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CN110700969B - 低温燃料的燃料输送装置及其运行方法 - Google Patents

低温燃料的燃料输送装置及其运行方法 Download PDF

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CN110700969B CN201910619357.0A CN201910619357A CN110700969B CN 110700969 B CN110700969 B CN 110700969B CN 201910619357 A CN201910619357 A CN 201910619357A CN 110700969 B CN110700969 B CN 110700969B
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Abstract

本发明涉及一种用于低温燃料的燃料输送装置，具有燃料箱、高压输送泵和输入管路，所述高压输送泵能够通过输入管路与燃料箱连接，其中，所述高压输送泵具有泵壳体，该泵壳体具有阶梯状的纵向孔，在该纵向孔中可纵向运动地布置有泵活塞并且该纵向孔包括被泵活塞的端部限界的高压室、在纵向孔和泵活塞之间构成的低压区域和与输入管路连接的吸入室。此外，所述低压区域与构造在泵壳体中的回流管路连接。此外，回流管路具有第一管路区段和第二管路区段，其中，第一管路区段能够借助布置在该第一管路区段中的止回阀与吸入室连接，并且，在第二管路区段中布置有切换阀，所述第二管路区段能够通过所述切换阀与燃料箱连接。

Description

低温燃料的燃料输送装置及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种用于低温燃料的燃料输送装置和用于运行这样的燃料输送装置的方法。该燃料输送装置例如使用在以低温燃料、尤其以天然气驱动的机动车的内燃机中。
背景技术
在DE 10 2016 210 734中说明了一种用于低温燃料的燃料输送装置。该燃料输送装置具有燃料箱容器和具有第一驱动器的高压输送泵，该高压输送泵构造为用于抵抗系统压力输送储存在燃料箱容器中的液态燃料。高压输送泵及其第一驱动器布置在燃料箱容器外。此外，设置具有第二驱动器的低压输送泵，该低压输送泵构造为用于将燃料压缩至在燃料箱中存在的压力以上，其中，低压输送泵的压力侧与高压输送泵的抽吸侧连接。
通过高压输送泵中的不同压力条件设置密封装置，该密封装置将高压输送泵中的不同压力区域彼此分隔开。在此，在不同的压力区域之间产生泄漏，所述泄漏通常经由回流管路被引回到燃料箱中。然而，这导致燃料箱的发热并且因此导致压力升高，使得在超过极限压力时打开布置在燃料箱中的压力限制阀，并且因此将有害物质排放到环境中。
发明内容
与现有技术相比，根据本发明的燃料输送装置具有以下优点：尽管高压泄漏被引回到高压输送泵的燃料循环中，但较少的有害物质被排放到环境中并且提高了高压输送泵的效率。
为此，根据本发明提出一种用于低温燃料的燃料输送装置，该燃料输送装置具有燃料箱、高压输送泵和输入管路，高压输送泵能够通过所述输入管路与燃料箱连接。高压输送泵具有泵壳体，该泵壳体具有阶梯状的纵向孔，在该纵向孔中可纵向运动地布置有泵活塞。纵向孔包括被泵活塞的端部限界的高压室、在纵向孔和泵活塞之间构成的低压区域和与输入管路连接的吸入室。此外，低压区域与构造在泵壳体中的回流管路连接。此外，回流管路具有第一管路区段和第二管路区段，其中，第一管路区段能够借助布置在第一管路区段中的止回阀与吸入室连接，并且，在第二管路区段中布置有切换阀，第二管路区段能够通过该切换阀与燃料箱连接。
此外，本发明涉及一种用于运行根据本发明的燃料输送装置的方法，其特征在于，具有以下步骤：
a.确定用于高压输送泵中的低温燃料的气态分量的预定阈值；
b.在高压输送泵运行期间求取高压输送泵中的低温燃料的气态分量；
c.将求出的低温燃料的气态分量与预定阈值比较；
d.根据高压输送泵中的低温燃料的气态分量这样地操纵切换阀，使得
-当低温燃料的气态分量大于预定阈值时：打开第二管路区段和燃料箱之间的连接；
-当低温燃料的气态分量小于预定阈值时：关闭第二管路区段和燃料箱之间的连接；
e.周期地重复步骤b至d。
在有利的扩展方案中设置，通过高压输送泵的运行功能确定预定阈值。
因此在通常情况下，即当高压输送泵中的低温燃料的气态分量不超过预定阈值时，高压泄漏经由回流管路又直接被供应给高压输送泵，为此不使用燃料箱，否则这将导致燃料箱的发热并且从而导致燃料箱的压力升高。此外，该布置允许高压输送泵的更稳健的设计并且在停止之后提高以低温燃料驱动的机动车的保持时间。此外，由此简化整个燃料输送装置的调节方案。
在本发明的第一有利的扩展方案中设置，切换阀构造为两位两通阀。通过使用结构上简单的切换阀，除优化的工作方式外还可以实现生产成本的最小化以及回流管路与燃料箱之间的高密封性。
在一个有利的扩展方式中，第一管路区段构造为分支管路。因此，能够以简单的方式将回流管路与燃料箱和吸入室连接。
在本发明的另一构型中有利地设置，当回流管路中的压力高于吸入室中的压力时，止回阀释放第一管路区段和吸入室之间的连接。因此，高压泄漏能够以简单的方式又被引回到高压输送泵中。
在一个有利的扩展方案中，低压区域借助第一密封件与高压室密封，其中，在高压室中例如存在600bar的压力。因此，能够以结构上简单的方式例如借助活塞环元件或缝隙密封件作为第一密封件将高压室与低压区域密封。
在本发明的另一构型中有利地设置，低压区域借助第二密封件与在纵向孔中构成的周围环境压力区域密封。因此，能够以结构上简单的方式例如借助实施为密封环的第二密封件将高压室与低压区域密封。
在一个有利的扩展方案中，泵活塞借助弹簧被加载以与朝吸入室的方向相反的力。以这种方式，泵活塞能够固定在泵壳体内，并且可以通过压差在纵向孔中沿纵向方向运动。
在本发明的另一构型中有利地设置，吸入室能够经由至少一个通道与高压室连接。有利地，所述至少一个通道可以借助抽吸阀元件打开或关闭。
在本发明的一个有利的构型中，抽吸阀元件在吸入室中被套筒元件包围，在该套筒元件上支撑有弹簧并且该弹簧对抽吸阀元件加载朝吸入室方向的力。因此，抽吸阀元件压抵着所述至少一个通道，使得吸入室和高压室之间的连接关闭。
在一个有利的扩展方案中设置，在燃料箱中布置有另一输送泵，该另一输送泵将燃料从燃料箱经由输入管路输送到高压输送泵的吸入室中。这使得能够实现高压输送泵的可变化的布置，使得该高压输送泵例如可以相对靠近燃料箱容器，或相对靠近内燃机布置。
附图说明
在附图中示出根据本发明的燃料输送装置的实施例。附图示出了：
图1以纵截面示出根据本发明的燃料输送装置的实施例；
图2用于运行根据本发明的燃料输送装置的根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
在图1中以纵截面示出用于低温燃料、例如天然气的根据本发明的燃料输送装置100的第一实施例。燃料输送装置100具有燃料箱30、高压输送泵1和输入管路18，该输入管路将燃料箱30与高压输送泵1连接。
燃料箱30用于储存例如冷却到-110℃或更低温度的燃料。为此，燃料箱具有内箱301和外箱302，这两个箱被中间空间303分隔开。中间空间303通常被抽真空，使得不能进行从周围环境到燃料箱30中的热输入。内箱301被燃料的液态分量32充注至充注液位51。在充注液位51以上燃料以其气相存在。
输送泵34尤其在燃料的液态分量中贯穿燃料箱30，所述输送泵将来自燃料箱30的燃料经由输入管路18朝高压输送泵1的方向输送。在此，在输入管路18中布置有截止阀44，该截止阀在燃料输送装置100不运行时关闭。此外，燃料箱30包括压力限制阀45，使得在超过燃料箱30中的最大极限压力时可以将气体排放到周围环境中。
高压输送泵1具有泵壳体2，在该泵壳体中构造有阶梯状的纵向孔17。在纵向孔17中布置可纵向运动的泵活塞4，该泵活塞在纵向孔17中具有导向区段19，在该导向区段和纵向孔17之间形成泄漏缝隙190。泵活塞4借助端部46限制高压室12，该高压室能够经由管路16借助止回阀52与高压存储器连接。
此外，在纵向孔17中形成吸入室48，该吸入室与输入管路18连接并且两个通道53从所述吸入室通到高压室12中。在吸入室48中布置有可纵向运动的抽吸阀元件140，该抽吸阀元件在纵向孔17中具有导向区段55并且以盘形端部54伸入到高压室12中。在吸入室48中，抽吸阀元件140被套筒元件36包围并且与该套筒元件固定地连接，其中，弹簧38支撑在套筒元件36上。此外，弹簧38支撑在泵壳体2上并且将抽吸阀元件140压到构造在泵壳体2中的阀座56上，使得抽吸阀元件140以其盘形端部54截止通道53。因此，抽吸阀元件140与阀座56一起构成抽吸阀14。
在纵向孔17和泵活塞4之间形成低压区域26，该低压区域与构造在泵壳体2中的回流管路22连接。该回流管路22具有第一管路区段222和第二管路区段221。第一管路区段222具有止回阀20并且通到吸入室48中。在第二管路区段221中布置在这里构造为两位两通阀的切换阀70。此外，第二管路区段221与燃料箱30连接。
泵活塞4被在这里构造为活塞环的第一密封件10包围，高压室12通过所述第一密封件与低压区域26密封，使得燃料仅能够通过泄漏缝隙190从高压室12进入到低压区域26中。在背离高压室12的一侧上，低压区域26邻接到具有例如1bar压力的周围环境压力区域25上，其中，低压区域26借助在这里构造为密封环的第二密封件8与周围环境压力区域25密封。周围环境压力区域25能够经由通道6与周围环境连接。
泵活塞4以其背离吸入室48的端部布置在控制室47中，其中，控制室47中的压力能够经由通道5降低。控制室47通过密封件57与周围环境压力区域25密封。此外，在控制器47中布置有弹簧24，该弹簧朝开口58的方向对泵活塞加载力。在此，开口58与未示出的用于驱动高压输送泵1的液压系统连接。
燃料输送装置100的工作方式如下：在燃料输送装置100运行时，预输送泵34将燃料从燃料箱30经由输入管路18朝高压输送泵1的吸入室48方向输送。被输送的液态燃料的压力例如不高于25至30bar之间。通过抽吸阀14和泵活塞4的纵向运动，燃料被高压输送泵1输送。这如下进行：如果泵活塞4处于开口58处并且高压室12中的压力降低，则抽吸阀元件140由于高压室12和吸入室48中的压差释放通道53。现在，低温燃料从吸入室48流到高压室12中。在压力平衡之后，抽吸阀元件140又截止通道53。泵活塞4朝高压室12的方向运动，由此低温燃料被压缩到所提及的系统压力，该系统压力例如为600bar。然后，经压缩的燃料例如可以被供应给内燃机的喷射阀。
燃料经由泄露缝隙190从高压室12朝低压区域26的方向流动并且可以经由回流管路22又被引回到吸入室48中并且从而被引回到高压输送泵1的燃料循环中。在此，燃料从低压区域26流到回流管路22中。如果回流管路22中的燃料压力高于吸入室48中的燃料，则第一管路区段222中的止回阀20打开并且低温燃料从回流管路22流到吸入室48中。因此，由于泄漏积累的燃料又被引回到高压输送泵1的燃料输送循环中，而不首先引回到燃料箱中。
如果高压输送泵1的气体质量相容性
Figure BDA0002124986760000051
小或不存在，即如果在高压输送泵1中低温燃料的气态分量非常高并且由于正常的工作方式而在燃料输送循环中没有进一步的气态分量可被使用时，则操纵第二管路区段221中的切换阀70，使得燃料可以从回流管路22经由第二管路区段221流到燃料箱30中(用于运行燃料输送装置100的方法800)。
图2示出用于运行燃料输送装置100的根据本发明的方法的流程图，其中，在下面阐述该流程图：
根据高压输送泵1的结构设计和可运行的工作方式，确定用于低温燃料的气态分量的阈值(确定80)，直至达到该阈值之前，可保证高压输送泵1的正常的工作方式。
现在，在运行期间求取高压输送泵1中的低温燃料的液态分量(求取81)并且与预定的阈值比较(比较82)。
如果高压输送泵中的低温燃料的气态分量大于预定的阈值，则切换阀70被操纵(操纵83)并且第二管路区段221和燃料箱30之间的连接被打开(打开84)。
如果高压输送泵中的低温燃料的气态分量小于预定的阈值，则切换阀70也被操纵(操纵83)并且第二管路区段221和燃料箱30之间的连接被关闭(关闭85)。
这些步骤被循环重复(循环重复86)，用于高压输送泵1的有效的工作方式。
根据高压输送泵1的运行状态，泄漏也可以借助切换阀70又被引导到燃料箱30中，以便确保高压输送泵1的有效的工作方式和从而高效率。
因此，泄漏通常能够以结构上简单的方式被直接输送回到高压输送泵1的燃料输送循环中，而不经由燃料箱30被引导，否则燃料箱由此会被不必要地加热并且由此在燃料箱30中形成压力升高。

Claims (12)

1.一种用于运行用于低温燃料的燃料输送装置(100)的方法(800)，其中，所述燃料输送装置具有燃料箱(30)、高压输送泵(1)和输入管路(18)，所述高压输送泵(1)能够通过所述输入管路与所述燃料箱(30)连接，其中，所述高压输送泵(1)具有泵壳体(2)，所述泵壳体具有阶梯状的纵向孔(17)，在该纵向孔中能够纵向运动地布置有泵活塞(4)并且所述纵向孔(17)包括被泵活塞(4)的端部(46)限界的高压室(12)、在所述纵向孔(17)和所述泵活塞(4)之间构成的低压区域(26)和与所述输入管路(18)连接的吸入室(48)，其中，所述低压区域(26)与构造在所述泵壳体(2)中的回流管路(22)连接，其特征在于，所述回流管路(22)具有第一管路区段(222)和第二管路区段(221)，其中，所述第一管路区段(222)能够借助布置在所述第一管路区段(222)中的止回阀(20)与所述吸入室(48)连接，并且，在所述第二管路区段(221)中布置有切换阀(70)，所述第二管路区段(221)能够通过所述切换阀(70)与所述燃料箱(30)连接，
其特征在于，所述方法具有以下步骤：
a.确定(80)用于所述高压输送泵(1)中的低温燃料的气态分量的预定阈值；
b.在运行所述高压输送泵(1)期间求取(81)所述高压输送泵(1)中的低温燃料的气态分量；
c.将求出的低温燃料的气态分量与所述预定阈值比较(82)；
d.根据所述高压输送泵(1)中的低温燃料的气态分量这样地操纵(83)所述切换阀(70)，使得
-当所述低温燃料的气态分量大于所述预定阈值时：打开(84)所述第二管路区段(221)和所述燃料箱(30)之间的连接；
-当所述低温燃料的气态分量小于所述预定阈值时：关闭(85)所述第二管路区段(221)和所述燃料箱(30)之间的连接；
e.周期地重复(86)所述步骤b至d。
2.根据权利要求1所述的方法(800)，其特征在于，通过所述高压输送泵(1)的运行功能确定所述预定阈值。
3.根据权利要求1或2所述的方法(800)，其特征在于，所述切换阀(70)构造为两位两通阀。
4.根据权利要求1或2所述的方法(800)，其特征在于，所述第一管路区段(222)构造为分支管路。
5.根据权利要求1或2所述的方法(800)，其特征在于，当所述回流管路(22)中的压力高于所述吸入室(48)中的压力时，所述止回阀(20)释放所述第一管路区段(222)和所述吸入室(48)之间的连接。
6.根据权利要求1或2所述的方法(800)，其特征在于，所述低压区域(26)借助第一密封件(10)与所述高压室(12)密封。
7.根据权利要求1或2所述的方法(800)，其特征在于，所述低压区域(26)借助第二密封件(8)与在所述纵向孔(17)中构成的周围环境压力区域(25)密封。
8.根据权利要求1或2所述的方法(800)，其特征在于，所述泵活塞(4)借助弹簧(24)被加载以与朝所述吸入室(48)的方向相反的力。
9.根据权利要求1或2所述的方法(800)，其特征在于，所述吸入室(48)能够经由至少一个通道(53)与所述高压室(12)连接。
10.根据权利要求9所述的方法(800)，其特征在于，所述至少一个通道(53)能够借助抽吸阀元件(140)打开或关闭。
11.根据权利要求10所述的方法(800)，其特征在于，所述抽吸阀元件(140)在所述吸入室(48)中被套筒元件(36)包围，在所述套筒元件上支撑有另一弹簧(38)并且该另一弹簧(38)对所述抽吸阀元件(140)加载朝所述吸入室(48)方向的力。
12.根据权利要求1、2、10和11中任一项所述的方法(800)，其特征在于，在所述燃料箱(30)中布置有另一输送泵(34)，该另一输送泵将燃料从所述燃料箱(30)经由所述输入管路(18)输送到所述高压输送泵(1)的吸入室(48)中。
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