DE102016210728A1 - Förderpumpe für kryogene Kraftstoffe und Kraftstofffördersystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe (10; 10a) für kryogene Kraftstoffe (1), mit einem Saugeinlass (32), der zumindest mittelbar mit einem Tankbehälter (2; 2a) für den Kraftstoff (1) verbindbar ist, mit einem Druckauslass (33), der vorzugsweise mit einem Verdampfer (15) verbindbar ist, und mit einem von einem Antrieb (65) betätigbaren Verdichterelement (29) zum Verdichten des Kraftstoffs (1) in einem Verdichterraum (25).

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe für kryogene Kraftstoffe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstofffördersystem für ein gasbetriebenes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Förderpumpe.
  • Eine Förderpumpe für kryogene Kraftstoffe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der EP 2 541 062 A1 bekannt. Die bekannte Förderpumpe dient der Förderung von Kraftstoff aus einem Tankbehälter in Richtung einer Heizeinrichtung des Kraftstofffördersystems. Hierzu weist die bekannte Förderpumpe einen hydraulischen, elektrischen, pneumatischen oder mechanischen Antrieb auf, der auf einen in einem Pumpenraum der Förderpumpe angeordneten, hin- und herbeweglichen Kolben wirkt. Darüber hinaus ist am druckseitigen Ausgang des Pumpenraums der Förderpumpe ein Rückschlagventil angeordnet, das sicherstellt, dass der über den Ausgang bzw. den Druckanschluss in Richtung der Heizeinrichtung bei jedem Arbeitshub durch den Kolben geförderte Kraftstoff anschließend nicht in den Pumpenraum zurückströmen kann. Die bekannte Förderpumpe ist auf eine konstante Förderleistung bzw. auf eine maximale Fördermenge an Kraftstoff ausgelegt, die derart groß ist, dass damit der maximale Bedarf an Gas an einer Brennkraftmaschine abgedeckt werden kann. Wird eine geringere Fördermenge benötigt, so ist eine Anpassung bei der Verwendung eines Elektromotors als Antrieb für die Förderpumpe durch eine Drehzahlreduzierung einfach möglich. Wird ist derartige Förderpumpe jedoch mit einem Verbrennungsmotor bzw. einer Brennkraftmaschine zum Antreiben starr gekoppelt, so hängt die Förderleistung der Förderpumpe von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab. Dabei gibt es jedoch Betriebszustände, die trotz relativ hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine einen relativ geringen Bedarf an Kraftstoff erfordern, beispielsweise beim Schubbetrieb eines Kraftfahrzeugs.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Förderpumpe für kryogene Kraftstoffe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf relativ einfache Art und Weise die Fördermenge der Förderpumpe an den tatsächlichen Kraftstoffbedarf auch bei einer starren Kopplung der Förderpumpe, insbesondere wenn die Förderpumpe mit einer Brennkraftmaschine verbunden ist, angepasst werden kann. Unter einer starren Kopplung wird dabei verstanden, dass eine veränderliche Drehzahl des Antriebs in eine ggf. unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes entsprechende Drehzahl bzw. Frequenz eines Pumpenelements umgewandelt wird.
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Pumpenelement bzw. den Hochdruckpumpenkolben mit seinem Antrieb nicht unmittelbar, d.h. starr, zu verbinden, sondern über einen mit einem Druckmittel gefüllten Kopplerraum, wobei über eine Absperrung des Kopplerraums der dort herrschende Druck bei einer Bewegung eines in den Kopplerraum hineinragenden Antriebsstößels derart beeinflusst werden kann, dass eine steuerbare Übertragung der Antriebsbewegung auf das Pumpenelement ermöglicht wird. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass eine von dem Pumpenelement (Hochdruckpumpenkolben) unabhängige Bewegung des Antriebselements bzw. des Antriebsstößel ermöglicht wird. Insbesondere sieht hierzu die Erfindung vor, dass das Pumpenelement über einen mit einem Druckmittel gefüllten Kopplerraum in Wirkverbindung mit dem Antrieb (Brennkraftmaschine) verbunden ist, und dass der Kopplerraum über ein Ventil mit einem Pufferspeicher für das Druckmittel verbunden ist, wobei das Ventil zur Regelung des Durchflusses von Druckmittel zwischen dem Kopplerraum und dem Pufferspeicher ausgebildet ist. Eine derartige erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht es, bei einem geöffneten Ventil zum Pufferspeicher eine Hin- und Herförderung des Druckmittels zwischen dem Kopplerraum und dem Pufferspeicher zu bewirken, ohne dass dadurch die auf das Pumpenelement (Hochdruckpumpenkolben) über den Kopplerraum wirkende Kraft so groß ist, dass sich das Pumpenelement (Hochdruckpumpenkolben) bewegt. Wird hingegen das Ventil geschlossen, so bildet der Kopplerraum das einzige Volumen aus, auf das der Antrieb bei seiner Bewegung einwirkt. Dadurch wird bei einer Verdichtung des Druckmittels im Kopplerraum eine Übertragung des hydraulischen Drucks auf das Pumpenelement (Hochdruckpumpenkolben) bewirkt.
  • Als geeignetes Druckmittel ist insbesondere an ein hydraulisches Medium, insbesondere an Öl, gedacht. Dies hat den Vorteil, dass das verwendete Medium gleichzeitig der Schmierung von Bauteilen der Förderpumpe dienen kann.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Förderpumpe für kryogene Kraftstoffe sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung, die einen besonders einfachen Aufbau des Pumpenelements und einer Kopplung des Pumpenelements mit dem Antrieb ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass das Pumpenelement ein entlang einer Längsachse des Pumpenraums hin- und herbeweglich ausgebildeter Kolben ist, dass ein mit dem Kolben verbundener Kolbenstößel mit einem dem Kolben abgewandten Endbereich in den Kopplerraum hineinragt, und dass der Antrieb mit einem Antriebsstößel verbunden ist, dessen dem Antrieb abgewandter Endbereich in den Kopplerraum hineinragt. Somit ragen zwei kolbenartige Elemente (Kolbenstößel und Antriebsstößel) an einander abgewandten, gegenüberliegenden Stirnseiten in den Kopplerraum hinein.
  • Um sowohl den Kolbenstößel als auch den Antriebsstößel beispielsweise bei drucklosem Kopplerraum in eine definierte Anfangsstellung zu positionieren und darüber hinaus die Ansaugbewegung des Kolbenelements zu unterstützen, ist es vorgesehen, dass der Kolbenstößel und der Antriebsstößel mit jeweils einem Federelement in eine von dem Kopplerraum abgewandte Richtung kraftbeaufschlagt sind.
  • In einer ersten grundsätzlichen konstruktiven Ausgestaltung bzw. Anordnung ist es vorgesehen, dass der Kopplerraum zusammen mit dem Kolbenstößel und dem Antriebsstößel in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, die Förderpumpe insbesondere unter Verwendung einer Vorförderpumpe in einem von dem Tankbehälter relativ weit entfernten Bereich anordnen zu können. Weiterhin wird ein besonders kompakter Aufbau der Förderpumpe ermöglicht.
  • Der besonders kompakte Aufbau einer derartigen Förderpumpe wird begünstigt, wenn der Kolbenstößel, der Antriebsstößel und der Kolben entlang zweier fluchtend zueinander angeordneter Längsachsen angeordnet sind, und wenn der Kolbenstößel und der Antriebsstößel aus einander entgegengesetzten Seiten in den Kopplerraum hineinragen.
  • In einer zweiten grundsätzlichen konstruktiven Ausgestaltung bzw. Anordnung ist es vorgesehen, dass der Kopplerraum aus zwei Teilkopplerräumen in voneinander getrennten Gehäusen gebildet ist, wobei die beiden Teilkopplerräume mittels einer Hydraulikleitung miteinander verbunden sind. Ein derartiger Aufbau hat den Vorteil, dass auf eine Vorförderpumpe verzichtet werden kann, wenn das Verdichterelement (Hochdruckpumpenkolben) aufnehmende Gehäuse zum Beispiel relativ nahe an dem Tankbehälter oder teilweise in dem Tankbehälter angeordnet ist.
  • Die Erfindung umfasst auch ein Kraftstofffördersystem für ein gasbetriebenes Fahrzeug unter Verwendung einer soweit beschriebenen Förderpumpe gemäß einer ersten grundsätzlichen Ausbildung des Kopplerraums in einem einzigen Gehäuse. Das Kraftstofffördersystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Förderpumpe eine Vorförderpumpe vorgeschaltet ist, die den Kraftstoff an dem Sauganschluss der Förderpumpe auf einen Vorförderdruck komprimiert, bei dem der Kraftstoff noch nicht verdampft. Eine derartige Ausbildung des Kraftstofffördersystems hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße (Hochdruck-)Förderpumpe in einem Bereich relativ weit entfernt vom Tankbehälter, zum Beispiel an einer Schnittstelle an der Brennkraftmaschine zum Antrieb der Förderpumpe angeordnet werden kann. Darüber hinaus wird dadurch eine Übertragung der Wärme des Antriebs der Förderpumpe in dem Kraftstoff in dem Tankbehälter reduziert. Um eine besonders einfache Schnittstelle in der Wand des Tankbehälters zu ermöglichen, die lediglich die Durchführung einer (Druck-)Leitung erforderlich macht, ist es vorgesehen, dass die Vorförderpumpe innerhalb des Tankbehälters angeordnet ist. Eine derartige Anordnung ist auch hinsichtlich der Wärmeübertragung des Antriebs der Vorförderpumpe insofern ggf. unkritisch bzw. vorteilhaft, da der Leistungsbedarf der Vorförderpumpe, im Verhältnis zur (Hochdruck-)Förderpumpe, relativ gering ist.
  • Bevorzugt erfolgt der Antrieb der Förderpumpe über eine mechanische Kopplung mit einer Brennkraftmaschine, wobei die Kopplung zusätzlich auch ein Übersetzungsgetriebe mit konstantem Übersetzungsverhältnis aufweisen kann, um beispielsweise die Drehzahl einer Kurbelwelle besser auf eine für die Frequenz bzw. Geschwindigkeit des Antriebsstößels einstellen zu können.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
  • 1 ein Systemdarstellung eines Kraftstofffördersystems, bei der ein der Kraftübertragung auf einen Kolben dienender Kopplerraum in einer Förderpumpe angeordnet ist und
  • 2 ein Kraftstofffördersystem, bei dem der zweigeteilter Kopplerraum in unterschiedlichen Bereichen des Kraftstofffördersystems vorgesehen ist, wobei die beiden Teilkopplerräume über eine Hydraulikleitung miteinander verbunden sind.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • In der 1 ist ein Kraftstofffördersystem 100 für kryogenen Kraftstoff 1 dargestellt. Bei dem Kraftstoff 1 handelt es sich beispielsweise, und nicht einschränkend um Erdgas, das in einem Tankbehälter 2 auf eine Temperatur von beispielsweise –110°C oder weniger herabgekühlt ist, damit dieses unterhalb eines Füllpegels 3 in flüssiger Form vorliegt. Oberhalb des Füllpegels 3 liegt der Kraftstoff 1 hingegen in gasförmigem Zustand vor. Der Tankbehälter 2 besteht vorzugsweise aus einem den Kraftstoff 1 aufnehmenden Innentank, der von einer Außenhülle unter Ausbildung eines evakuierten Zwischenraums umschlossen ist. Da ein derartiger Tankbehälter 2 aus dem Stand der Technik an sich bekannt und nicht erfindungswesentlich ist, wird an dieser Stelle auf eine weitergehende Beschreibung des Tankbehälters 2 verzichtet.
  • Beispielhaft ist Innerhalb des Tankbehälters 2 eine Niederdruckförderpumpe 4 als Vorförderpumpe, vorzugsweise unterhalb des Füllpegels 3, angeordnet. Auch der Antrieb 5 der Niederdruckförderpumpe 4 ist innerhalb des Tankbehälters 2 angeordnet. Auf der Druckseite der Niederdruckförderpumpe 4 sind ein Absperrventil 6 und ein Druckbegrenzungsventil 7 angeordnet. Das Absperrventil 6 ist im stromlosen Zustand geschlossen, wobei das Druckbegrenzungsventil 7 dazu dient, bei einem defekten Absperrventil 6 eine Beschädigung der Niederdruckförderpumpe 4 zu verhindern.
  • Die Druckseite der Niederdruckförderpumpe 4 fördert den Kraftstoff 1 (bei bestromtem und somit offenem Absperrventil 6) in eine Versorgungsleitung 8, die mit der Saugseite einer (Hochdruck-)Förderpumpe 10 verbunden ist. Die Druckseite der Förderpumpe 10 ist wiederum über eine Druckleitung 9 mit einer Heizeinrichtung 15 verbunden. Die insbesondere in Form eines Wärmetauschers ausgebildete Heizeinrichtung 15 weist ein im Einzelnen nicht dargestelltes Heizelement auf, das dazu ausgebildet ist, den von der Förderpumpe 10 geförderten, flüssigen Kraftstoff 1 zu erwärmen und über eine weitere Leitung 16 unter Zwischenschaltung eines Pufferspeichers 14 und eines Druckregelventils 19 einem Speichervolumen, insbesondere einem Rail 17, zuzuführen. Von dem Rail 17 gehen wiederum Leitungen 18 ab, die mit jeweils einem Gasventil 20 verbunden sind. Die Gasventile 20 sind jeweils einem nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zugeordnet, und dienen dazu, den gasförmigen Kraftstoff 1, beispielsweise unter einem Systemdruck von einigen 100bar, in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine einzublasen.
  • Die Förderpumpe 10 weist ein Gehäuse 21 auf, das beispielhaft zwei, an einer Stirnseite axial miteinander verbundene Gehäuseteile 22, 23 hat. In dem ersten Gehäuseteil 22 ist eine Längsbohrung 24 mit Abschnitten mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern als Durchgangsbohrung ausgebildet. Die Längsbohrung 24 bildet in dem Abschnitt, in dem sie ihren größten Durchmesser aufweist, einen zylindrisch ausgebildeten Pumpenraum 25 aus. In dem Pumpenraum 25 ist entlang einer Längsachse 26 ein in Richtung des Doppelpfeils 27 hin- und herbeweglicher Hochdruckpumpenkolben 28 angeordnet. Der Hochdruckpumpenkolben 28 wirkt als Verdichter- bzw. Pumpenelement 29, das dazu ausgebildet ist, den in die Förderpumpe 10 einströmenden Kraftstoff 1 von einem aufgrund der Niederdruckförderpumpe 4 herrschenden saugseitigen Vorförderdruck von beispielsweise bis zu 60bar auf einen Systemdruck von einigen 100bar zu komprimieren und der Heizeinrichtung 15 zuzuführen.
  • In einem Teilbereich 31 des Pumpenraums 25, der außerhalb des Bewegungswegs des Pumpenelements 29 liegt, sind ein Saugeinlass 32 und ein Druckauslass 33 des Pumpenraums 25 ausgebildet. Der Saugeinlass 32 hat über einen Abschnitt 34 der Längsbohrung 24 Verbindung mit einem das erste Gehäuseteil 22 umgebenden Speicherraum 35 für den Kraftstoff 1, der über die Saugseite der Förderpumpe 10 von der Versorgungsleitung 8 mit Kraftstoff 1 befüllt wird. Im Bereich des Saugeinlasses 32 ist ein Rückschlagventil angeordnet, das lediglich ein Einströmen von Kraftstoff 1 in den Pumpenraum 25 ermöglicht, nicht jedoch ein Ausströmen von Kraftstoff 1 über den Saugeinlass 32 in den Speicherraum 35.
  • Auf der dem Saugeinlass 32 abgewandten Seite des Pumpenelements 29 ist eine Querbohrung 36 ausgebildet, die Verbindung mit dem Speicherraum 35 hat, und die ein Ein- und Ausströmen von Kraftstoff 1 in die dem Saugeinlass 32 und Druckauslass 33 abgewandten Seite des Pumpenraums 25 ermöglicht. Weiterhin ist in dem ersten Gehäuseteil 22 eine Hochdruckleitung 37 ausgebildet, die den Druckauslass 33 mit der Druckleitung 9 verbindet. Im Bereich des Druckauslasses 33 ist darüber hinaus ein ebenfalls im Einzelnen nicht dargestelltes Hochdruckventil angeordnet, das einerseits ein Rückströmen von Kraftstoff 1 aus der Hochdruckleitung 37 in den Pumpenraum 25 verhindert, und andererseits ein Ausströmen von Kraftstoff 1 aus dem Pumpenraum 25 in die Hochdruckleitung 37 ermöglicht. Im einfachsten Fall ist das Hochdruckventil somit als Rückschlagventil ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Hochdruckventil erst bei einem bestimmten Überdruck im Pumpenraum 25 in Richtung der Hochdruckleitung 37 öffnet.
  • Das Pumpenelement 29 bzw. der Hochdruckpumpenkolben 28 ist auf der dem Teilbereich 31 abgewandten Seite des Pumpenraums 25 mit einer Kolbenstange 39 verbunden. Die Kolbenstange 39 ragt aus dem dem zweiten Gehäuseteil 23 zugewandten Ende des ersten Gehäuseteils 22 heraus und ist auf der dem Pumpenelement 29 abgewandten Seite mit einem Kolbenstößel 40 verbunden. Der Kolbenstößel 40 ragt in einen Abschnitt einer als Sacklochbohrung 41 im zweiten Gehäuseteil 23 ausgebildeten Bohrung hinein. Auf der dem Pumpenelement 29 zugewandten Seite stützt sich an einer Stirnfläche des Kolbenstößels 40 eine Druckfeder 43 ab, deren dem Kolbenstößel 40 abgewandtes Ende sich an der Stirnfläche des ersten Gehäuseteils 22 abstützt. Dadurch wird durch die Druckfeder 43 auf den Kolbenstößel 40 sowie das Pumpenelement 29 eine Federkraft erzeugt, die den Hochdruckpumpenkolben 28 in Richtung des zweiten Gehäuseteils 23 kraftbeaufschlagt.
  • Das der Kolbenstange 39 abgewandte Ende des Kolbenstößels 40 ragt in eine Stirnseite in einen Abschnitt der Sacklochbohrung 41 hinein, die einen Kopplerraum 45 ausbildet, wobei eine Längsachse 46 der Sacklochbohrung 41 mit der Längsbohrung 24 an dem ersten Gehäuseteil 22 fluchtet.
  • Auf der dem Kolbenstößel 40 abgewandten Seite des Kopplerraums 45 ragt in diesen ein Antriebsstößel 50 hinein. Das dem Kopplerraum 45 abgewandte Ende des Antriebsstößels 50 wirkt innerhalb eines Abschnitts 51 der Sacklochbohrung 41 mit einer Nocke 52 zusammen, die mit einer Nockenwelle 53 verbunden ist. Weiterhin stützt sich zwischen einem Bund 54 des Antriebsstößels 50 und einer stirnseitigen Begrenzung des Abschnitts 51 eine weitere Druckfeder 55 ab, die den Antriebsstößel 50 in eine von dem ersten Gehäuseteil 22 abgewandte Richtung kraftbeaufschlagt.
  • Bei einer Drehung der Nockenwelle 53 in Richtung des Pfeils 57 wird die Drehung der Nockenwelle 53 über die Nocke 52 in eine lineare Hin- und Herbewegung des Antriebsstößels 50 in Richtung des Doppelpfeils 58 übertragen. Ein aus dem zweiten Gehäuseteil 23 herausragendes Ende der Nockenwelle 53 ist beispielhaft mit einem ein festes Übersetzungsverhältnis aufweisenden Getriebe 60 verbunden. Das Getriebe 60 ist wiederum über eine mechanische Kopplung 61 mit einem Antrieb 65 der Förderpumpe 10 verbunden. Bei dem Antrieb 65 handelt es sich insbesondere um die Brennkraftmaschine bzw. deren Kurbelwelle oder einer mit der Brennraftmaschine verbundenen Einrichtung zum Auskoppeln eines Antriebs (Power Take Off).
  • Der Kopplerraum 45 ist über eine Querbohrung 66, ein elektrisch betätigbares Schaltventil 68 zur Hubeinstellung des Kolbenstößels 40 sowie einer das Schaltventil 68 überbrückenden Bypassleitung 69 mit integriertem Rückschlagventil 71 mit einem Pufferspeicher 75 verbunden. Der federbelastete Pufferspeicher 75 ist wiederum über ein Rückschlagventil 76 mit der Druckseite einer Motorölpumpe 77 verbunden. Die Motorölpumpe 77 fördert Motoröl, das als Druckmittel 47 in dem Kopplerraum 45 und gleichzeitig der Schmierung von Bauteilen, insbesondere des Antriebsstößels 50 und des Kolbenstößels 40, dient. Insbesondere lassen sich mit der Motorölpumpe 77 auch Leckageverluste ausgleichen. Weiterhin sind der Abschnitt 51 in der Sacklochbohrung 41 sowie der Federraum 78 des Pufferspeichers 75 mit einem Ölbehälter 79 verbunden, aus dem auch die Motorölpumpe 77 das Druckmittel 47 ansaugt. Über eine weitere Leitung 81, die mit unterschiedlichen Bereichen der Sacklochbohrung 41 sowie der Nockenwelle 53 Verbindung hat, wird aus diesen Bereichen austretendes Druckmittel 47 bzw. Öl ebenfalls in den Ölbehälter 79 abgeführt.
  • Die Funktionsweise der soweit beschriebenen Förderpumpe 10 wird wie folgt erläutert: Bei einer Bewegung des Antriebsstößels 50 in Richtung des Kopplerraums 45 verdrängt der Antriebsstößel 50 Druckmittel 47 bzw. Öl in dem Kopplerraum 45. Bei einer gesperrten Stellung des Schaltventils 68 kann auch kein Öl bzw. Druckmittel 47 aus dem Kopplerraum 45 über die Bypassleitung 69 in den Pufferspeicher 75 abströmen, da das Rückschlagventil 71 in der Bypassleitung 69 sperrt. Dies bewirkt, dass sich der Kolbenstößel 40, und somit auch die Kolbenstange 39 und der Hochdruckpumpenkolben 28 in derselben Richtung bewegen wie der Antriebsstößel 50. Diese Bewegung des Hochdruckpumpenkolbens 28 bewirkt aufgrund vorher in den Pumpenraum 25 angesaugtem Kraftstoff 1, dass der Kraftstoff 1 in dem Pumpenraum 25 komprimiert und über die Hochdruckleitung 37 an die Heizeinrichtung 15 gefördert wird. Bei gesperrten Schaltventil 68 wird somit die maximale Fördermenge je Hub des Antriebsstößels 50 bzw. des Hochdruckpumpenkolbens 28 erzielt. Bei einer Bewegung des Antriebsstößels 50 in Richtung der Nocke 52 verhindert die weitere Druckfeder 55 ein Abheben des Antriebsstößels 50 von der Nockenwelle 53 bzw. der Nocke 52. Weiterhin wird der Kolbenstößel 40 von der Druckfeder 43 in Richtung des Kopplerraums 45 bewegt. Diese Bewegung bewirkt gleichzeitig eine entsprechende Bewegung des Hochdruckpumpenkolbens 28 und somit ein Ansaugen von Kraftstoff 1 über den Saugeinlass 32 in den Pumpenraum 25.
  • Ist hingegen das Schaltventil 68 in die in der 1 gezeigte Durchlassstellung geschaltet, kann bei einer Bewegung des Antriebsstößels 50 in den Kopplerraum 45 von dem Antriebsstößel 50 Druckmittel 47 bzw. Öl über das Schaltventil 68 in den Pufferspeicher 75 entweichen. Der Druck in dem Kopplerraum 45 reicht dann nicht aus, um den Kolbenstößel 40 entgegen der Federkraft der Druckfeder 43 in Richtung des Pumpenraums 25 zu bewegen. Infolgedessen wird auch in dem Pumpenraum 25 durch den Hochdruckpumpenkolben 28 kein Kraftstoff 1 verdrängt bzw. in Richtung des Druckauslasses 33 gefördert. Bei einer Bewegung des Antriebsstößels 50 in Richtung der Nockenwelle 53 fließt das zuvor in den Pufferspeicher 45 geförderte Druckmittel 47 bzw. Öl über die Bypassleitung 69 und/oder bei nicht geschaltetem Schaltventil 68 in den Kopplerraum 45 zurück.
  • Zuletzt ist es auch möglich, eine bedarfsgerechte Fördermenge an Kraftstoff 1 an der Förderpumpe 10 einzustellen. Dabei bewegt sich der Antriebsstößel 50 in Richtung des Kopplerraums 45, wobei das Schaltventil 68 zunächst unbetätigt, d.h. in geöffneter Stellung, steht. Dadurch strömt das von dem Antriebsstößel 50 verdrängte Druckmittel 47 über das Schaltventil 68 in den Pufferspeicher 75. Der Kolbenstößel 40 wird folglich noch nicht bewegt und es wird kein Kraftstoff 1 gefördert. Vor dem Erreichen der dem ersten Gehäuseteil 22 zugewandten Endstellung des Antriebsstößels 50 wird das Schaltventil 68 dann bestromt. Dies führt dazu, dass kein Druckmittel 47 bzw. Öl mehr aus dem Kopplerraum 45 in Richtung des Pufferspeichers 75 entweichen bzw. strömen kann. Dies führt dann wiederum dazu, dass sich auch der Kolbenstößel 40 (zusammen mit dem Antriebsstößel 50) in Richtung des Pumpenraums 25 bewegt und dadurch der in dem Pumpenraum 25 vorher angesaugte Kraftstoff 1 komprimiert und in Richtung des Druckauslasses 33 aus dem Verdichterraum 25 ausströmt.
  • Abhängig von dem Zeitpunkt, wann das Schaltventil 68 während seiner Bewegung in Richtung des Kopplerraums 45 bestromt wird, kann die Fördermenge an Kraftstoff 1 aus dem Pumpenraum 25 bedarfsgerecht angepasst werden.
  • Ergänzend wird erwähnt, dass es auch denkbar ist, das Schaltventil 68 zur Hubeinstellung mit umgekehrtem Wirksinn zu betreiben. In diesem Fall ist das Schaltventil 68 in seiner Sperrstellung unbestromt, während es in bestromtem Zustand ein Durchströmen von Druckmittel 47 aus dem Kopplerraum 45 in Richtung des Pufferraums 75 ermöglicht.
  • Das in der 2 dargestellte Kraftstofffördersystem 100a weist im Gegensatz zum Kraftstofffördersystem 100 keine Niederdruckförderpumpe 4 auf. Vielmehr ragt die (Hochdruck-)Förderpumpe 10a mit ihrer Saugseite in den Tankbehälter 2a hinein. Das erste Gehäuseteil 22a hat über die Längsbohrung 34a und die Querbohrung 36 unmittelbar Verbindung mit dem Kraftstoff 1 in dem Tankbehälter 2a. In dem zweiten Gehäuseteil 23a ist in einer als Sacklochbohrung ausgebildeten Längsbohrung 82 auf der dem Hochdruckpumpenkolben 28 abgewandten Seite ein erster Teilkopplerraum 83 ausgebildet, der über eine Hydraulikleitung 84 Verbindung mit einem zweiten Teilkopplerraum 85 hat, der in einem separaten Gehäuseteil 86 angeordnet ist. Die beiden Teilkopplerräume 83 und 85 bilden somit zusammen mit der Hydraulikleitung 84 den Kopplerraum 45a aus. Das weitere Gehäuseteil 86 dient insbesondere zur Aufnahme des Antriebsstößels 50a. Dadurch ist es möglich, das weitere Gehäuseteil 86 bzw. auch den Antrieb 65 in einem von der Förderpumpe 10a bzw. dessen Gehäuseteile 22a, 23a relativ weit beabstandeten Bereich anzuordnen.
  • Ergänzend wird erwähnt, dass es in Abänderung der Darstellung der 2 zusätzlich auch denkbar ist, die (Hochdruck-)Förderpumpe 10a in einem dem Tankbehälter 2a nahen Bereich, jedoch außerhalb des Tankbehälters 2a anzuordnen, und eine Saugleitung der Förderpumpe 10a in den Tankbehälter 2a zu führen.
  • Das soweit beschriebene Kraftstofffördersystem 100, 100a bzw. die Förderpumpe 10, 10a können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2541062 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Förderpumpe (10; 10a) für kryogene Kraftstoffe (1), mit einem Saugeinlass (32), der zumindest mittelbar mit einem Tankbehälter (2; 2a) für den Kraftstoff (1) verbindbar ist, mit einem Druckauslass (33), der vorzugsweise mit einer Heizeinrichtung (15) verbindbar ist, und mit einem von einem Antrieb (65) betätigbaren Pumpenelement (29) zum Verdichten des Kraftstoffs (1) in einem Pumpenraum (25), dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement (29) über einen mit einem Druckmittel (47) gefüllten Kopplerraum (45; 45a) in Wirkverbindung mit dem Antrieb (65) gekoppelt ist, und dass der Kopplerraum (45; 45a) über ein Ventil (68) mit einem Pufferspeicher (75) für das Druckmittel (47) verbunden ist, wobei das Ventil (68) zur Regelung des Durchflusses von Druckmittel (47) zwischen dem Kopplerraum (45, 45a) und dem Pufferspeicher (75) ausgebildet ist.
  2. Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenelement (29) ein entlang einer Längsachse (26) des Pumpenraums (25) hin- und herbeweglich ausgebildeter Kolben (28) ist, dass ein mit dem Kolben (28) verbundener Kolbenstößel (40) mit einem dem Kolben (28) abgewandten Endbereich in den Kopplerraum (45; 45a) hineinragt, und dass der Antrieb (65) mit einem Antriebsstößel (50; 50a) verbunden ist, dessen dem Antrieb (65) abgewandter Endbereich in den Kopplerraum (45; 45a) hineinragt.
  3. Förderpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenstößel (40) und der Antriebsstößel (50) von jeweils einem Federelement (43, 55) in Richtung des Kopplerraums (45; 45a) kraftbeaufschlagt sind.
  4. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerraum (45) zusammen mit dem Kolbenstößel (40) und dem Antriebsstößel (50) in einem gemeinsamen Gehäuse (21) angeordnet sind.
  5. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenstößel (40), der Antriebsstößel (50) und der Kolben (28) entlang zweier fluchtend zueinander angeordneter Längsachsen (26, 46) angeordnet sind, und dass der Kolbenstößel (40) und der Antriebsstößel (50) aus einander entgegengesetzten Seiten in den Kopplerraum (45) hineinragen.
  6. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerraum (45a) aus zwei Teilkopplerräumen (83, 85) in voneinander getrennten Gehäusen (21, 86) gebildet ist, wobei die beiden Teilkopplerräume (83, 85) mittels einer Hydraulikleitung (84) miteinander verbunden sind.
  7. Kraftstofffördersystem (100) für ein gasbetriebenes Fahrzeug, mit einer Förderpumpe (10), die nach einem Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderpumpe (10) eine Vorförderpumpe (4) vorgeschaltet ist, die den Kraftstoff (1) an der Saugseite der Förderpumpe (10) auf einen Vorförderdruck komprimiert, bei dem der Kraftstoff (1) noch nicht verdampft.
  8. Kraftstofffördersystem (100a) für ein gasbetriebenes Fahrzeug, mit einer Förderpumpe (10a), die nach Anspruch 6 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (10a) mit dem Verdichterelement (29) unmittelbar in einem Tankbehälter (2a) oder einem Bereich nahe dem Tankbehälter (2a) angeordnet ist.
  9. Kraftstofffördersystem (100, 100a) nach Anspruch 7 oder 8, dass der Antrieb (65) der Förderpumpe (10, 10a) eine Brennkraftmaschine ist.
  10. Kraftstofffördersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkraftmaschine und der Förderpumpe (10; 10a) eine mechanische Kupplung (61) sowie ggf. ein Getriebe (60) angeordnet ist.
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