用于低温燃料的燃料输送装置的制作方法

本发明涉及一种用于低温燃料的燃料输送装置。该燃料输送装置例如使用在具有低温燃料驱动装置、尤其天然气的机动车的内燃机中。

背景技术：

在非预先公开的文献de102017219784a1中描述了一种用于低温燃料的燃料输送装置。该燃料输送装置包括预输送泵和高压泵。此外，高压泵具有泵头，在该泵头中构成压缩室，该压缩室由可往复运动的活塞限界。此外，在高压泵中集成有冷启动阀，高压泵的压缩室和/或低压室通过该冷启动阀可与罐连接或者已与罐连接。

如果高压泵在运行间歇后重新投入运行，那么该高压泵通常具有环境温度。然而，来自罐的低温燃料具有例如-160℃的储存温度，使得在将低温燃料输送到高压泵的泵头中时该低温燃料立即蒸发。因此，在de102017219784的高压泵中集成有冷启动阀，由此，压缩室和/或低压室可以与罐连通，使得在投入运行之前高压泵的泵头被低温燃料冲洗，以便冷却该泵头用于运行。

技术实现要素：

由此出发，本发明所基于的任务是，给出一种替代的冷却方法。

本发明的燃料输送装置具有以下优点：通过将冷启动阀划分成主阀和操控该主阀的操控阀，实现了冷启动阀在高压输送泵中的有效布置并因而提高了燃料输送装置的效率。

为此，用于低温燃料的燃料输送装置具有罐、高压输送泵和输入管线，通过所述输入管线能够将来自罐的低温燃料供应给高压输送泵。在高压输送泵中构造有压缩室，该压缩室可以与控制管线连接。此外，在控制管线中布置有冷启动阀，该冷启动阀包括主阀和操控阀。主阀可由操控阀控制，由此可以打开或闭合压缩室和控制管线之间的连接。

通过将冷启动阀划分为主阀和操控该主阀的操控阀，对应的阀可以相应地匹配于高压输送泵中的安装位置和在那里的给定条件。此外，由于直接衔接在压缩室上的冷启动阀而附加形成的无效容积因此被最小化并且实现了高压输送泵的优化的功能方式。

在第一有利构型中设置，操控阀构造为两位两通阀。因此，可以以节省安装室的方式将操控阀集成到高压输送泵中。

在本发明的另一构型中有利地设置，主阀具有套筒元件和可纵向运动的阀元件，其中，所述阀元件至少部分地被所述套筒元件包围并被接收在该套筒元件中，并且所述阀元件和所述套筒元件限界内环形室。以有利的方式，阀元件以蘑菇形的端部伸进压缩室中，其中，该蘑菇形的端部与构造在套筒元件上的密封座共同作用，并且因此可以打开或闭合内环形室和压缩室之间的连接。

在一个有利的扩展方案中，套筒元件包括横向孔，内环形室通过该横向孔与外环形室连接，其中，外环形室通过主阀和泵壳体被限界并且构造在控制管线中。以有利的方式，控制管线与回流管线连接，其中，所述回流管线通到外环形室中，并且因此可将低温燃料从外环形室经由回流管线导出到罐中。因此，可以将低温燃料从内环形室经由回流管线导出到罐中。

在一个有利的扩展方案中设置，在回流管线和控制管线之间的连接通道中布置有另外的操控阀，所述另外的操控阀与布置在控制管线中的操控阀作用连接。以有利的方式，所述另外的操控阀构造为两位两通阀。此外有利地，所述操控阀和所述另外的操控阀也可以构造为一件式的两位三通阀。因此，可以节省室地将操控阀布置在高压输送泵的控制管线中。

在一个有利的扩展方案中设置，阀元件至少部分地被接收在控制活塞的凹槽中，并且阀弹簧支撑在控制活塞上，所述阀弹簧向着密封座的方向对阀元件施加力。由此可以打开或闭合内环形室和压缩室之间的连接。

在本发明的另一构型中有利地设置，阀元件具有凸肩，阀弹簧支撑在所述凸肩上，所述阀弹簧向着密封座的方向对阀元件施加力。因此可以打开或闭合内环形室和压缩室之间的连接。

在一个有利的扩展方案中，在控制管线中布置有可纵向运动的控制活塞，所述控制活塞借助于活塞弹簧朝着阀元件被挤压并因此与所述阀元件作用连接。因此，在控制活塞的纵向运动中可以由该控制活塞携带阀元件。

在本发明的另一构型中有利地设置，控制活塞布置在控制室中，所述控制室通过构造在套筒元件中的纵向孔与横向孔连接。因此，控制室可以与回流管线连接并从而与罐连接。

在一个有利的构型中，控制室被控制活塞划分为第一子控制室和第二子控制室，其中，第一子控制室和第二子控制室可以通过构造在控制活塞中的节流部彼此连接。以有利的方式，在控制活塞和泵壳体之间构造有环形间隙，燃料泄漏通过所述环形间隙从第一子控制室流动到第二子控制室中，其中，在密封座打开的情况下，所述燃料泄漏被控制活塞和螺纹元件之间的轴向密封部中断。

在一个有利的扩展方案中设置，在罐中布置有预输送泵，所述预输送泵将燃料从罐经由输入管线输送到高压输送泵的压缩室中。这实现了高压输送泵的可变布置，使得该高压输送泵例如可以更靠近罐或者更靠近内燃机来布置。

附图说明

在附图中示出本发明的燃料输送装置的实施例，其中，仅示出了主要区域。在此附图：

图1在纵截面中示出燃料输送装置，

图2a在纵截面中示出在泵头区域中的本发明燃料输送装置的第一实施例，

图2b在纵截面中示出在泵头区域中的本发明燃料输送装置的第二实施例，

图3a在纵截面中示出在泵头区域中的本发明燃料输送装置的第三实施例，

图3b在纵截面中示出在泵头区域中的本发明燃料输送装置的第四实施例。

具体实施方式

图1在纵截面中示出用于低温燃料(例如天然气)的燃料输送装置100。燃料输送装置100包括预输送泵1和高压输送泵2，其中，当前，预输送泵1布置在用于存储低温燃料的罐8的底部区域中。在那里存在燃料的液相13，所述液相被燃料的气相11覆盖。

预输送泵1在罐8中的布置具有以下优点：为了将预输送泵1与高压输送泵2连接，仅需要从罐8中引出一个输入管线9。预输送泵1尤其可以实施为侧通道泵或回转泵。罐8用于储存被冷却到例如-110℃或更低的温度的燃料。

高压输送泵2具有带有泵头3的泵壳体32，其中，在泵壳体32中构造有阶梯形的纵向孔46。在纵向孔46中布置有可纵向运动的泵活塞5，该泵活塞在纵向孔46中被导向并且与泵壳体32一起具有泄漏间隙51。泵活塞5以端部41限界压缩室4，该压缩室可以借助于出口阀15与高压通道14连接，其中，高压通道14与高压储存器45连接。此外，压缩室4可以与控制管线60连接，在该控制管线中布置有冷启动阀6。此外，控制管线60可以借助于回流管线10与罐8连接。

泵活塞5被在此构造为活塞环的密封件21包围，由此，压缩室4朝着泄漏间隙51密封。可以通过通道17将来自泄漏间隙51的泄漏从高压输送泵2中导出。

此外，在纵向孔46中构造有低压室7，该低压室与输入管线9连接并且连接通道47从该低压室通到压缩室4中。在低压室7中布置有可纵向运动的抽吸阀元件12，该抽吸阀元件以盘形的端部48伸进压缩室4中。抽吸阀元件12与构造在泵壳体32上的密封座50共同作用用于打开和闭合连接通道47并因此构成抽吸阀120。

此外，抽吸阀元件12具有凸肩49，弹簧54支撑在该凸肩上，该弹簧向着密封座50的方向对抽吸阀元件12施加力，使得抽吸阀元件12以其盘形的端部48闭锁连接通道47

泵活塞5以其背离压缩室4的端部与泵壳体32一起限界布置有弹簧18的弹簧室19，该弹簧向着开口20的方向对泵活塞5施加力。在此，开口20与未示出的用于驱动高压输送泵2的液压系统连接。

燃料输送装置100的功能方式如下：在燃料输送装置100运行时，预输送泵1将燃料从罐8中经由输入管线9向着高压输送泵2的低压室7的方向供应。通过抽吸阀元件12和泵活塞5的纵向运动将燃料抽吸到高压输送泵2中。在此，泵活塞5向着开口20的方向运动，由此，在压缩室4中压力降低，使得抽吸阀元件12释放连接通道47并且低温燃料可以从低压室7流动到压缩室4中。在压力平衡之后，抽吸阀元件12再次闭锁连接通道47。泵活塞5再次向着压缩室4的方向运动，使得低温燃料被压缩到所要求的例如500bar的系统压力并且经由出口阀15被压到高压通道14中。然后，例如可以将压缩燃料供应给内燃机的喷射阀。

在燃料输送装置100初次运行时或重新运行时，用低温燃料冲洗高压输送泵2，以便冷却该高压输送泵并且防止低温燃料在进入高压输送泵2中之后马上蒸发并且预防可能的损失。为此，冷启动阀6布置在控制管线60中。

图2a示出在泵头3的区域中的本发明燃料输送装置100的第一实施例。具有相同功能的构件用相同的附图标记标注。

在此，压缩室4可以与控制管线60连接，冷启动阀6布置该控制管线中，其中，控制管线60也可以与输入管线9连接。冷启动阀6包括主阀44和操控阀23，该操控阀具有冷启动阀6的控制装置并且在此构造为两位两通阀。

主阀44具有套筒元件30和可纵向运动的阀元件31，该阀元件在套筒元件30中被接收和被导向。套筒元件30例如借助于密封盘元件35布置在控制管线60中并且借助于螺纹元件25在泵壳体32中被夹紧。面向压缩室4，阀元件31具有蘑菇形端部43，该蘑菇形端部与构造在套筒元件30上的锥形密封座42共同作用。在背离蘑菇形端部43的端部处，阀元件31具有凸肩36，在该凸肩上布置有阀弹簧28。阀弹簧28包围阀元件31并且支撑在凸肩36和套筒元件30之间。因此，阀弹簧28向着密封座42的方向对阀元件31施加力。

阀元件31和套筒元件30限界内环形室37，该内环形室可以通过密封座42的打开和闭合与压缩室4连接。此外，在套筒元件30中构造有横向孔34，该横向孔通到内环形室37中。主阀44与泵壳体32一起在控制管线60中构造外环形室38，该外环形室经由回流管线10与罐8连接。在此，横向孔34将内环形室37与外环形室38连接。

此外，前述密封盘形元件35使外环形室38相对于压缩室4密封，使得经由密封座42在外环形室38和压缩室4之间存在唯一的液压连接。此外，密封盘元件35优选由金属材料制成。

横向孔34与构造在套筒元件30中的纵向孔33液压连接，其中，纵向孔33通到控制室24中。

套筒元件30和控制管线60限界控制室24。阀元件31的背离蘑菇形端部43的端部也伸进该控制室24中，借此阀弹簧28因此也布置在该控制室中。布置在控制室24中的可纵向运动的控制活塞27将控制室24划分为第一子控制室240和第二子控制室241并且具有节流部22，该节流部将第一子控制室240和第二子控制室241连接。

在第一子控制室240中布置有活塞弹簧26，该活塞弹簧支撑在控制活塞27和封闭元件61之间。在此，活塞弹簧26在封闭元件61的凹槽52中被导向并且向着压缩室4的方向对控制活塞27施加力，使得阀元件31贴靠在控制活塞27上并且与该控制活塞作用连接。活塞弹簧26的力可以通过相应的预紧力来调节。在此，阀弹簧28的力大于活塞弹簧26的力，从而主阀44在没有压力差的情况下是闭合的。

冷启动阀6的功能方式如下：操控阀23例如构造为电磁阀并且在电磁体通电时打开输入管线9和第一子控制室240之间经由控制管线60的连接。被预输送泵1带到确定的输入压力上并且向着第一子控制室240的方向所输送的低温燃料在控制室24中实现了控制活塞27的升程运动，因为在第二子控制室241中存在具有较低压力的低温燃料：第二子控制室241通过纵向孔33与横向孔34连接并从而与通到罐8的回流管线10连接，使得在第二子控制室241中存在罐压力并从而存在比在第一子控制室240中小的压力。低温燃料的液压力和气动力超过活塞弹簧26的力和阀弹簧28的力，并且控制活塞27向着压缩室4的方向运动(在此在图2a中向上运动)。通过阀元件31与控制活塞27的作用连接性，阀元件31也向压缩室4的方向运动并因此释放密封座42。

现在，低温燃料在一个循环中从罐8经由抽吸阀120流动到压缩室4中并且经由被释放的密封座42继续流动到回流管线10中并且又流动回到罐8中。借助于节流部22，低温燃料从第一子控制室240流动到第二子控制室241中。由于操控阀23的横截面尺寸与节流部22和控制活塞27上的泄漏间隙相比更大，所以只要控制阀23被打开，那么从第一子控制室240至第二子控制室241获得正的压力差。如果不再对操控阀23通电，那么由于燃料从第一子控制室240流出至第二子控制室241，作用到控制活塞27上的气动力和液压力减小。因为现在消除了压力差，所以控制活塞27由于阀弹簧28和活塞弹簧26之间的力差又运动离开压缩室4(在此在图2a中向下运动)并且由于作用连接性而携带阀元件31，使得密封座42通过阀元件31被再次闭合。

因此，在燃料输送装置100的初次运行或重新运行时可以通过用低温燃料进行冲洗将高压输送泵2冷却到运行温度，并且在投入运行时不出现例如由于低温燃料在进入高压输送泵2中之后马上蒸发所引起的损失。

如上所述，当在高压通道14中存在系统压力时，压缩室4也可以与回流管线10连接。

在一个替代的实施方式中，操控阀23也可以在通电时闭合输入管线9和第一子控制室240之间经由控制管线60的连接，使得该连接在无电流的情况下处于打开状态中。

图2b以纵截面示出在泵头3的区域中的本发明燃料输送装置100的第二实施例。该第二实施例在功能和结构上极大程度地相应于第一实施例。具有相同功能的构件用相同的附图标记标注。

在此，阀元件31区段地被接收在控制活塞27的凹槽63中。在此，控制活塞27被挤压到阀元件31上并且牢固地与该阀元件连接。因为阀元件31在套筒元件30中被导向，所以控制活塞27经由通到阀元件31的连接件被导向。因此，在控制活塞27的外径上设置有足够大的间隙，以便避免过盈配合

替代地，控制活塞27可以借助螺纹元件25抵着阀元件31的凸肩被预紧并因此牢固地与该凸肩连接。在此取消了活塞弹簧26，并且阀弹簧28直接支撑在控制活塞27上，由此阀元件31朝着密封座42被挤压。

除了节流部22以外，低温材料的泄露还可以通过控制活塞27和泵壳体32之间的环形间隙62从第一子控制室240流动到第二子控制室241中。在冷启动阀6运行时，该泄露通过控制活塞27和螺纹元件25之间的轴向密封部被最小化，使得低温燃料仅流动经过节流部22。为了冷启动阀6的闭合过程，节流部22可以具有小的几何尺寸，因为低流量仅确定主阀44的闭合运动的开始。然后，在轴向密封部不再有效的情况下，随着穿过控制活塞27和泵壳体32之间的环形间隙62的泄漏加速了主阀44的闭合过程。

图3a示出本发明燃料输送装置100的第三实施例，其中，仅示出了泵头3周围的主要区域。具有相同功能的构件用相同的附图标记标注。

第三实施例在功能和结构上极大程度地相应于第一实施例。在此，除了操控阀23以外，在回流管线10和控制管线60之间的连接通道53中还布置有另外的操控阀39。另外的操控阀39也构造为两位两通阀。此外，取消了控制活塞27中的节流部22

通过布置另外的操控阀39，实现了主阀44的更高的打开速度，因为在打开过程期间，也就是说在控制活塞27的升程运动期间，没有低温燃料可以经由节流部22从第一子控制室240流动到第二子控制室241中。此外优选，为了主阀44的打开过程，在使用另外的操控阀39的情况下，第一子控制室240和第二子控制室241之间的压力差必须小于在具有节流部22的情况下的压力差。此外，可以通过该另外的操控阀39控制第一子控制室240中的压力比，使得能够实现主阀44的更快的闭合过程。

在一个替代的实施方式中，操控阀23和另外的操控阀39可以实施为一件式的先导阀40。如在图3b中所示，先导阀40在回流管线10和控制管线60之间构造为两位三通阀。