EP3724501B1 - Kraftstofffördereinrichtung für kryogene kraftstoffe - Google Patents

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EP3724501B1
EP3724501B1 EP18800579.7A EP18800579A EP3724501B1 EP 3724501 B1 EP3724501 B1 EP 3724501B1 EP 18800579 A EP18800579 A EP 18800579A EP 3724501 B1 EP3724501 B1 EP 3724501B1
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EP
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delivery device
pump piston
fuel delivery
hollow cylinder
pressure chamber
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Dirk SCHNITTGER
Friedrich Howey
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F04B2015/081—Liquefied gases

Definitions

  • a pressure equalization is effected, which leads to the formation of a hydraulic stop that limits the working stroke of the pump piston.
  • the hydraulic stop prevents mechanical impact, so that the load on the pump piston is further reduced. This means that the wear on the pump piston is further reduced and the service life of the piston pump is further increased. Furthermore, the hydraulic stop reduces the noise generated during operation of the piston pump.
  • the upper end position of the pump piston is also specified via the hydraulic stop.
  • the position of the connecting channel in relation to the pump piston is therefore to be selected in such a way that the pump piston releases the connecting channel shortly before reaching the upper end position.
  • the pressure equalization that then occurs leads to the formation of the hydraulic stop which limits the working stroke of the pump piston.
  • a check valve is preferably arranged, which prevents the hydraulic pressure medium from flowing back from the storage volume into the first pressure chamber. This means that the connection channel can only be flown through in one direction, namely from the first pressure chamber in the direction of the storage volume or the further pressure chamber. This ensures that the hydraulic pressure required for resetting the pump piston can be built up in the storage volume and the further pressure chamber.
  • the storage volume can be connected to a leakage line via a pressure limiting valve.
  • a pressure limiting valve With the aid of the pressure relief valve, a maximum hydraulic pressure can be set in the storage volume and in the further pressure chamber. Since the maximum pressure in the storage volume and in the further pressure chamber depends on the design of the hydraulic stop, this can also be used to influence the upper end position of the pump piston.
  • a pressure relief valve is not necessary if the storage volume can be relieved in some other way.
  • the storage volume can be connected to a low-pressure space via at least one relief channel formed in the hollow cylinder or via at least one relief opening formed in the storage sleeve.
  • the relief opening in the storage sleeve can be designed, for example, as a simple radial bore, so that this embodiment can be implemented in a particularly simple manner.
  • the storage sleeve preferably has a plurality of relief openings, which are furthermore preferably arranged at the same angular distance from one another.
  • the at least one relief opening formed in the storage sleeve is preferably closed.
  • the relief opening is only released when the storage sleeve has a predetermined stroke relative to the hollow cylinder, so that hydraulic pressure medium can flow out of the storage volume into the low-pressure space.
  • the resulting pressure equalization between the storage volume and the low-pressure space causes a hydraulic limitation of the stroke of the storage sleeve before it reaches a mechanical stop. In this way, wear on the storage sleeve can be reduced. At the same time, the noise emissions can be further reduced.
  • At least one relief channel is provided in the hollow cylinder instead of the at least one relief opening in the storage sleeve, the mode of operation is essentially the same. This means that the relief channel is only released when the storage sleeve has reached a predetermined position.
  • the storage volume can be connected to a low-pressure space via an annular gap between the hollow cylinder and the storage sleeve.
  • the annular gap creates a circumferential opening of the storage volume to the low-pressure space, so that neither a relief opening in the storage sleeve nor a relief channel is required in the hollow cylinder. This enables a rotationally symmetrical design of at least the storage sleeve, so that its manufacture is simplified.
  • the circumferential annular gap also ensures that the hydraulic pressure medium flows off quickly and evenly from the storage volume into the low-pressure space.
  • the low-pressure space is advantageously connected to a tank for the hydraulic pressure medium via a return line and / or via the leakage line.
  • the amount of hydraulic pressure medium supplied to the low-pressure chamber is therefore not lost to the system.
  • the hydraulic pressure medium can be, for example, an oil, in particular an engine oil.
  • the hollow cylinder preferably has a stepped outer contour with an annular shoulder.
  • the dimensions of the storage volume in the radial direction can be specified via the width of the shoulder.
  • the storage sleeve delimiting the storage volume is arranged on the outer diameter of the hollow cylinder.
  • the annular shoulder of the hollow cylinder merges into a guide surface for the storage sleeve via a cone. If the overlap of the storage sleeve with the guide surface for opening the storage volume is briefly abandoned via a circumferential annular gap, the cone facilitates the return of the storage sleeve or the re-immersion of the hollow cylinder in the storage sleeve.
  • the storage sleeve have a stepped inner contour to limit the storage volume.
  • the storage sleeve also preferably forms an annular shoulder, which furthermore preferably lies opposite the annular shoulder of the hollow cylinder on the storage volume, the distance between the two annular shoulders being variable by a stroke movement of the storage sleeve relative to the hollow cylinder.
  • the storage sleeve Due to the stepped inner contour, the storage sleeve has two different guide diameters. In the area of the larger guide diameter, via which the storage volume is limited in the radial direction, the inner contour of the storage sleeve preferably merges at the end via a cone into an end face. The cone in turn has the task of making it easier to re-immerse the hollow cylinder in the storage sleeve.
  • the pump piston 2 When the pump piston 2 has reached its upper end position (see Fig. 2 ), it releases a connecting channel 11 in which a check valve 12 is arranged, which enables an inflow of hydraulic pressure medium into the storage volume 8 and into the second pressure chamber 7. In this way, pressure equalization is achieved in the two pressure chambers 5, 7, which leads to the formation of a hydraulic stop. This means that the working stroke of the pump piston 2 is limited hydraulically, as a result of which the wear on the pump piston 2 is reduced.
  • the cone 22 of the hollow cylinder 4 connects the shoulder 21 with the guide surface 23 and the cone 25 of the storage sleeve 9 ends at an end face 26.
  • the annular gap 18 ensures a uniform outflow of the hydraulic pressure medium from the storage volume 8 into the low-pressure chamber 17.
  • the embodiments without pressure relief valve 13 have in common that the return spring 10 resets the storage sleeve 9 until the connection between the storage volume 8 and the low-pressure chamber 17 via the relief openings 16, the relief channel 15 or the annular gap 18 is closed again.
  • the construction is designed in such a way that the volume present at this point in time is sufficient to bring about the return of the pump piston 2.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Bei dem kryogenen Kraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas ("Natural Gas" = NG) handeln, das beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in flüssiger Form ("Liquefied Natural Gas" = LNG) in einem speziell dafür ausgelegten Tank bevorratet wird.
    • Stand der Technik
  • Aus der EP 2 541 062 A1 ist eine Kolbenpumpe für kryogene Kraftstoffe, insbesondere für Erdgas, mit einem hin- und herbeweglichen 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 Kopplerraum, der mit einem hydraulischen Druckmittel befüllbar ist, um den Pumpenkolben in einer Hubbewegung anzutreiben. Alternativ wird ein elektrischer, pneumatischer oder mechanischer Antrieb vorgeschlagen. Eine weitere Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe ist aus dem Dokument US 7 293 418 B2 bekannt.
  • Die meisten Kolbenpumpen, und zwar unabhängig von der jeweiligen Antriebsart, weisen eine Schraubendruckfeder zur Rückstellung des Pumpenkolbens auf. Die Schraubendruckfeder ist in der Regel am Pumpenkolben abgestützt, so dass auf den Pumpenkolben zusätzlich Torsions- und Querkräfte wirken. Insbesondere die Querkräfte führen zu einem erhöhten Verschleiß im Bereich der Führungen und/oder Dichtungen am Pumpenkolben, was sich wiederum negativ auf die Lebensdauer der Kolbenpumpe auswirkt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe mit einer Kolbenpumpe anzugeben, deren Lebensdauer gesteigert ist. Insbesondere soll der Verschleiß im Bereich von Führungen und/oder Dichtungen eines hin- und herbeweglichen Pumpenkolbens der Kolbenpumpe gemindert werden.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird die Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorgeschlagene Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe umfasst eine Kolbenpumpe zur Förderung des kryogenen Kraftstoffs auf Hochdruck, wobei die Kolbenpumpe einen hin- und herbeweglichen Pumpenkolben aufweist, der einenends einen Kompressionsraum und andernends einen in einem Hohlzylinder ausgebildeten Druckraum begrenzt, der mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist. Erfindungsgemäß weist der Pumpenkolben einen ringförmigen Absatz zur Begrenzung eines im Hohlzylinder ausgebildeten weiteren Druckraums auf, der zur Rückstellung des Pumpenkolbens ebenfalls mit dem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist. Der weitere Druckraum ist dabei mit einem Speichervolumen gekoppelt, das durch eine Speicherhülse begrenzt wird, die auf dem Hohlzylinder hin- und herbeweglich angeordnet und mittels einer Rückstellfeder vorgespannt ist.
  • Der Pumpenkolben der Kolbenpumpe der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung ist demnach hydraulisch antreibbar. Bei einer Beaufschlagung des ersten bzw. endseitig in Bezug auf den Pumpenkolben angeordneten Druckraums mit dem hydraulischen Druckmittel bewegt sich der Pumpenkolben in Richtung des Kompressionsraums, das heißt in Richtung einer oberen Endlage, in der das Volumen des Kompressionsraums minimal ist. Der Pumpenkolben führt in diesem Fall einen Arbeitshub aus, bei dem im Kompressionsraum vorhandener Kraftstoff verdichtet wird.
  • Die Rückstellung des Pumpenkolbens wird ebenfalls hydraulisch bewirkt, und zwar über den hydraulischen Druck im weiteren Druckraum. Mit zunehmendem Arbeitshub des Pumpenkolbens verringert sich das Volumen des weiteren Druckraums, wobei die Volumenverringerung des weiteren Druckraums durch eine Volumenvergrößerung des Speichervolumens kompensiert wird. Die das Speichervolumen begrenzende Speicherhülse bewegt sich dabei in Richtung der Rückstellfeder, so dass diese gespannt wird. Entsprechend steigt die auf die Speicherhülse wirkende Vorspannkraft. Hat der Pumpenkolben seine obere Endlage erreicht, ist die Vorspannkraft maximal. Die Vorspannkraft führt schließlich zur Rückstellung der Speicherhülse, wobei der Druck im Speichervolumen und im weiteren Druckraum ansteigt und zur Rückstellung des Pumpenkolbens führt.
  • Da die Bewegungen des Pumpenkolbens allein über die am Pumpenkolben anliegenden hydraulischen Druckverhältnisse gesteuert werden, wirken auf den Pumpenkolben keine Torsions- oder Querkräfte, welche die am Pumpenkolben ausgebildeten Führungen und/oder Dichtungen belasten könnten. Das heißt, dass die Führungen und/oder Dichtungen einem geringeren Verschleiß ausgesetzt sind. Entsprechend werden auf diese Weise die Robustheit und die Lebensdauer der Kolbenpumpe bzw. der Kraftstofffördereinrichtung gesteigert.
  • Zwar weist auch die Kolbenpumpe der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung eine Rückstellfeder auf, diese ist jedoch nicht unmittelbar am Pumpenkolben, sondern an der außen auf dem Hohlzylinder angeordneten Speicherhülse abgestützt. Die Speicherhülse und der Hohlzylinder nehmen somit die Torsions- und Querkräfte der Rückstellfeder auf. Der Pumpenkolben bleibt unbelastet.
  • Die Abstützung der Rückstellfeder an der Speicherhülse besitzt zudem den Vorteil, dass aufgrund des verfügbaren Durchmessers eine besonders große und damit kräftige Feder einsetzbar ist. Darüber hinaus kann die Rückstellfeder einfach integriert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Speichervolumen in Abhängigkeit von der Lage des Pumpenkolbens, vorzugsweise in einer oberen Endlage des Pumpenkolbens, über einen im Hohlzylinder ausgebildeten Verbindungskanal mit dem ersten Druckraum hydraulisch verbindbar. Über die hydraulische Verbindung mit dem ersten Druckraum ist die Befüllung des Speichervolumens und damit des weiteren Druckraums mit dem hydraulischen Druckmittel sichergestellt. Das heißt, dass nur ein Anschluss für das hydraulische Druckmittel erforderlich ist.
  • Ist eine hydraulische Verbindung des Speichervolumens - und damit des weiteren Druckraums - mit dem ersten Druckraum hergestellt, wird ein Druckausgleich bewirkt, der zur Ausbildung eines den Arbeitshub des Pumpenkolbens begrenzenden hydraulischen Anschlags führt. Der hydraulische Anschlag verhindert ein mechanisches Anschlagen, so dass die Belastung des Pumpenkolbens weiter gesenkt wird. Das heißt, dass der Verschleiß am Pumpenkolben weiter verringert bzw. die Lebensdauer der Kolbenpumpe weiter gesteigert wird. Ferner wird durch den hydraulischen Anschlag die Geräuschentwicklung im Betrieb der Kolbenpumpe gesenkt.
  • Über den hydraulischen Anschlag ist zugleich die obere Endlage des Pumpenkolbens vorgegeben. Die Lage des Verbindungskanals in Bezug auf den Pumpenkolben ist daher derart zu wählen, dass der Pumpenkolben kurz vor Erreichen der oberen Endlage den Verbindungskanal freigibt. Der sich dann einstellende Druckausgleich führt zur Ausbildung des hydraulischen Anschlags, der den Arbeitshub des Pumpenkolbens begrenzt.
  • Im Verbindungskanal ist vorzugsweise ein Rückschlagventil angeordnet, das ein Rückströmen des hydraulischen Druckmittels aus dem Speichervolumen in den ersten Druckraum verhindert. Das heißt, dass der Verbindungskanal nur in einer Richtung und zwar vom ersten Druckraum in Richtung des Speichervolumens bzw. des weiteren Druckraums durchströmt werden kann. Dadurch ist sichergestellt, dass im Speichervolumen und dem weiteren Druckraum der für die Rückstellung des Pumpenkolbens erforderliche hydraulische Druck aufgebaut werden kann.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Speichervolumen über ein Druckbegrenzungsventil mit einer Leckageleitung verbindbar ist. Mit Hilfe des Druckbegrenzungsventils kann ein maximaler hydraulischer Druck im Speichervolumen und im weiteren Druckraum eingestellt werden. Da vom maximalen Druck im Speichervolumen und im weiteren Druckraum die Ausbildung des hydraulischen Anschlags abhängt, kann hierüber zugleich Einfluss auf die obere Endlage des Pumpenkolbens genommen werden.
  • Ein Druckbegrenzungsventil ist entbehrlich, wenn auf andere Art eine Entlastung des Speichervolumens bewirkt werden kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist daher das Speichervolumen in Abhängigkeit von der Lage der Speicherhülse über mindestens einen im Hohlzylinder ausgebildeten Entlastungkanal oder über mindestens eine in der Speicherhülse ausgebildete Entlastungsöffnung mit einem Niederdruckraum verbindbar. Die Entlastungsöffnung in der Speicherhülse kann beispielsweise als einfache Radialbohrung ausgeführt sein, so dass diese Ausführungsform besonders einfach umgesetzt werden kann. Bevorzugt weist die Speicherhülse mehrere Entlastungsöffnungen auf, die weiterhin bevorzugt in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
  • Während des Arbeitshubs des Pumpenkolbens ist vorzugsweise die mindestens eine in der Speicherhülse ausgebildete Entlastungsöffnung verschlossen. Erst bei einem vorgegebenen Hub der Speicherhülse gegenüber dem Hohlzylinder wird die Entlastungsöffnung freigegeben, so dass hydraulisches Druckmittel aus dem Speichervolumen in den Niederdruckraum abfließen kann. Der sich dabei einstellende Druckausgleich zwischen dem Speichervolumen und dem Niederdruckraum bewirkt eine hydraulische Begrenzung des Hubs der Speicherhülse bevor diese einen mechanischen Anschlag erreicht. Auf diese Weise kann der Verschleiß an der Speicherhülse gemindert werden. Zugleich können die Geräuschemissionen weiter verringert werden.
  • Sofern anstelle der mindestens einen Entlastungsöffnung in der Speicherhülse mindestens ein Entlastungskanal im Hohlzylinder vorgesehen ist, ist die Funktionsweise im Wesentlichen die gleiche. Das heißt, dass der Entlastungskanal erst freigegeben wird, wenn die Speicherhülse eine vorgegebene Position erreicht hat.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Speichervolumen in Abhängigkeit von der Lage der Speicherhülse über einen Ringspalt zwischen dem Hohlzylinder und der Speicherhülse mit einem Niederdruckraum verbindbar. Der Ringspalt schafft eine umlaufende Öffnung des Speichervolumens zum Niederdruckraum, so dass weder eine Entlastungsöffnung in der Speicherhülse, noch ein Entlastungskanal im Hohlzylinder erforderlich ist. Dies ermöglicht eine rotationssymmetrische Ausbildung zumindest der Speicherhülse, so dass deren Herstellung vereinfacht wird. Der umlaufende Ringspalt gewährleistet zudem ein gleichmäßiges und schnelles Abfließen des hydraulischen Druckmittels aus dem Speichervolumen in den Niederdruckraum.
  • Vorteilhafterweise ist der Niederdruckraum über eine Rücklaufleitung und/oder über die Leckageleitung mit einen Tank für das hydraulische Druckmittel verbunden. Die dem Niederdruckraum zugeführte Menge des hydraulischen Druckmittels geht somit dem System nicht verloren. Bei dem hydraulischen Druckmittel kann es sich beispielsweise um ein Öl, insbesondere um ein Motoröl, handeln.
  • Zur Ausbildung des Speichervolumens weist vorzugsweise der Hohlzylinder eine gestufte Außenkontur mit einem ringförmigen Absatz auf. Über die Breite des Absatzes kann die Abmessung des Speichervolumens in radialer Richtung vorgegeben werden. Die das Speichervolumen begrenzende Speicherhülse ist hierzu auf dem außenliegenden Durchmesser des Hohlzylinders angeordnet. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der ringförmige Absatz des Hohlzylinders über einen Konus in eine Führungsfläche für die Speicherhülse übergeht. Wird die Überdeckung der Speicherhülse mit der Führungsfläche zum Öffnen des Speichervolumens über einen umlaufenden Ringspalt kurzzeitig aufgegeben, erleichtert der Konus die Rückstellung der Speicherhülse bzw. das Wiedereintauchen des Hohlzylinders in die Speicherhülse.
  • Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Speicherhülse zur Begrenzung des Speichervolumens eine gestufte Innenkontur aufweist. Das heißt, dass auch die Speicherhülse bevorzugt einen ringförmigen Absatz ausbildet, der weiterhin bevorzugt dem ringförmigen Absatz des Hohlzylinders am Speichervolumen gegenüber liegt, wobei der Abstand zwischen den beiden ringförmigen Absätze durch eine Hubbewegung der Speicherhülse gegenüber dem Hohlzylinder veränderbar ist. Aufgrund der gestuften Innenkontur weist die Speicherhülse zwei unterschiedliche Führungsdurchmesser auf. Im Bereich des größeren Führungsdurchmessers, über den das Speichervolumen in radialer Richtung begrenzt wird, geht vorzugsweise die Innenkontur der Speicherhülse endseitig über einen Konus in eine Stirnfläche über. Der Konus hat wiederum die Aufgabe, das Wiedereintauchen des Hohlzylinders in die Speicherhülse zu erleichtern.
  • Das Speichervolumen wird demnach bevorzugt durch einen Ringraum gebildet, der konzentrisch in Bezug auf den Pumpenkolben bzw. den ersten Druckraum zwischen dem Hohlzylinder und der Speicherhülse angeordnet ist. Der mit dem Speichervolumen gekoppelte weitere Druckraum wird vorzugsweise ebenfalls durch einen Ringraum gebildet, der zwischen dem Pumpenkolben und dem Hohlzylinder angeordnet ist.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
    • Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
    • Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 im Bereich des hydraulischen Antriebs am Ende eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens,
    • Fig. 3 den Ausschnitt der Fig. 2 während eines Saughubs des Pumpenkolbens,
    • Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, und zwar beschränkt auf den Bereich des hydraulischen Antriebs während eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens,
    • Fig. 5 den Ausschnitt der Fig. 4 am Ende eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens,
    • Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform, und zwar beschränkt auf den Bereich des hydraulischen Antriebs während eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens
    • Fig. 7 den Ausschnitt der Fig. 6 am Ende des Arbeitshubs des Pumpenkolbens, und
    • Fig. 8 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform, und zwar beschränkt auf den Bereich des hydraulischen Antriebs am Ende eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung dient der Versorgung einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff, wobei es sich um einen kryogenen Kraftstoff, vorzugsweise um Erdgas, handelt. Die Kraftstofffördereinrichtung umfasst eine Kolbenpumpe 1 zur Förderung des Kraftstoffs auf Hochdruck.
  • Der Kraftstoff wird in flüssiger Form in einem Tank (nicht dargestellt) bevorratet. Über einen Zulauf 27 und ein Saugventil 30 gelangt der Kraftstoff in einen Kompressionsraum 3 der Kolbenpumpe 1, der von einem hin- und herbeweglichen Pumpenkolben 2 begrenzt wird. Während eines Arbeitshubs des Pumpenkolbens 2 wird der im Kompressionsraum 3 vorhandene Kraftstoff verdichtet und über einen Ablauf 28 einem Pufferspeicher (nicht dargestellt) zugeführt. Im Bereich des Ablaufs 28 ist ein Rückschlagventil 29 angeordnet, um während eines erneuten Saughubs des Pumpenkolbens 2 ein Rückströmen des Kraftstoffs in den Kompressionsraum 3 zu verhindern. Ferner ist eine Rücklaufleitung 31 zum Abführen einer Leckagemenge des kryogenen Kraftstoffs vorgesehen, die über die Dichtungen des Pumpenkolbens 2 aus dem Kompressionsraum 3 entweicht.
  • Der Pumpenkolben 2 der dargestellten Kolbenpumpe 1 weist an seinem dem Kompressionsraum 3 abgewandten Ende einen Kolbenabschnitt mit einem vergrößerten Außendurchmesser auf, der in einem Hohlzylinder 4 aufgenommen ist. Innerhalb des Hohlzylinders 4 begrenzt der Pumpenkolben 2 zwei Druckräume 5, 7, die mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar sind. Bei Beaufschlagung des ersten Druckraums 5 mit dem hydraulischen Druckmittel führt der Pumpenkolben 2 einen Arbeitshub aus, da der erste Druckraum 5 endseitig in Bezug auf den Pumpenkolben 2 angeordnet ist. Der zweite Druckraum 7 wird durch einen am Pumpenkolben 2 ausgebildeten ringförmigen Absatz 6 begrenzt, der sich aufgrund des Durchmesserversprungs des Pumpenkolbens 2 ergibt. Das heißt, dass der zweite Druckraum 7 als Ringraum ausgebildet ist. Der zweite Druckraum 7 dient der Rückstellung des Pumpenkolbens 2, so dass dieser einen Saughub ausführt, während dessen der Kompressionsraum 3 erneut mit Kraftstoff befüllt wird.
  • Um die Rückstellung des Pumpenkolbens 2 zu bewirken, ist der zweite Druckraum 7 mit einem Speichervolumen 8 gekoppelt, das ebenfalls als Ringraum ausgebildet ist und durch den Hohlzylinder 4 und eine auf dem Hohlzylinder 4 hubbeweglich geführte Speicherhülse 9 begrenzt wird. Der Hohlzylinder 4 weist hierzu eine Außenkontur 20 mit einem ringförmigen Absatz 21 auf, der in eine Führungsfläche 23 für die Speicherhülse 9 übergeht. Die Speicherhülse 9 wiederum weist eine gestufte Innenkontur 24 zur Begrenzung des Speichervolumens 8 auf. Zudem wird die Speicherhülse in Richtung des Absatzes 21 des Hohlzylinders 4 von der Federkraft einer Rückstellfeder 10 beaufschlagt. Steigt der Druck im Speichervolumen 8 an, bewegt sich die Speicherhülse 9 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 10, so dass sich das Speichervolumen 8 vergrößert. Dies ist der Fall, wenn der Pumpenkolben 2 einen Arbeitshub ausführt und sich dadurch das Volumen des mit dem Speichervolumen 8 gekoppelten zweiten Druckraums 7 verkleinert. Die Volumenverkleinerung des zweiten Druckraums 7 wird dann durch eine Volumenvergrößerung des Speichervolumens 8 kompensiert. Zugleich wird die Rückstellfeder 10 weiter gespannt. Die Rückstellfeder 10 ist maximal gespannt, wenn die Speicherhülse 9 an einem Gehäuseteil 32 anschlägt, das gemeinsam mit dem Hohlzylinder 4 einen Niederdruckraum 17 begrenzt, in dem die Rückstellfeder 10 aufgenommen ist.
  • Hat der Pumpenkolben 2 seine obere Endlage erreicht (siehe Fig. 2), gibt er einen Verbindungskanal 11 frei, in dem ein Rückschlagventil 12 angeordnet ist, das einen Zustrom von hydraulischem Druckmittel in das Speichervolumen 8 und in den zweiten Druckraum 7 ermöglicht. Auf diese Weise wird ein Druckausgleich in den beiden Druckräumen 5, 7 erreicht, der zur Ausbildung eines hydraulischen Anschlags führt. Das heißt, dass der Arbeitshub des Pumpenkolbens 2 hydraulisch begrenzt wird, wodurch der Verschleiß am Pumpenkolben 2 reduziert wird.
  • Während das hydraulische Druckmittel aus dem ersten Druckraum 5 in das Speichervolumen 8 und den zweiten Druckraum 7 strömt, wird durch ein Druckbegrenzungsventil 13 verhindert, dass der hydraulische Druck über einen vorgegebenen Grenzwert steigt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Federkraft der gespannten Rückstellfeder 10 ausreicht, den Saughub des Pumpenkolbens 2 einzuleiten. Dabei drückt die Rückstellfeder 10 die Speicherhülse 9 in Richtung des Absatzes 21 des Hohlzylinders 4, so dass sich das Speichervolumen 8 verkleinert. Zugleich sinkt die Federkraft und damit der Druck im Druckraum 7, der jedoch noch ausreichend hoch ist, so dass der Pumpenkolben 2 zurückgestellt wird. Währenddessen verhindert das im Verbindungskanal 11 angeordnete Rückschlagventil 12, dass hydraulisches Druckmittel in den ersten Druckraum 5 zurückströmt (siehe Fig. 3).
  • Bei der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsform einer Kolbenpumpe 1 für eine erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung wird auf ein Druckbegrenzungsventil 13 verzichtet. Eine Entlastung des Speichervolumens 8 wird hier über mehrere Entlastungsöffnungen 16 erreicht, die als Radialbohrungen in der Speicherhülse 9 ausgebildet sind. Die Entlastungsöffnungen 16 werden über den Hub der Speicherhülse 9 gesteuert, wobei über die Entlastungsöffnungen 16 eine Verbindung des Speichervolumens 8 mit dem Niederdruckraum 17 herstellbar ist (siehe Fig. 5). Der sich dann einstellende Druckausgleich bewirkt eine hydraulische Begrenzung des Hubs der Speicherhülse 9, so dass ein mechanisches Anschlagen der Speicherhülse 9 am Gehäuseteil 32 verhindert wird. Dadurch kann der Verschließ an der Speicherhülse 9 bzw. am Gehäuseteil 32 verringert werden. Die in den Niederdruckraum 17 gelangende Menge des hydraulischen Druckmittels kann über eine Leckageleitung 14 und/oder eine Rücklaufleitung 19 abgeführt werden, so dass der Druck im Niederdruckraum 17 nicht über einen vorgegebenen Grenzwert ansteigt.
  • Bei der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Ausführungsform einer Kolbenpumpe 1 für eine erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung wird ebenfalls auf ein Druckbegrenzungsventil 13 verzichtet. Im Unterschied zur Ausführungsform der Figuren 4 und 5 wird eine Entlastung des Speichervolumens 8 über einen Entlastungskanal 15 bewirkt, der im Hohlzylinder 4 ausgebildet ist und - in Abhängigkeit von der Lage der Speicherhülse 9 in Bezug auf den Hohlzylinder 4 - das Speichervolumen 8 mit dem Niederdruckraum 17 verbindet. Die Funktionsweise gleicht im Übrigen der der Ausführungsform der Figuren 4 und 5, so dass hierauf verwiesen wird.
  • Der Fig. 8 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Kolbenpumpe 1 für eine erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung zu entnehmen. Die Entlastung des Speichervolumens 8 wird hier über einen Ringspalt 18 bewirkt, der sich in Abhängigkeit von der Lage der Speicherhülse 9 in Bezug auf den Hohlzylinder 4 zwischen der Speicherhülse 9 und dem Hohlzylinder 4 ausbildet. Die Speicherhülse 9 löst sich dabei über ihren gesamten Umfang von der Führungsfläche 23 des Hohlzylinders 4. Um bei der Rückstellung der Speicherhülse 9 das Wiedereintauchen des Hohlzylinders 4 in die Speicherhülse 9 zu erleichtern, weisen der Hohlzylinder 4 und die Speicherhülse 9 jeweils einen Konus 22, 25 auf. Der Konus 22 des Hohlzylinders 4 verbindet den Absatz 21 mit der Führungsfläche 23 und der Konus 25 der Speicherhülse 9 endet an einer Stirnfläche 26. Der Ringspalt 18 gewährleistet ein gleichmäßiges Abströmen des hydraulischen Druckmittels aus dem Speichervolumen 8 in den Niederdruckraum 17.
  • Die Ausführungsformen ohne Druckbegrenzungsventil 13 haben gemeinsam, dass die Rückstellfeder 10 die Speicherhülse 9 zurückstellt, bis die Verbindung des Speichervolumens 8 mit dem Niederdruckraum 17 über die Entlastungsöffnungen 16, den Entlastungskanal 15 oder den Ringspalt 18 wieder verschlossen ist. Die Konstruktion wird so ausgelegt, dass das zu diesem Zeitpunkt vorhandene Volumen ausreicht, die Rückstellung des Pumpenkolbens 2 zu bewirken.
  • Bei den Ausführungsformen mit Druckbegrenzungsventil 13 wird - wenn die Speicherhülse 9 auf Block geht bzw. ihre obere Endlage erreicht hat - über den Verbindungskanal 11 nachströmendes hydraulisches Druckmittel über das Druckbegrenzungsventil 13 abgeführt. Auch hier wird die Konstruktion so ausgelegt, dass das zu diesem Zeitpunkt vorhandene Volumen ausreicht, die Rückstellung des Pumpenkolbens 2 zu bewirken.

Claims (9)

  1. Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe, umfassend eine Kolbenpumpe (1) zur Förderung des kryogenen Kraftstoffs auf Hochdruck, wobei die Kolbenpumpe (1) einen hin- und herbeweglichen Pumpenkolben (2) aufweist, der einenends einen Kompressionsraum (3) und andernends einen in einem Hohlzylinder (4) ausgebildeten Druckraum (5) begrenzt, der mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (2) einen ringförmigen Absatz (6) zur Begrenzung eines im Hohlzylinder (4) ausgebildeten weiteren Druckraums (7) aufweist, der zur Rückstellung des Pumpenkolbens (2) ebenfalls mit dem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei der weitere Druckraum (7) mit einem Speichervolumen (8) gekoppelt ist, das durch eine Speicherhülse (9) begrenzt wird, die auf dem Hohlzylinder (4) hin- und herbeweglich angeordnet und mittels einer Rückstellfeder (10) vorgespannt ist.
  2. Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (8) in Abhängigkeit von der Lage des Pumpenkolbens (2), vorzugsweise in einer oberen Endlage des Pumpenkolbens (2), über einen im Hohlzylinder (4) ausgebildeten Verbindungskanal (11) mit dem ersten Druckraum (5) hydraulisch verbindbar ist.
  3. Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungskanal (11) ein Rückschlagventil (12) angeordnet ist, das ein Rückströmen des hydraulischen Druckmittels aus dem Speichervolumen (8) in den ersten Druckraum (5) verhindert.
  4. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (8) über ein Druckbegrenzungsventil (13) mit einer Leckageleitung (14) verbindbar ist.
  5. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (8) in Abhängigkeit von der Lage der Speicherhülse (9) über mindestens einen im Hohlzylinder (4) ausgebildeten Entlastungkanal (15) oder über mindestens eine in der Speicherhülse (9) ausgebildete Entlastungsöffnung (16) mit einem Niederdruckraum (17) verbindbar ist.
  6. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (8) in Abhängigkeit von der Lage der Speicherhülse (9) über einen Ringspalt (18) zwischen dem Hohlzylinder (4) und der Speicherhülse (9) mit einem Niederdruckraum (17) verbindbar ist.
  7. Kraftstofffördereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckraum (17) über eine Rücklaufleitung (19) und/oder über die Leckageleitung (14) mit einen Tank für das hydraulische Druckmittel verbunden ist, wobei vorzugsweise das hydraulische Druckmittel ein Öl, insbesondere ein Motoröl, ist.
  8. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (4) zur Ausbildung des Speichervolumens (8) eine gestufte Außenkontur (20) mit einem ringförmigen Absatz (21) aufweist, der vorzugsweise über einen Konus (22) in eine Führungsfläche (23) für die Speicherhülse (9) übergeht.
  9. Kraftstofffördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherhülse (9) zur Begrenzung des Speichervolumens (8) eine gestufte Innenkontur (24) aufweist, die vorzugsweise endseitig über einen Konus (25) in eine Stirnfläche (26) übergeht.
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