同，存储体积8的卸载通过卸载通道15引起，该卸载通道构造在空心缸4中，并且与存储套筒9关于空心缸4的位置有关地将存储体积8与低压室17连接。此外，工作方式与图4和5的实施方式相同，使得能对此进行参考。
从图8得出用于根据本发明的燃料输送装置的活塞泵1的另一优选实施方式。存储体积8的卸载在这里通过环形缝隙18引起，该环形缝隙与存储套筒9关于空心缸4的位置有关地构造在存储套筒9和空心缸4之间。在此，存储套筒9在其整个周边上与空心缸4的导向面23分离，为了在存储套筒9复位时使空心缸4再次进入到存储套筒9中变得容易，空心缸4和存储套筒9分别具有锥体22、25。空心缸4的锥体22将凸肩21与导向面23连接，而存储套筒9的锥体25在端面26上终止。环形缝隙18确保液压压力介质从存储体积8均匀地流到低压室17中。
没有压力限制阀13的实施方式的共同点是，复位弹簧10使存储套筒9复位，直至存储体积8与低压室17的连接通过卸载开口16、卸载通道15或环形缝隙18又被关闭。该结构这样地设计，使得在该时间点存在的体积足以引起泵活塞2的复位。
在具有压力限制阀13的实施方式中，当存储套筒9止动或者说已达到其上终端位置时，经由连接通道11补充流入的液压压力介质通过压力限制阀13被导出。该结构在这里也这样地设计，使得在该时间点存在的体积足以引起泵活塞2的复位。

Claims (9)

1.一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)具有能往复运动的泵活塞(2)，所述泵活塞在一端限界压缩室(3)而在另一端限界构造在空心缸(4)中的压力室(5)，所述压力室能够被加载以液压压力介质，其特征在于，所述泵活塞(2)具有环形凸肩(6)，用于限界构造在所述空心缸(4)中的另一压力室(7)，所述另一压力室为了使所述泵活塞(2)复位也能够被加载以液压压力介质，其中，所述另一压力室(7)与存储体积(8)耦合，所述存储体积被存储套筒(9)限界，所述存储套筒能往复运动地布置在所述空心缸(4)上并且借助复位弹簧(10)预紧。
2.根据权利要求1所述的燃料输送装置，
其特征在于，所述存储体积(8)与所述泵活塞(2)的位置有关地、优选在所述泵活塞(2)处于上终端位置中时能够通过构造在所述空心缸(4)中的连接通道(11)与所述第一压力室(5)液压连接。
3.根据权利要求2所述的燃料输送装置，
其特征在于，在所述连接通道(11)中布置有止回阀(12)，所述止回阀防止液压压力介质从所述存储体积(8)流回到所述第一压力室(5)中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料输送装置，
其特征在于，所述存储体积(8)能够通过压力限制阀(13)与泄漏管路(14)连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料输送装置，
其特征在于，所述存储体积(8)与所述存储套筒(9)的位置有关地能够通过构造在所述空心缸(4)中的至少一个卸载通道(15)或通过构造在所述存储套筒(9)中的至少一个卸载开口(16)与低压室(17)连接。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料输送装置，
其特征在于，所述存储体积(8)与所述存储套筒(9)的位置有关地能够通过所述空心缸(4)和所述存储套筒(9)之间的环形缝隙(18)与低压室(17)连接。
7.根据权利要求5或6所述的燃料输送装置，
其特征在于，所述低压室(17)通过回流管路(19)和/或通过所述泄漏管路(14)与用于液压压力介质的箱连接，其中优选地，所述液压压力介质是油、尤其是机油。
8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料输送装置，
其特征在于，所述空心缸(4)为了形成所述存储体积(8)而具有阶梯状的外轮廓(20)，所述外轮廓具有环形凸肩(21)，所述环形凸肩优选通过锥体(22)过渡到用于所述存储套筒(9)的导向面(23)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料输送装置，
其特征在于，所述存储套筒(9)为了限界所述存储体积(8)而具有阶梯状的内轮廓(24)，所述内轮廓优选在端侧通过锥体(25)过渡到端面(26)中。
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