DE102018203697A1 - Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe - Google Patents

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Abstract

Kraftstofffördereinrichtung (100) für kryogene Kraftstoffe mit einem Tank (30), einer Hochdruckförderpumpe (1) und einer der Hochdruckförderpumpe (1) mit kryogenem Kraftstoff aus dem Tank (30) zuführbaren Zulaufleitung (18), wobei die Hochdruckförderpumpe (1) ein Pumpengehäuse (2) aufweist. Das Pumpengehäuse (2) weist eine Längsbohrung (17) auf, in der ein mit der Zulaufleitung (18) verbundener Ansaugraum (48) ausgebildet ist, wobei der Ansaugraum (48) mit einer Rückführleitung (22) verbindbar ist und wobei in dem Ansaugraum (48) ein längsbeweglicher Kolben (40) angeordnet ist Darüber hinaus bildet eine Steuerkante (73) des Kolbens (40) mit einer Kanalöffnung (74) der Rückführleitung (22) ein Schieberventil (40') aus, so dass die Kanalöffnung (74) der Rückführleitung (22) mittels des Kolbens (40) verschließbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese Kraftstofffördereinrichtung findet beispielsweise Anwendung bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen mit einem kryogenen Kraftstoff-Antrieb, insbesondere mit Erdgas.
  • Stand der Technik
  • In der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 10 2017 219 784 ist eine Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe beschrieben. Die Kraftstofffördereinrichtung umfasst eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe. Weiterhin weist die Hochdruckpumpe einen Pumpenkopf auf, in dem ein Kompressionsraum ausgebildet ist, welcher durch einen hin- und herbeweglichen Kolben begrenzt wird. Darüber hinaus ist in die Hochdruckpumpe ein Kaltfahrventil integriert, über welches der Kompressionsraum und/oder ein Niederdruckraum der Hochdruckpumpe mit einem Tank verbindbar ist bzw. sind.
  • Wird die Hochdruckpumpe nach einer Betriebspause wieder in Betrieb genommen, weist diese typischerweise Umgebungstemperatur auf. Der kryogene Kraftstoff aus dem Tank weist jedoch eine Speichertemperatur von beispielsweise -160°C auf, so dass bei einer Förderung des kryogenen Kraftstoffs in den Pumpenkopf der Hochdruckpumpe dieser sofort verdampft. Daher ist in der Hochdruckpumpe der DE 10 2017 219 784 ein Kaltfahrventil integriert, wodurch der Kompressionsraum und/oder der Niederdruckraum mit dem Tank verbindbar ist, so dass der Pumpenkopf der Hochdruckpumpe mit kryogenem Kraftstoff vor Inbetriebnahme gespült wird, um diesen für den Betrieb zu kühlen.
  • Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Kühlverfahren anzugeben, bei dem das Kaltfahrventil entfallen kann.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass in einfacher und kostengünstiger Weise bauraumoptimiert die Funktion des Kaltfahrventils in den Niederdruckspeicher integriert ist.
  • Dazu weist die Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe einen Tank, eine Hochdruckförderpumpe und eine Zulaufleitung auf, über die der Hochdruckförderpumpe kryogener Kraftstoff aus dem Tank zuführbar ist. Die Hochdruckförderpumpe weist weiterhin ein Pumpengehäuse auf, das eine Längsbohrung aufweist, in der ein mit der Zulaufleitung verbundener Ansaugraum ausgebildet ist. Der Ansaugraum ist mit einer Rückführleitung verbindbar, wobei in dem Ansaugraum ein längsbeweglicher Kolben angeordnet ist. Darüber hinaus bildet eine Steuerkante des Kolbens mit einer Kanalöffnung der Rückführleitung ein Schieberventil aus, so dass die Kanalöffnung der Rückführleitung mittels des Kolbens verschließbar ist.
  • So kann in konstruktiv einfacher Weise die Durchspülung der Hochdruckförderpumpe über den Druck in dem Ansaugraum gesteuert werden, ohne dass zusätzlicher Bauraum notwendig ist oder ein zusätzliches Ventil benötigt wird.
  • In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Kolben auf einer Seite eine Öffnung aufweist, in welcher eine Kolbenfeder angeordnet ist, die sich einerseits an dem Kolben und andererseits an einem ersten Stützelement abstützt und den Kolben mit einer Kraft in Richtung einer Stufe der Längsbohrung beaufschlagt. So kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass der Kolben die Kanalöffnung verschließt, wenn der erforderliche Druck für die Öffnung der Rückführleitung nicht vorhanden ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass in dem Kolben ein weiteres Stützelement angeordnet ist, welches fest mit dem Kolben verbunden ist, wobei zwischen dem weiteren Stützelement und einem Absatz des ersten Stützelements eine Druckfeder angeordnet ist.
  • Vorteilhafterweise weist der Ansaugraum in Richtung des ersten Stützelements eine stufenförmige Verbreiterung mit einer Kante auf, wobei sich eine Druckfeder an der Kante abstützt und die Druckfeder bei einer Längsbewegung des Kolbens von dem Kolben mitnehmbar ist. Durch den Einsatz der zusätzlichen Federn kann der erforderliche Druck für die Öffnung der Rückführleitung variiert werden.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kolben den Ansaugraum in einen ersten Ansaugteilraum und einen zweiten Ansaugteilraum aufteilt. So kann in einfacher Weise ein Druckgefälle, welches für die Ansteuerung des Schieberventils nötig ist, hergestellt werden.
  • In vorteilhafter Weise ist es vorgesehen, dass die Rückführleitung mit dem Tank verbunden ist, so dass bei Öffnung der Rückführleitung der Kraftstoffkreislauf geschlossen ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in der Längsbohrung ein längsbeweglicher Pumpenkolben angeordnet ist, welcher einen Hochdruckraum begrenzt. Vorteilhafterweise ist der Pumpenkolben mittels einer Feder mit einer Kraft entgegen der Richtung des Ansaugraums beaufschlagt. Durch Längsbewegung des Pumpenkolbens kann der kryogene Kraftstoff bei Betrieb komprimiert und durch die Hochdruckförderpumpe gefördert werden.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass zwischen der Längsbohrung und dem Pumpenkolben ein Niederdruckbereich ausgebildet ist, welcher über einen Leckagespalt mit dem Hochdruckraum verbunden ist. Vorteilhafterweise weist der Pumpenkolben in der Längsbohrung einen Führungsabschnitt auf, zwischen dem und dem Pumpenkolben der Leckagespalt ausgebildet ist und in welchem Leckagespalt eine erste Dichtung in Form von mehreren Kolbenringelementen angeordnet sind. So kann in konstruktiv einfacher Weise die Abdichtung des Hochdruckraums von dem Niederdruckbereich gewährleistet werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Ansaugraum über mindestens einen Kanal mit dem Hochdruckraum verbindbar ist. Vorteilhafterweise kann der mindestens eine Kanal mittels eines Saugventils geöffnet oder geschlossen werden.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist das Saugventil in dem Ansaugraum von einem Hülsenelement umgeben, an dem sich eine Feder abstützt und die Feder das Saugventil mit einer Kraft in Richtung des Ansaugraums beaufschlagt. So kann auf einfache Art und Weise das Saugventil gegen den mindestens einen Kanal gedrückt werden, so dass eine Verbindung zwischen dem Ansaugraum und dem Hochdruckraum geschlossen ist.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass in dem Tank eine weitere Förderpumpe angeordnet ist, welche Kraftstoff aus dem Tank über die Zulaufleitung in den Ansaugraum der Hochdruckförderpumpe fördert. Dies ermöglicht eine variable Anordnung der Hochdruckförderpumpe, so dass diese beispielsweise relativ nahe zum Tankbehälter, oder aber relativ nahe zur Brennkraftmaschine angeordnet werden kann.
  • Figurenliste
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung dargestellt. Es zeigt
    • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung im Längsschnitt,
    • 2a eine vergrößerte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung aus der 1 im Bereich des Ansaugraums im Längsschnitt,
    • 2b eine vergrößerte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung aus der 1 im Bereich des Ansaugraums im Längsschnitt,
    • 2c eine vergrößerte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung aus der 1 im Bereich des Ansaugraums im Längsschnitt,
    • 3a eine vergrößerte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung im Bereich des Ansaugraums im Längsschnitt,
    • 3b eine vergrößerte Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung aus der 3a im Bereich des Ansaugraums im Längsschnitt,
    • 3c eine vergrößerte Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung aus der 3a im Bereich des Ansaugraums im Längsschnitt,
    • 4a eine vergrößerte Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung im Bereich des Ansaugraums im Längsschnitt,
    • 4b eine vergrößerte Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung aus der 4a im Bereich des Ansaugraums im Längsschnitt,
    • 4c eine vergrößerte Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung aus der 4a im Bereich des Ansaugraums im Längsschnitt,
    • 5a Druckverlauf in Abhängigkeit der Zeit für das erste Ausführungsbeispiel,
    • 5b Druckverlauf in Abhängigkeit der Zeit für das zweite Ausführungsbeispiel,
    • 5c Druckverlauf in Abhängigkeit der Zeit für das dritte Ausführungsbeispiel.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung 100 für kryogenen Kraftstoff, beispielsweise Erdgas, im Längsschnitt gezeigt. Die Kraftstofffördereinrichtung 100 weist einen Tank 30, eine Hochdruckförderpumpe 1 und eine Zulaufleitung 18 auf, welche den Tank 30 mit der Hochdruckförderpumpe 1 verbindet.
  • Der Tank 30 dient der Speicherung des auf eine Temperatur von beispielsweise -110°C oder weniger herabgekühlten Kraftstoffs. Hierzu weist der Tank 30 einen Innentank 301 und einen Außentank 302 auf, welche durch einen Zwischenraum 303 getrennt sind. Der Zwischenraum 303 ist üblicherweise evakuiert, so dass nur ein sehr geringer Wärmeeintrag aus der Umgebung in den Tank 30 erfolgen kann. Der Innentank 301 ist bis zu einem Füllpegel 51 mit flüssigem Anteil des Kraftstoffs gefüllt. Oberhalb des Füllpegels 51 liegt der Kraftstoff in seiner gasförmigen Phase vor.
  • Der Tank 30 ist insbesondere in dem flüssigen Anteil des Kraftstoffs von einer Förderpumpe 34 durchsetzt, welche den Kraftstoff aus dem Tank 30 über die Zulaufleitung 18 in Richtung der Hochdruckförderpumpe 1 fördert. Dabei ist in der Zulaufleitung 18 ein Absperrventil 44 angeordnet, welches bei nicht betriebener Kraftstofffördereinrichtung 100 geschlossen ist, um ein Rückströmen von gasförmigen Anteilen des Kraftstoffs aus der Hochdruckförderpumpe 1 in den Tank 30 zu verhindern. Der Tank 30 umfasst darüber hinaus ein Druckbegrenzungsventil 45, so dass bei Überschreitung eines maximalen Grenzdrucks in dem Tank 30 Gas an die Umgebung abgegeben werden kann.
  • Die Hochdruckförderpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf, in dem eine stufenförmige Längsbohrung 17 ausgebildet ist. In der Längsbohrung 17 ist ein längsbeweglicher Pumpenkolben 4 angeordnet, welcher in der Längsbohrung 17 einen Führungsabschnitt 19 aufweist, zwischen dem und der Längsbohrung 17 ein Leckagespalt 79 ausgebildet ist. Mit einem Ende 46 begrenzt der Pumpenkolben 4 einen Hochdruckraum 12, welcher mit einer Leitung 16 mittels eines Überdruckventils 52 mit einem Hochdruckspeicher verbindbar ist.
  • Weiterhin ist in der Längsbohrung 17 ein Ansaugraum 48 ausgebildet, welcher mit der Zulaufleitung 18 verbunden ist und von welchem zwei Kanäle 53 in den Hochdruckraum 12 münden. In dem Ansaugraum 48 ist ein längsbewegbares Saugventil 14 angeordnet, welches in der Längsbohrung 17 einen Führungsabschnitt 55 aufweist und mit einem tellerförmigen Ende 54 in den Hochdruckraum 12 hineinragt. In dem Ansaugraum 48 ist das Saugventil 14 von einem Hülsenelement 36 umgeben und mit diesem fest verbunden, an welchem sich einerseits eine Feder 38 abstützt. Andererseits stützt sich die Feder 38 an dem Pumpengehäuse 2 ab und drückt das Saugventil 14 an einen in dem Pumpengehäuse 2 ausgebildeten Ventilsitz 56, so dass das Saugventil 14 mit seinem tellerförmigen Ende 54 die Kanäle 53 sperrt. Weiterhin ist in dem Ansaugraum 48 ein längsbeweglicher Kolben 40 angeordnet. Darüber hinaus ist der Ansaugraum 48 über eine Rückführleitung 22 mit dem Tank 30 verbunden.
  • Zwischen der Längsbohrung 17 und dem Pumpenkolben 4 ist ein Niederdruckbereich 26 ausgebildet. Der Pumpenkolben 4 ist von einer ersten Dichtung 10 umgeben, hier als Kolbenringe ausgebildet, durch welche der Hochdruckraum 12 von dem Niederdruckbereich 26 abgedichtet ist, so dass lediglich über den Leckagespalt 79 Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 12 in den Niederdruckbereich 26 eintreten kann. An der dem Hochdruckraum 12 abgewandten Seite grenzt der Niederdruckbereich 26 an einen Umgebungsdruckbereich 25 mit beispielsweise 1 bar, wobei der Niederdruckbereich 26 mittels einer zweiten Dichtung 8, hier als Dichtringe ausgebildet, von dem Umgebungsdruckbereich 25 abgedichtet ist. Der Umgebungsdruckbereich 25 ist über einen Kanal 6 mit der Umgebung verbind bar.
  • Mit seinem dem Ansaugraum 48 abgewandten Ende ist der Pumpenkolben 4 in einem Steuerraum 47 angeordnet, wobei der Kraftstoffdruck in dem Steuerraum 47 über einen Kanal 5 abbaubar ist. Der Steuerraum 47 ist über Dichtungen 57 von dem Umgebungsdruckbereich 25 abgedichtet. Weiterhin ist in dem Steuerraum 47 eine Feder 24 angeordnet, welche den Pumpenkolben 4 in Richtung einer Öffnung 58 kraftbeaufschlagt. Die Öffnung 58 ist dabei mit einem nicht gezeigten Hydrauliksystem zum Antrieb der Hochdruckförderpumpe 1 verbunden.
  • Die Funktionsweise der Kraftstofffördereinrichtung 100 ist wie folgt:
  • Bei Betrieb der Kraftstofffördereinrichtung 100 fördert die Vorförderpumpe 34 Kraftstoff aus dem Tank 30 über die Zulaufleitung 18 in Richtung Ansaugraum 48 der Hochdruckförderpumpe 1. Der Druck des geförderten flüssigen Kraftstoffs liegt beispielsweise nicht höher als 20 bar. Durch Längsbewegungen des Saugventils 14 und des Pumpenkolbens 4 wird der Kraftstoff durch die Hochdruckförderpumpe 1 gefördert. Dabei bewegt sich der Pumpenkolben 4 in Richtung der Öffnung 58, wodurch in dem Hochdruckraum 12 ein Unterdruck erzeugt wird, so dass das Saugventil 14 die Kanäle 53 freigibt. So ist eine Strömung von kryogenem Kraftstoff zwischen dem Hochdruckraum 12 und dem Ansaugraum 48 freigegeben. So wird der kryogene Kraftstoff auf einen angesprochenen Systemdruck von beispielsweise 500 bar komprimiert. Der komprimierte Kraftstoff kann dann beispielsweise Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine zugeführt werden.
  • Bei einem erstmaligen Betrieb oder einer Wiederaufnahme des Betriebs der Kraftstofffördereinrichtung 100 wird die Hochdruckförderpumpe 4 mit kryogenem Kraftstoff gespült, um diese zu kühlen und eine Verdampfung des kryogenen Kraftstoffs unmittelbar nach Eintritt in die Hochdruckförderpumpe 4 zu verhindern und möglichen Verlusten vorzubeugen.
  • 2a zeigt eine vergrößerte Darstellung des Ausführungsbeispiels aus der 1 im Bereich des Ansaugraums 48 im Längsschnitt. Der Kolben 40 teilt den Ansaugraum 48 in einen ersten Ansaugteilraum 49 und einen zweiten Ansaugteilraum 50. Mit einer Steuerkante 73 bildet der Kolben mit einer Kanalöffnung 74 der Rückführleitung 22 ein Schieberventil 40' aus, so dass die Kanalöffnung 74 der Rückführleitung 22 mittels des Kolbens 40 verschließbar ist und hier auch verschlossen ist.
  • Weiterhin weist der Kolben 40 in Richtung des zweiten Ansaugteilraums 50 eine Öffnung 75 auf, in welcher eine Kolbenfeder 41 angeordnet ist. Diese stützt sich einerseits an dem Kolben 40 und andererseits an einem in dem Ansaugraum 48 und mit dem Pumpengehäuse 2 fest verbundenen ersten Stützelement 42 ab. Dabei drückt die Kolbenfeder 41 den Kolben 40 mit einer Kraft in Richtung einer Stufe 76 der Längsbohrung 17. Wird der Druck an der Förderpumpe 34 erhöht, beispielsweise auf 10 bar angehoben, so strömt der kryogene Kraftstoff aus dem Tank 30 über die Förderpumpe 34 und die Zulaufleitung 18 in den ersten Ansaugteilraum 49. Dort steigt aufgrund des nachströmenden Kraftstoffs der Druck immer weiter an, bis diese Druckkraft auf den Kolben 40 größer ist als die Kraft der Kolbenfeder 41. Der Kolben 40 bewegt sich in Richtung des ersten Stützelements 42, wie in 2b gezeigt. In 2c öffnet das Schieberventil 40' die Kanalöffnung 74 der Rückführleitung 22, so dass der Kraftstoffkreislauf geschlossen ist, der erste Ansaugteilraum 49 mit dem Tank 30 verbunden ist und der Ansaugraum 48 der Hochdruckförderpumpe 1 mit kryogenem Kraftstoff gespült wird.
  • Die 2a, 2b und 2c zeigen ein kontinuierliches Öffnungsverhalten des Schieberventils 40', bei dem der Druck des kryogenen Kraftstoffs einen linearen Verlauf aufweist. Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele aufgeführt, bei denen ab einem bestimmten Punkt mehr Druck aufgewandt werden muss, um das Schieberventil 40' zu öffnen, so dass ein diskontinuierliches Öffnungsverhalten des Schieberventils 40' erreicht wird.
  • 3a zeigt eine vergrößerte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung 100 im Bereich des Ansaugraums 48 im Längsschnitt. Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise entsprechen weitestgehend dem ersten Ausführungsbeispiel. Hier ist in dem zweiten Ansaugteilraum 50 ein weiteres Stützelement 71 angeordnet, welches fest mit dem Kolben 40 verbunden ist. Zwischen einem Absatz 77 des ersten Stützelements 42 und dem weiteren Stützelement 71 ist eine Druckfeder 70 angeordnet. Wird der Druck an der Förderpumpe 34 wieder erhöht, um eine Spülung des Ansaugraums 48 einzuleiten, so bewegt sich der Kolben 40 wieder in Richtung des ersten Stützelements 42, wobei bis zum Aufsitzen des weiteren Stützelements 71 auf der Druckfeder 70, wie in 3b gezeigt, ein linearer Druckverlauf wie in den 2a, 2b und 2c herrscht. Mit Aufsitzen des weiteren Stützelements 71 auf der Druckfeder 70 muss nun mehr Druck aufgewandt werden, damit die Kanalöffnung 74 vom Schieberventil 40' freigegeben wird, wie in 3c gezeigt.
  • 4a zeigt eine vergrößerte Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung 100 im Bereich des Ansaugraums 48 im Längsschnitt. Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise entsprechen weitestgehend dem ersten Ausführungsbeispiel. Hier weist der zweite Ansaugraum 50 eine stufenförmige Verbreiterung mit einer Kante 78 auf, an welcher sich eine Druckfeder 70 abstützt. Die Druckfeder 70 ist im Gegensatz zu der Feder 70 im zweiten Ausführungsbeispiel vorgespannt. Wird der Druck an der Förderpumpe 34 wieder erhöht, um eine Spülung des Ansaugraums 48 einzuleiten, so bewegt sich der Kolben 40 wieder in Richtung des ersten Stützelements 42, wobei bis zum Aufsitzen des Kolbens 40 auf der Druckfeder 70, wie in 4b gezeigt, ein linearer Druckverlauf wie in den 2a, 2b und 2c herrscht. Mit Aufsitzen des Kolbens 40 auf der Druckfeder 70 muss nun noch mehr Druck aufgewandt werden im Vergleich zum zweiten Ausführungsbeispiel, damit die Kanalöffnung 74 vom Schieberventil 40' freigegeben wird, wie in 3c gezeigt.
  • In den 5a, 5b und 5c sind die verschiedenen Druckverläufe für die drei Ausführungsbeispiele dargestellt. Dabei ist der Druck 60 des kryogenen Kraftstoffs in Abhängigkeit der Zeit 61 aufgetragen.
  • 5a zeigt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen kontinuierlich linearen Druckverlauf 62.
  • In der 5b ist ein Druckverlauf 63 des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt. Mit Aufsetzen des weiteren Stützelements 71 auf der Druckfeder 70 muss für die Längsbewegung des Kolbens 40 mehr Druck auf den Kolben 40 aufgewandt werden, so dass ein Knick 65 in dem Druckverlauf 63 zu erkennen ist.
  • Im dritten Ausführungsbeispiel, wobei dessen Druckverlauf 64 in 5c gezeigt ist, muss im Vergleich zum zweiten Ausführungsbeispiel nach Aufsitzen des Kolbens 40 auf der vorgespannten Druckfeder 70 deutlich mehr Druck auf den Kolben 40 aufgewandt werden, um die Längsbewegung des Kolbens 40 zu gewährleisten, so dass aufgrund der Vorspannung der Feder 70 ein Sprung 66 in dem Druckverlauf 64 erkennbar ist.
  • Der Vorteil der weiteren Druckfeder 70 liegt darin, dass auch bei kleinen Druckschwankungen während des Betriebs der Hochdruckförderpumpe 1 die Kanalöffnung 74 der Rückführleitung 22 geschlossen bleibt und so keine unbeabsichtigten Absteuermengen entstehen.
  • Weiterhin bleibt der kryogene Kraftstoff bei höherem Druck länger im flüssigen Zustand, wodurch die Effizienz der Kühlung verbessert wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017219784 [0002, 0003]

Claims (14)

  1. Kraftstofffördereinrichtung (100) für kryogene Kraftstoffe mit einem Tank (30), einer Hochdruckförderpumpe (1) und einer Zulaufleitung (18), über welche Zulaufleitung (18) der Hochdruckförderpumpe (1) kryogener Kraftstoff aus dem Tank (30) zuführbar ist, wobei die Hochdruckförderpumpe (1) ein Pumpengehäuse (2) aufweist, das eine Längsbohrung (17) aufweist, in der ein mit der Zulaufleitung (18) verbundener Ansaugraum (48) ausgebildet ist, welcher Ansaugraum (48) mit einer Rückführleitung (22) verbindbar ist und in welchem Ansaugraum (48) ein längsbeweglicher Kolben (40) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerkante (73) des Kolbens (40) mit einer Kanalöffnung (74) der Rückführleitung (22) ein Schieberventil (40') ausbildet, so dass die Kanalöffnung (74) der Rückführleitung (22) mittels des Kolbens (40) verschließbar ist.
  2. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (40) auf einer Seite eine Öffnung (75) aufweist, in welcher eine Kolbenfeder (41) angeordnet ist, welche sich einerseits an dem Kolben (40) und andererseits an einem ersten Stützelement (42) abstützt und den Kolben (40) mit einer Kraft in Richtung einer Stufe (76) der Längsbohrung (17) beaufschlagt.
  3. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kolben (40) ein weiteres Stützelement (71) angeordnet ist, welches fest mit dem Kolben (40) verbunden ist, wobei zwischen dem weiteren Stützelement (71) und einem Absatz (77) des ersten Stützelements (42) eine Druckfeder (70) angeordnet ist.
  4. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugraum (48) in Richtung des ersten Stützelements (42) eine stufenförmige Verbreiterung mit einer Kante (78) aufweist, wobei sich eine vorgespannte Druckfeder (70) an der Kante (78) abstützt und die Druckfeder (70) bei einer Längsbewegung des Kolbens (40) von dem Kolben (40) mitnehmbar ist.
  5. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (40) den Ansaugraum (48) in einen ersten Ansaugteilraum (49) und einen zweiten Ansaugteilraum (50) aufteilt.
  6. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (22) mit dem Tank (30) verbunden ist.
  7. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Längsbohrung (17) ein längsbeweglicher Pumpenkolben (4) angeordnet ist, welcher einen Hochdruckraum (12) begrenzt.
  8. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (4) mittels einer Feder (24) mit einer Kraft entgegen der Richtung des Ansaugraums (48) beaufschlagt ist.
  9. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Längsbohrung (17) und dem Pumpenkolben (4) ein Niederdruckbereich (26) ausgebildet ist, welcher über einen Leckagespalt (79) mit dem Hochdruckraum (12) verbunden ist.
  10. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (4) in der Längsbohrung (17) einen Führungsabschnitt (19) aufweist, zwischen dem und dem Pumpenkolben (4) der Leckagespalt (79) ausgebildet ist und in welchem Leckagespalt (79) eine erste Dichtung (10) in Form von mehreren Kolbenringelementen angeordnet sind.
  11. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugraum (48) über mindestens einen Kanal (53) mit dem Hochdruckraum (12) verbindbar ist.
  12. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (53) mittels eines Saugventils (14) geöffnet oder geschlossen werden kann.
  13. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugventil (14) in dem Ansaugraum (48) von einem Hülsenelement (36) umgeben ist, an dem sich eine Feder (38) abstützt und die Feder (38) das Saugventil (14) mit einer Kraft in Richtung des Ansaugraums (48) beaufschlagt.
  14. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tank (30) eine weitere Förderpumpe (34) angeordnet ist, welche Kraftstoff aus dem Tank (30) über die Zulaufleitung (18) in den Ansaugraum (48) der Hochdruckförderpumpe (1) fördert.
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