DE102017222202A1 - Fuel delivery device for cryogenic fuels - Google Patents

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Andreas Kellner
Andreas Beiter
Friedrich Howey
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe, umfassend eine Kolbenpumpe (1) zur Förderung des kryogenen Kraftstoffs auf Hochdruck, wobei die Kolbenpumpe (1) einen hin und her beweglichen Pumpenkolben (2) aufweist, der einerseits einen Kompressionsraum (3) und andererseits einen mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbaren Antriebsraum (4) begrenzt. Erfindungsgemäß ist der Antriebsraum (4) durch den Pumpenkolben (2) in eine erste Kammer (4.1) und eine zweite Kammer (4.2) unterteilt und beide Kammern (4.1, 4.2) sind gegengleich über ein hydraulisch vorgesteuertes Wegeventil (5) abwechselnd mit einer Hochdruckleitung (6) und einer Niederdruckleitung (7) verbindbar.The invention relates to a fuel delivery device for cryogenic fuels, comprising a piston pump (1) for conveying the cryogenic fuel to high pressure, wherein the piston pump (1) has a reciprocating pump piston (2), on the one hand a compression chamber (3) and on the other hand limited by a hydraulic pressure medium acted upon drive space (4). According to the invention, the drive space (4) is subdivided by the pump piston (2) into a first chamber (4.1) and a second chamber (4.2) and both chambers (4.1, 4.2) are alternately connected to a high-pressure line via a hydraulically piloted directional control valve (5) (6) and a low pressure line (7) connectable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel delivery device for cryogenic fuels having the features of the preamble of claim 1.

Bei dem kryogenen Kraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas („Natural Gas“ = NG) handeln, das an Bord eines Kraftfahrzeugs zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in flüssiger Form („Liquefied Natural Gas“ = LNG) in einem speziell dafür ausgelegten Tank bevorratet wird.The cryogenic fuel may in particular be natural gas (NG) stored on board a motor vehicle for operating a liquefied natural gas (LNG) in a specially designed tank.

Stand der TechnikState of the art

Aus der EP 2 541 062 A1 ist eine Kolbenpumpe für kryogene Kraftstoffe, insbesondere für Erdgas, mit einem hin und her beweglichen Pumpenkolben bekannt. Der Pumpenkolben begrenzt einen Pumpenarbeitsraum, der mit flüssigem Erdgas befüllbar ist, so dass im Pumpenarbeitsraum vorhandenes flüssiges Erdgas über eine Hubbewegung des Pumpenkolbens mit Hochdruck beaufschlagbar ist. Andernends begrenzt der Pumpenkolben einen Antriebsraum, der mit einem hydraulischen Druckmittel befüllbar ist, um den Pumpenkolben in einer Hubbewegung anzutreiben. Alternativ wird ein elektrischer, pneumatischer oder mechanischer Antrieb vorgeschlagen.From the EP 2 541 062 A1 is a piston pump for cryogenic fuels, especially for natural gas, known with a reciprocating pump piston. The pump piston defines a pump working space, which can be filled with liquid natural gas, so that in the pump working space existing liquid natural gas can be acted upon by a lifting movement of the pump piston with high pressure. At the other end of the pump piston limits a drive space which can be filled with a hydraulic pressure medium to drive the pump piston in a reciprocating motion. Alternatively, an electric, pneumatic or mechanical drive is proposed.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe mit einer als Kolbenpumpe ausgeführten Kraftstoffhochdruckpumpe anzugeben, die hydraulisch antreibbar ist und eine gesteigerte Dynamik besitzt.Based on the above-mentioned prior art, the present invention has the object to provide a fuel delivery device for cryogenic fuels with a designed as a piston pump high-pressure fuel pump, which is hydraulically driven and has an increased dynamics.

Zur Lösung der Aufgabe wird die Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.To solve the problem, the fuel delivery device with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorgeschlagene Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe umfasst eine Kolbenpumpe zur Förderung des kryogenen Kraftstoffs auf Hochdruck, wobei die Kolbenpumpe einen hin und her beweglichen Pumpenkolben aufweist, der einerseits einen Kompressionsraum und andererseits einen mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbaren Antriebsraum begrenzt. Erfindungsgemäß ist der Antriebsraum durch den Pumpenkolben in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt, die gegengleich über ein hydraulisch vorgesteuertes Wegeventil abwechselnd mit einer Hochdruckleitung und einer Niederdruckleitung verbindbar sind.The proposed fuel delivery device for cryogenic fuels comprises a piston pump for delivering the cryogenic fuel to high pressure, wherein the piston pump has a reciprocating pump piston which limits on the one hand a compression space and on the other hand a pressurizable with a hydraulic pressure medium drive space. According to the invention, the drive space is subdivided by the pump piston into a first chamber and a second chamber, which can be alternately connected to a high-pressure line and a low-pressure line by means of a hydraulically piloted directional control valve.

„Gegengleich“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass bei einer Verbindung der ersten Kammer mit der Hochdruckleitung die zweite Kammer mit der Niederdruckleitung verbunden ist bzw. umgekehrt. Dies führt zu einem unterschiedlichen Druckniveau in beiden Kammern, so dass auf den Pumpenkolben eine hydraulische Druckkraft wirkt, die den Pumpenkolben in eine erste Richtung, und zwar in Richtung eines Förderhubs, oder - zur Rückstellung - in eine zweite Richtung antreibt, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Der zeitgleiche Anschluss der jeweils anderen Kammer an die Niederdruckleitung gewährleistet, dass in der Kammer, die durch die Bewegung des Pumpenkolbens verkleinert wird, kein die Bewegung des Pumpenkolbens hemmendes Druckpolster ausgebildet wird."Equal to" means in this context that when connecting the first chamber to the high-pressure line, the second chamber is connected to the low-pressure line or vice versa. This results in a different pressure level in both chambers such that a hydraulic pressure force acts on the pump piston which drives the pump piston in a first direction, in the direction of a delivery stroke, or in a second direction, for return, the second direction the first direction is opposite. The simultaneous connection of the other chamber to the low pressure line ensures that in the chamber, which is reduced by the movement of the pump piston, no movement of the pump piston inhibiting pressure pad is formed.

Durch das wechselseitig mit Hochdruck beaufschlagbare Zweikammerprinzip kann der Antrieb der Kolbenpumpe rein hydraulisch bewirkt werden. Das heißt, dass beispielsweise eine mechanische Feder zur Rückstellung des Pumpenkolbens entfallen kann.Due to the two-chamber principle, which can be acted upon alternately with high pressure, the drive of the piston pump can be effected purely hydraulically. This means that, for example, a mechanical spring for returning the pump piston can be omitted.

Dadurch, das zur Druckbeaufschlagung der beiden Kammern ein hydraulisch vorgesteuertes Wegeventil eingesetzt wird, kann mit vergleichsweise geringen Kräften eine schnelle Druckbeaufschlagung der Kammern bewirkt werden, wobei zeitgleich jeweils immer nur eine Kammer druckbeaufschlagt und eine Kammer entlastet wird. Auf diese Weise können schnelle und zugleich präzise Bewegungen des Pumpenkolbens realisiert werden. Zugleich wird eine hohe Pumpfrequenz der Kolbenpumpe erreicht. Die hohe Pumpfrequenz wiederum ermöglicht eine Verkleinerung des Hubs und/oder des Durchmessers des Pumpenkolbens, so dass die Effizienz der Kraftstofffördereinrichtung gesteigert wird.Characterized in that a hydraulically pilot-operated directional control valve is used to pressurize the two chambers, a rapid pressurization of the chambers can be effected with comparatively small forces, at the same time always only one chamber pressurized and a chamber is relieved. In this way, fast and precise movements of the pump piston can be realized. At the same time a high pumping frequency of the piston pump is achieved. The high pumping frequency in turn allows a reduction of the stroke and / or the diameter of the pump piston, so that the efficiency of the fuel delivery device is increased.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das hydraulisch vorgesteuerte Wegeventil ein 4/2-Wegeventil. Das heißt, dass das Wegeventil vier Anschlüsse und zwei Schaltstellungen aufweist. Über jeweils einen Anschluss sind die beiden Kammern des Antriebsraums abwechselnd mit der Hochdruckleitung oder der Niederdruckleitung bzw. den entsprechenden Anschlüssen des Wegeventils verbindbar. Das hydraulisch vorgesteuerte Wegeventil kann in ein Gehäuseteil der Kolbenpumpe integriert oder - mit eigenem Gehäuse - an die Kolbenpumpe angebaut sein. In beiden Fällen wird eine kompaktbauende Anordnung erreicht.According to a preferred embodiment of the invention, the hydraulically piloted directional control valve is a 4/2-way valve. That is, the directional control valve has four ports and two shift positions. In each case via a connection, the two chambers of the drive space can be alternately connected to the high-pressure line or the low-pressure line or the corresponding connections of the directional control valve. The hydraulically piloted directional control valve can be integrated into a housing part of the piston pump or - with its own housing - mounted on the piston pump. In both cases, a compact structure arrangement is achieved.

Bevorzugt umfasst das hydraulisch vorgesteuerte Wegeventil einen in einer Hülse zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herbeweglich aufgenommenen Schieberkolben, der unmittelbar oder mittelbar über einen Vorsteuerkolben einen Steuerraum begrenzt, der an die Hochdruckleitung angeschlossen und über ein Steuerventil mit der Niederdruckleitung verbindbar ist. Bei geschlossenem Steuerventil herrscht im Steuerraum Hochdruck, der als Steuerdruck (unmittelbar oder mittelbar über den Vorsteuerkolben) auf dem Schieberkolben lastet. Wird das Steuerventil geöffnet, strömt hydraulisches Druckmittel aus dem Steuerraum in die Niederdruckleitung ab und der Schieberkolben wird entlastet, so dass sich dieser in Richtung des Steuerraums bewegen kann.The hydraulically piloted directional control valve preferably comprises a spool piston reciprocably received in a sleeve between two switching positions and delimiting, directly or indirectly via a pilot piston, a control chamber which is connected to the high-pressure line connected and connectable via a control valve with the low pressure line. When the control valve is closed, there is high pressure in the control chamber, which acts as control pressure (directly or indirectly via the pilot piston) on the spool. If the control valve is opened, hydraulic pressure medium flows from the control chamber into the low pressure line and the spool piston is relieved so that it can move in the direction of the control chamber.

Im Vergleich zu den Öffnungsquerschnitten des Wegeventils muss das Steuerventil nur einen kleinen Öffnungsquerschnitt bereitstellen, so dass auch der Hub des Steuerventils klein ausfallen kann. Auf diese Weise lassen sich hohe Schaltgeschwindigkeiten mit vergleichsweise geringen Kräften realisieren. Die Kräfte können durch einen entsprechend kleinen Aktor bereitgestellt werden, wobei es sich insbesondere um einen Magnetaktor oder einen Piezoaktor handeln kann.In comparison to the opening cross sections of the directional control valve, the control valve only has to provide a small opening cross section, so that the stroke of the control valve can also be small. In this way, high switching speeds can be realized with comparatively low forces. The forces can be provided by a correspondingly small actuator, which may be in particular a magnetic actuator or a piezoelectric actuator.

Das Prinzip der hydraulischen Vorsteuerung ist aus der Injektortechnik bereits bekannt und gut beherrscht. Daher kann auf diese Technik, insbesondere auf bereits vorhandene Komponenten, zurückgegriffen werden. Dies hilft Kosten zu sparen. Auch bei der Kraftstoffeinspritzung mittels eines Kraftstoffinjektors kommt es auf schnelle und präzise Bewegungen eines Ventilglieds (hier: die Düsennadel) an, so dass die Erfahrungen aus der Injektortechnik auf den vorliegenden Anwendungsfall übertragbar sind. Die Düsenbaugruppe wird beispielsweise einfach gegen ein Wegeventil ausgetauscht.The principle of hydraulic pilot control is already known and well-controlled from injector technology. Therefore, this technique, in particular on existing components, can be used. This helps to save costs. Even with the fuel injection by means of a fuel injector, it depends on fast and precise movements of a valve member (here: the nozzle needle), so that the experience from the injector technology can be transferred to the present application. For example, the nozzle assembly is simply replaced with a directional control valve.

Der mittels des Steuerventils entlastbare Steuerraum ist vorzugsweise über eine Zulaufdrossel an die Hochdruckleitung angeschlossen, so dass der Zulauf in den Steuerraum gedrosselt erfolgt. Dadurch ist sichergestellt, dass mit Öffnen des Steuerventils weniger Druckmittel in den Steuerraum nachströmt als abströmt und die erforderliche Entlastung bewirkt wird. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Steuerraum mit der Niederdruckleitung über eine Ablaufdrossel verbindbar bzw. - bei geöffnetem Steuerventil - verbunden ist. Über die Ablaufdrossel können die Steuermengen reduziert werden. Der Drosselquerschnitt der Ablaufdrossel ist dabei größer als der Drosselquerschnitt der Zulaufdrossel gewählt, damit es zur erforderlichen Entlastung des Steuerraums kommt. Die Abstimmung der Drosselquerschnitte ist ebenfalls aus der Injektortechnik bekannt.The relief by means of the control valve control chamber is preferably connected via an inlet throttle to the high pressure line, so that the feed is throttled into the control room. This ensures that with the opening of the control valve less pressure fluid flows into the control chamber than flows out and the required relief is effected. Alternatively or additionally, it is proposed that the control chamber can be connected to the low-pressure line via an outlet throttle or - when the control valve is open - connected. The flow rates can be reduced via the outlet throttle. The throttle cross section of the outlet throttle is larger than the throttle cross section of the inlet throttle selected so that it comes to the required relief of the control chamber. The tuning of the throttle cross-sections is also known from the Injektortechnik.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Schieberkolben auf der dem Steuerraum abgewandten Seite dauerhaft mit Hochdruck beaufschlagt ist. In jeder Schaltstellung des Wegeventils wirkt somit auf den Schieberkolben eine hydraulische Kraft, die den Schieberkolben in Richtung des Steuerraums beaufschlagt. Wird das Steuerventil geöffnet, so dass der Steuerdruck im Steuerraum abfällt, führt die auf der dem Steuerraum abgewandten Seite auf den Schieberkolben wirkende hydraulische Kraft dazu, das sich der Schieberkolben in Richtung des Steuerraums bewegt. Wird anschließend das Steuerventil wieder geschlossen, baut sich im Steuerraum erneut Hochdruck auf, so dass ein Druckgleichgewicht herrscht. Vorzugsweise ist das Flächenverhältnis der hydraulisch wirksamen Flächen derart gewählt, dass auf den Schieberkolben eine rückstellende Kraftresultierende wirkt. Beispielsweise kann der Steuerraum durch einen Vorsteuerkolben begrenzt werden, der einen größeren Durchmesser als der Schieberkolben aufweist.Furthermore, it is proposed that the slide piston is permanently subjected to high pressure on the side facing away from the control chamber. In each switching position of the directional valve thus acts on the spool a hydraulic force which acts on the spool in the direction of the control chamber. If the control valve is opened so that the control pressure in the control chamber drops, the hydraulic force acting on the slide piston, which faces away from the control chamber, causes the slide piston to move in the direction of the control chamber. If the control valve is then closed again, high pressure builds up again in the control chamber, so that a pressure equilibrium prevails. Preferably, the area ratio of the hydraulically active surfaces is selected such that acts on the spool a restoring force resulting. For example, the control chamber can be limited by a pilot piston having a larger diameter than the spool.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Vorsteuerkolben eine Schulter aufweist, die mit einem gehäuseseitigen Anschlag zusammenwirkt. Über den Anschlag kann eine Endlage des Schieberkolbens definiert werden. Um beide Endlagen des Schieberkolbens vorzugeben, weist bevorzugt der Vorsteuerkolben zwei Schultern auf, die beispielsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten eines Ringbundes des Vorsteuerkolbens ausgebildet sein können. Jede Schulter wirkt dabei mit einem gehäuseseitigen Anschlag zusammen. Der andernends auf dem Schieberkolben lastende Hochdruck stellt sicher, dass der Schieberkolben den Kontakt zum Vorsteuerkolben nicht verliert. Eine feste Verbindung zwischen dem Schieberkolben und dem Vorsteuerkolben ist demnach nicht zwingend erforderlich.It is also proposed that the pilot piston has a shoulder which cooperates with a housing-side stop. About the stop an end position of the spool can be defined. To specify both end positions of the spool, preferably, the pilot piston on two shoulders, which may be formed, for example, on two opposite sides of a collar of the pilot piston. Each shoulder acts together with a housing-side stop. The other end on the spool high pressure ensures that the spool does not lose contact with the pilot piston. A firm connection between the spool and the pilot piston is therefore not mandatory.

Der Pumpenkolben der Kolbenpumpe ist vorzugsweise mehrteilig ausgeführt und umfasst einen im Antriebsraum aufgenommenen Antriebskolben, der zur Begrenzung der beiden Kammern einen vergrößerten Außendurchmesser aufweist. Die mehrteilige Ausführung erleichtert die Herstellung und/oder die Montage des Pumpenkolbens, wobei vorzugsweise die mehreren Teile des Pumpenkolbens nicht miteinander verbunden sind. Die Kopplung der Kolbenteile bzw. des Antriebskolbens mit dem Pumpenkolben kann durch Kraftschluss und/oder hydraulisch bewirkt werden.The pump piston of the piston pump is preferably designed in several parts and comprises a drive piston received in the drive chamber, which has an enlarged outer diameter for limiting the two chambers. The multi-part design facilitates the manufacture and / or assembly of the pump piston, wherein preferably the plurality of parts of the pump piston are not connected to each other. The coupling of the piston parts or of the drive piston with the pump piston can be effected by adhesion and / or hydraulically.

Des Weiteren bevorzugt ist die Kolbenpumpe über die Hochdruckleitung mit der Druckseite einer Hydraulikpumpe verbunden, so dass über die Hydraulikpumpe der erforderliche Druck in der Hochdruckleitung aufbaubar ist. Die Hydraulikpumpe kann ebenfalls als Kolbenpumpe ausgeführt sein. Der Antrieb der Hydraulikpumpe kann in diesem Fall über eine Nockenwelle erfolgen, die mit der Brennkraftmaschine koppelbar ist. Anstelle eines Nockentriebs kann auch ein Kurbeltrieb zum Antreiben der Hydraulikpumpe verwendet werden.Furthermore, the piston pump is preferably connected via the high-pressure line to the pressure side of a hydraulic pump, so that the required pressure in the high-pressure line can be built up via the hydraulic pump. The hydraulic pump can also be designed as a piston pump. The drive of the hydraulic pump can take place in this case via a camshaft which can be coupled to the internal combustion engine. Instead of a cam drive and a crank mechanism for driving the hydraulic pump can be used.

Das hydraulische Druckmittel kann beispielsweise ein Öl, insbesondere ein Motoröl sein. Das hydraulische Druckmittel kann in diesem Fall zugleich als Schmiermittel eingesetzt werden.The hydraulic pressure medium may be, for example, an oil, in particular an engine oil. The hydraulic pressure medium can be used in this case at the same time as a lubricant.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in der Hochdruckleitung ein Zwischenspeicher angeordnet ist. Die Hydraulikpumpe fördert somit in den Zwischenspeicher. Auf diese Weise kann bei zyklisch fördernder Hydraulikpumpe und/oder zyklisch abnehmendem Wegeventil ein Druckeinbruch in der Hochdruckleitung verhindert werden. In a further development of the invention, it is proposed that an intermediate store be arranged in the high-pressure line. The hydraulic pump thus promotes the buffer. In this way, a pressure drop in the high pressure line can be prevented in cyclically conveying hydraulic pump and / or cyclically decreasing directional control valve.

Weiterhin bevorzugt ist die Kolbenpumpe über die Niederdruckleitung mit einer Rücklaufleitung und/oder einem Tank zur Bevorratung des hydraulischen Druckmittels verbunden. Das hydraulische Druckmittel kann auf diese Weise direkt oder indirekt über die Rücklaufleitung in den Tank zurückgeführt werden, so dass ein Kreislauf entsteht. Über die Rücklaufleitung kann zugleich eine Leckagemenge der Kolbenpumpe in den Tank zurückgeführt werden.Further preferably, the piston pump is connected via the low-pressure line to a return line and / or a tank for storing the hydraulic pressure medium. The hydraulic pressure medium can be returned in this way directly or indirectly via the return line into the tank, so that a cycle is created. At the same time a leakage amount of the piston pump can be returned to the tank via the return line.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

  • 1 eine schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
  • 2 jeweils einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich des Wegeventils, a) im Förderbetrieb und b) im Saugbetrieb der Kolbenpumpe, und
  • 3 einen schematischen Längsschnitt durch das Wegeventil der Kolbenpumpe der Kraftstofffördereinrichtung der 1 und 2, und
  • 4 eine vergrößerte Darstellung der hydraulischen Vorsteuerung des Wegeventils der 3.
A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 a schematic longitudinal section through a fuel delivery device according to the invention according to a preferred embodiment,
  • 2 each an enlarged section of the 1 in the area of the directional control valve, a) in the conveying mode and b) in the suction mode of the piston pump, and
  • 3 a schematic longitudinal section through the directional control valve of the piston pump of the fuel delivery device of 1 and 2 , and
  • 4 an enlarged view of the hydraulic pilot control of the directional control valve of 3 ,

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung dient der Versorgung einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs mit einem kryogenen Kraftstoff, wobei es sich insbesondere um Erdgas handeln kann. Die Kraftstofffördereinrichtung umfasst eine Kolbenpumpe 1, mittels welcher der Kraftstoff auf Hochdruck gefördert wird. Die Kolbenpumpe 1 weist einen hin- und herbeweglichen Pumpenkolben 2 auf, der einen Kompressionsraum 3 begrenzt, in dem der Kraftstoff verdichtet wird. Über einen Zulauf 24 ist der Kompressionsraum 3 mit Kraftstoff befüllbar. Der verdichtete Kraftstoff verlässt den Kompressionsraum 3 über einen Hochdruckabgang 25, in dem ein Rückschlagventil 26 ausgebildet ist.The in the 1 represented fuel delivery device according to the invention serves to supply an internal combustion engine (not shown) of a motor vehicle with a cryogenic fuel, which may in particular be natural gas. The fuel delivery device comprises a piston pump 1 , by means of which the fuel is conveyed to high pressure. The piston pump 1 has a reciprocating pump piston 2 on top of a compression room 3 limited, in which the fuel is compressed. About a feed 24 is the compression space 3 can be filled with fuel. The compressed fuel leaves the compression chamber 3 via a high-pressure outlet 25 in which a check valve 26 is trained.

Der Pumpenkolben 2 der Kolbenpumpe 1 weist andernends einen Antriebskolben 19 auf, der in einem Antriebsraum 4 aufgenommen ist und den Antriebsraum 4 in eine erste Kammer 4.1 und eine zweite Kammer 4.2 unterteilt. Über ein hydraulisch vorgesteuertes Wegeventil 5, das vorliegend als ein 4/2-Wegeventil 5 ausgeführt ist, können beide Kammern 4.1, 4.2 abwechselnd mit Hochdruck beaufschlagt werden. Die jeweilige Kammer 4.1, 4.2 wird hierzu über das Wegeventil 5 mit einer Hochdruckleitung 6 verbunden, während die jeweils andere Kammer 4.2, 4.1 mit einer Niederdruckleitung 7 verbunden wird. An den gegenüberliegenden Seiten des Antriebskolbens 19 liegt demnach abwechselnd Hochdruck an, so dass auf den Pumpenkolben 2 eine hydraulische Druckkraft wirkt, die den Pumpenkolben 2 zu einem Förderhub antreibt oder in seine Ausgangslage zurückstellt. Eine Rückstellfeder ist daher zur Rückstellung des Pumpenkolbens 2 nicht erforderlich.The pump piston 2 the piston pump 1 at the other end has a drive piston 19 up in a drive room 4 is included and the drive space 4 in a first chamber 4.1 and a second chamber 4.2 divided. Via a hydraulically pilot operated directional control valve 5 , which is present as a 4/2-way valve 5 executed, both chambers can 4.1 . 4.2 be applied alternately with high pressure. The respective chamber 4.1 . 4.2 this is done via the directional control valve 5 with a high pressure line 6 connected while the other chamber 4.2 . 4.1 with a low pressure line 7 is connected. On the opposite sides of the drive piston 19 Accordingly, there is alternately high pressure, so that on the pump piston 2 a hydraulic pressure force acting on the pump piston 2 drives to a delivery stroke or returns to its original position. A return spring is therefore for returning the pump piston 2 not mandatory.

Zur Versorgung der Kolbenpumpe 1 mit dem hydraulischen Druckmittel weist die Kraftstofffördereinrichtung der 1 eine Hydraulikpumpe 20 auf, die das hydraulische Druckmittel aus einem Tank 23 über die Hochdruckleitung 6 zunächst in einen Zwischenspeicher 21 fördert. Der Zwischenspeicher 21 verhindert, dass es bei variabler abgenommener Menge zu einem Druckeinbruch in der Hochdruckleitung 6 kommt. Die Niederdruckleitung 7 ist über eine Rücklaufleitung 22 an den Tank 23 angebunden, so dass ein Hydraulikkreislauf geschaffen wird.To supply the piston pump 1 with the hydraulic pressure means, the fuel delivery device of 1 a hydraulic pump 20 on which the hydraulic pressure fluid from a tank 23 over the high pressure line 6 first in a cache 21 promotes. The cache 21 Prevents it from a drop in pressure in the high-pressure line with variable volume removed 6 comes. The low pressure line 7 is via a return line 22 to the tank 23 connected, so that a hydraulic circuit is created.

In der 2 ist das hydraulisch vorgesteuerte Wegeventil 5 der Kraftstofffördereinrichtung der 1 vergrößert dargestellt, und zwar in einer ersten Schaltstellung zur Realisierung eines Förderhubs des Pumpenkolbens 2 (2a) und in einer zweiten Schaltstellung zur Rückstellung des Pumpenkolbens 2 (2b).In the 2 is the hydraulically pilot operated directional control valve 5 the fuel delivery of the 1 shown enlarged, in a first switching position for the realization of a delivery stroke of the pump piston 2 ( 2a) and in a second switching position for returning the pump piston 2 ( 2 B) ,

Zur Realisierung eines Förderhubs des Pumpenkolbens 2 (2a) wird die erste Kammer 4.1 des Antriebsraums 4 der Kolbenpumpe 1 über das Wegeventil 5 mit der Hochdruckleitung 6 verbunden, während die zweite Kammer 4.2 mit der Niederdruckleitung 7 verbunden wird. Ein in einer Hülse 8 hin- und herbeweglich aufgenommener Schieberkolben 9 des Wegeventils 5 wird hierzu von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegt. Die Bewegung wird dadurch initiiert, dass ein mittelbar über einen Vorsteuerkolben 10 auf den Schieberkolben 9 wirkender Steuerdruck in einem Steuerraum 11 aktiv abgesenkt wird, während andernends weiterhin Hochdruck am Schieberkolben 9 anliegt. Auf den Schieberkolben 9 wirkt somit eine Kraftresultierende, die den Schieberkolben 9 einschließlich des Vorsteuerkolbens 10 in Richtung des Steuerraums 11 bewegt. Das aktive Absenken des Steuerdrucks im Steuerraum 11 wird mittels eines Steuerventils 12 bewirkt, über welches der Steuerraum 11 mit der Niederdruckleitung 7 verbindbar ist. Öffnet das Steuerventil 12 strömt hydraulisches Druckmittel über eine Ablaufdrossel 14 aus dem Steuerraum 11 in die Niederdruckleitung 7 ab und der Steuerdruck im Steuerraum 11 sinkt.To realize a delivery stroke of the pump piston 2 ( 2a) becomes the first chamber 4.1 of the drive room 4 the piston pump 1 via the directional valve 5 with the high pressure line 6 connected while the second chamber 4.2 with the low pressure line 7 is connected. One in a pod 8th reciprocally received spool 9 of the directional valve 5 For this purpose, it is moved from a first switching position to a second switching position. The movement is initiated by having an indirect via a pilot spool 10 on the spool 9 acting control pressure in a control room 11 is actively lowered, while the other side continues to high pressure on the spool 9 is applied. On the spool 9 Thus acts a force resultant, which the spool 9 including the pilot spool 10 in the direction of the control room 11 emotional. The active lowering of the control pressure in the control room 11 is by means of a control valve 12 causes, over which the control room 11 with the low pressure line 7 is connectable. Opens the control valve 12 hydraulic pressure medium flows via an outlet throttle 14 from the control room 11 in the Low-pressure line 7 off and the control pressure in the control room 11 sinks.

Zur Rückstellung des Pumpenkolbens 2 (2b) wird die Verbindung des Steuerraums 11 mit der Niederdruckleitung 7 über das Steuerventil 12 unterbrochen, so dass sich erneut Druck im Steuerraum 11 aufbauen kann. Der Steuerraum 11 ist hierzu über eine Zulaufdrossel 13 mit der Hochdruckleitung 6 verbunden. Da der Vorsteuerkolben 10 einen größeren Durchmesser als der Schieberkolben 9 aufweist, führt der Druckanstieg im Steuerraum 11 zu einer Kraftresultierenden, die den Vorsteuerkolben 10 und den Schieberkolben 9 wieder nach unten bewegt. In dieser Schaltstellung ist eine Verbindung der zweiten Kammer 4.2 des Antriebsraums 4 der Kolbenpumpe 1 mit der Hochdruckleitung 6 hergestellt, während die erste Kammer 4.1 mit der Niederdruckleitung 7 verbunden ist. Die auf den Antriebskolben 19 des Pumpenkolbens 2 wirkende Kraftresultierende führt schließlich zur Rückstellung des Pumpenkolbens 2.To reset the pump piston 2 ( 2 B) becomes the connection of the control room 11 with the low pressure line 7 via the control valve 12 interrupted, so again pressure in the control room 11 can build up. The control room 11 This is via an inlet throttle 13 with the high pressure line 6 connected. Since the pilot piston 10 a larger diameter than the spool 9 has leads, the pressure increase in the control room 11 to a force resulting, the pilot piston 10 and the spool 9 moved down again. In this switching position is a connection of the second chamber 4.2 of the drive room 4 the piston pump 1 with the high pressure line 6 produced while the first chamber 4.1 with the low pressure line 7 connected is. The on the drive piston 19 of the pump piston 2 acting force resulting finally leads to the provision of the pump piston 2 ,

Etwas detailliertere Darstellungen des 4/2-Wegeventils 5 und des Steuerventils 12 zur hydraulischen Vorsteuerung des 4/2-Wegeventils 5 sind den 3 und 4 zu entnehmen. Die 3 macht deutlich, dass das Steuerventil 12 analog einem Magnetventil zur Steuerung einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors aufgebaut sein kann, so dass zum Teil gleiche Komponenten verbaut werden können. Analog einem Kraftstoffinjektor kann der Steuerraum 11 in einer Führungshülse 27 ausgebildet sein, in der - anstelle einer Düsennadel - der Vorsteuerkolben 10 abschnittsweise aufgenommen ist. Die Führungshülse 27 bildet zugleich einen Ventilsitz 28 für ein Ventilschließelement 29 des Steuerventils 12 aus, wobei in den Ventilsitz 28 die Ablaufdrossel 14 mündet (siehe 4).Slightly more detailed illustrations of the 4/2-way valve 5 and the control valve 12 for hydraulic pilot control of the 4/2-way valve 5 are the 3 and 4 refer to. The 3 makes it clear that the control valve 12 can be constructed analogously to a solenoid valve for controlling a nozzle needle of a fuel injector, so that in part the same components can be installed. Analogous to a fuel injector, the control room 11 in a guide sleeve 27 be formed in the - instead of a nozzle needle - the pilot piston 10 is added in sections. The guide sleeve 27 at the same time forms a valve seat 28 for a valve closing element 29 of the control valve 12 out, taking in the valve seat 28 the outlet throttle 14 flows (see 4 ).

Wie ferner der 4 zu entnehmen ist, weist der Vorsteuerkolben 10 an seinem dem Steuerraum 11 abgewandten Ende einen Ringbund zur Ausbildung einer ersten und einer zweiten Schulter 15, 16 auf, die jeweils mit einem gehäuseseitigen Anschlag 17, 18 zusammenwirken. Über die Schultern 15, 16 und die Anschläge 17, 18 sind die Endlagen des Vorsteuerkolbens 10 und des Schieberkolbens 9 vorgebbar. Denn der unten am Schieberkolben 9 anliegende Hochdruck stellt sicher, dass auf den Schieberkolben 9 eine hydraulische Druckkraft wirkt, die den Schieberkolben 9 in Kontakt mit dem Vorsteuerkolben 10 hält.How further the 4 can be seen, the pilot piston 10 at his the control room 11 opposite end a collar to form a first and a second shoulder 15 . 16 on, each with a housing-side stop 17 . 18 interact. Over the shoulders 15 . 16 and the attacks 17 . 18 are the end positions of the pilot spool 10 and the spool 9 predetermined. Because of the bottom of the spool 9 fitting high pressure ensures that on the spool 9 a hydraulic pressure force acts on the spool 9 in contact with the pilot spool 10 holds.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2541062 A1 [0003]EP 2541062 A1 [0003]

Claims (10)

Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe, umfassend eine Kolbenpumpe (1) zur Förderung des kryogenen Kraftstoffs auf Hochdruck, wobei die Kolbenpumpe (1) einen hin und her beweglichen Pumpenkolben (2) aufweist, der einerseits einen Kompressionsraum (3) und andererseits einen mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbaren Antriebsraum (4) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsraum (4) durch den Pumpenkolben (2) in eine erste Kammer (4.1) und eine zweite Kammer (4.2) unterteilt ist und beide Kammern (4.1, 4.2) gegengleich über ein hydraulisch vorgesteuertes Wegeventil (5) abwechselnd mit einer Hochdruckleitung (6) und einer Niederdruckleitung (7) verbindbar sind.A fuel delivery device for cryogenic fuels, comprising a piston pump (1) for delivering the cryogenic fuel to high pressure, said piston pump (1) having a reciprocating pump piston (2), on the one hand a compression chamber (3) and on the other hand with a hydraulic pressure medium limited drive space (4), characterized in that the drive space (4) by the pump piston (2) in a first chamber (4.1) and a second chamber (4.2) is divided and both chambers (4.1, 4.2) gegengleich via a hydraulic pilot operated directional control valve (5) alternately with a high pressure line (6) and a low pressure line (7) are connectable. Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulisch vorgesteuerte Wegeventil (5) ein 4/2-Wegeventil ist, das vorzugsweise in die Kolbenpumpe (1) integriert oder an die Kolbenpumpe (1) angebaut ist.Fuel delivery after Claim 1 , characterized in that the hydraulically piloted directional control valve (5) is a 4/2-way valve, which is preferably integrated in the piston pump (1) or attached to the piston pump (1). Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulisch vorgesteuerte Wegeventil (5) einen in einer Hülse (8) zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herbeweglich aufgenommenen Schieberkolben (9) umfasst, der unmittelbar oder mittelbar über einen Vorsteuerkolben (10) einen Steuerraum (11) begrenzt, der an die Hochdruckleitung (6) angeschlossen und über ein Steuerventil (12) mit der Niederdruckleitung (7) verbindbar ist.Fuel delivery after Claim 1 or 2 , characterized in that the hydraulically pilot-operated directional control valve (5) comprises a slide piston (9) reciprocably received in a sleeve (8) between two switch positions, which directly or indirectly limits a control chamber (11) via a pilot piston (10), which is connected to the high pressure line (6) and via a control valve (12) with the low pressure line (7) is connectable. Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (11) über eine Zulaufdrossel (13) an die Hochdruckleitung (7) angeschlossen ist und/oder der Steuerraum (11) mit der Niederdruckleitung (7) über eine Ablaufdrossel (14) verbindbar ist.Fuel delivery after Claim 3 , characterized in that the control chamber (11) via an inlet throttle (13) to the high pressure line (7) is connected and / or the control chamber (11) with the low pressure line (7) via an outlet throttle (14) is connectable. Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberkolben (9) auf der dem Steuerraum (11) abgewandten Seite dauerhaft mit Hochdruck beaufschlagt ist.Fuel delivery after Claim 3 or 4 , characterized in that the slide piston (9) on the control chamber (11) facing away from the side is permanently subjected to high pressure. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerkolben (10) mindestens eine Schulter (15, 16) aufweist, die mit einem gehäuseseitigen Anschlag (17, 18) zusammenwirkt.Fuel delivery device according to one of Claims 3 to 5 , characterized in that the pilot piston (10) has at least one shoulder (15, 16) which cooperates with a housing-side stop (17, 18). Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (2) der Kolbenpumpe (1) mehrteilig ausgeführt ist und einen im Antriebsraum (4) aufgenommenen Antriebskolben (19) umfasst, der zur Begrenzung der beiden Kammern (4.1, 4.2) einen vergrößerten Außendurchmesser aufweist.Fuel delivery device according to one of the preceding claims, characterized in that the pump piston (2) of the piston pump (1) is designed in several parts and comprises a drive piston (19) accommodated in the drive chamber (4), which for limiting the two chambers (4.1, 4.2) having enlarged outer diameter. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe (1) über die Hochdruckleitung (6) mit der Druckseite einer Hydraulikpumpe (20) verbunden ist, die vorzugsweise ebenfalls als Kolbenpumpe ausgeführt ist.Fuel delivery device according to one of the preceding claims, characterized in that the piston pump (1) via the high-pressure line (6) to the pressure side of a hydraulic pump (20) is connected, which is preferably also designed as a piston pump. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hochdruckleitung (6) ein Zwischenspeicher (21) angeordnet ist.Fuel delivery device according to one of the preceding claims, characterized in that a buffer store (21) is arranged in the high-pressure line (6). Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe (1) über die Niederdruckleitung (7) mit einer Rücklaufleitung (22) und/oder mit einem Tank (23) zur Bevorratung des hydraulischen Druckmittels verbunden ist.Fuel delivery device according to one of the preceding claims, characterized in that the piston pump (1) via the low-pressure line (7) with a return line (22) and / or with a tank (23) for storing the hydraulic pressure medium is connected.
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