DE102018206334A1 - Fuel delivery device for cryogenic fuels - Google Patents

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Abstract

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. Die Hochdruckförderpumpe (1) weist ein Pumpengehäuse (2) auf, in dem ein mit der Zulaufleitung (18) verbundener Ansaugraum (50) ausgebildet ist, welcher Ansaugraum (50) mittels eines Verbindungskanals (26) mit einem Hochdruckraum (12) verbindbar ist. Zum Öffnen und Schließen des Verbindungskanals (26) ist ein Saugventil (14) in dem Pumpengehäuse (2) angeordnet, wobei das Saugventil (14) ein entlang einer Längsachse (28) der Hochdruckförderpumpe (1) bewegliches Saugventilelement (140) umfasst. Das Saugventilelement (140) wirkt mit einem ersten Dichtsitz (25) zusammen, wobei koaxial zu dem Saugventilelement (140) ein Kaltfahrventilelement (66) angeordnet ist, an welchem Kaltfahrventilelement (660) der erste Dichtsitz (25) ausgebildet ist. Außerdem ist sowohl das Kaltfahrventilelement (660) als auch das Saugventilelement (140) jeweils als mittels eines Elektromagneten (6) hubbeweglicher Magnetanker (66', 140') ausgebildet.

Figure DE102018206334A1_0000
Fuel feed device (100) for cryogenic fuels with a tank (30), a high pressure feed pump (1) and a supply line (18), via which feed line (18) of the high pressure feed pump (1) cryogenic fuel from the tank (30) can be supplied. The high-pressure feed pump (1) has a pump housing (2) in which a suction space (50) connected to the feed line (18) is formed, which suction space (50) can be connected to a high-pressure space (12) by means of a connecting channel (26). For opening and closing the connecting channel (26), a suction valve (14) is arranged in the pump housing (2), wherein the suction valve (14) comprises a suction valve element (140) movable along a longitudinal axis (28) of the high-pressure feed pump (1). The suction valve element (140) interacts with a first sealing seat (25), wherein a cold-shunt valve element (66) is arranged coaxially to the suction valve element (140), on which cold-shunt valve element (660) the first sealing seat (25) is formed. In addition, both the cold shuttle valve element (660) and the suction valve element (140) are in each case designed as a magnet armature (66 ', 140') which can be lifted by means of an electromagnet (6).
Figure DE102018206334A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe. Diese Kraftstofffördereinrichtung findet beispielsweise Anwendung bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen mit einem kryogenen Kraftstoff-Antrieb, insbesondere mit Erdgas.The invention relates to a fuel delivery device for cryogenic fuels. This fuel delivery device is used, for example, in internal combustion engines of motor vehicles with a cryogenic fuel drive, in particular with natural gas.

Stand der TechnikState of the art

In der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 10 2017 219 784 A1 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.In the not pre-published font DE 10 2017 219 784 A1 is a fuel conveyor for cryogenic fuels described. The fuel delivery device comprises a prefeed pump and a high-pressure pump. Furthermore, the high-pressure pump has a pump head, in which a compression space is formed, which is limited by a reciprocating piston. In addition, a cold running valve is integrated in the high-pressure pump, via which the compression space and / or a low-pressure chamber of the high-pressure pump is or can be connected to a tank.

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 dieser bei einer Förderung in den Pumpenkopf der Hochdruckpumpe 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 werden kann, um diesen für den Betrieb vorzukühlen.If the high-pressure pump is put back into operation after a break in operation, it typically has ambient temperature. However, the cryogenic fuel from the tank has a storage temperature of, for example, -160 ° C, so that it immediately evaporates when pumped into the pump head of the high-pressure pump. Therefore, in the high pressure pump the DE 10 2017 219 784 integrated a cold run valve, whereby the compression space and / or the low-pressure space is connectable to the tank, so that the pump head of the high pressure pump can be flushed with cryogenic fuel before start-up, in order to pre-cool this for operation.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass in einfacher und kostengünstiger Weise die Funktion des Kaltfahrventils in den Niederdruckspeicher integriert ist, ohne die Funktion der Hochdruckförderpumpe zu beeinträchtigen.The fuel delivery device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that in a simple and cost-effective manner, the function of the cold-off valve is integrated into the low-pressure accumulator, without affecting the function of the high-pressure pump.

Dazu weist die Kraftstofffördereinrichtung für kryogene Kraftstoffe einen Tank, eine Hochdruckförderpumpe und eine Zulaufleitung auf, über welche Zulaufleitung der Hochdruckförderpumpe kryogener Kraftstoff aus dem Tank zuführbar ist. Die Hochdruckförderpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in dem ein mit der Zulaufleitung verbundener Ansaugraum ausgebildet ist. Der Ansaugraum ist mittels eines Verbindungskanals mit einem Hochdruckraum verbindbar, wobei zum Öffnen und Schließen des Verbindungskanals ein Saugventil in dem Pumpengehäuse angeordnet ist. Das Saugventil umfasst ein entlang einer Längsachse der Hochdruckförderpumpe bewegliches Saugventilelement, welches mit einem ersten Dichtsitz zusammenwirkt. Weiterhin ist koaxial zu dem Saugventilelement ein Kaltfahrventilelement angeordnet, an welchem Kaltfahrventilelement der erste Dichtsitz ausgebildet ist. Darüber hinaus ist sowohl das Kaltfahrventilelement als auch das Saugventilelement jeweils als mittels eines Elektromagneten hubbeweglicher Magnetanker ausgebildet.For this purpose, the fuel delivery device for cryogenic fuels to a tank, a high-pressure pump and a supply line, via which supply line of the high-pressure pump cryogenic fuel from the tank can be fed. The high-pressure feed pump has a pump housing in which a suction space connected to the feed line is formed. The suction chamber is connectable by means of a connecting channel with a high-pressure chamber, wherein a suction valve is arranged in the pump housing for opening and closing the connecting channel. The suction valve comprises a suction valve element which is movable along a longitudinal axis of the high-pressure feed pump and which cooperates with a first sealing seat. Furthermore, coaxial with the suction valve element, a cold drive valve element is arranged, on which cold drive valve element of the first sealing seat is formed. In addition, both the cold-shut valve element and the suction valve element are each designed as a lifting magnet by means of an electromagnet.

So kann in einfacher Weise ein Kaltfahrventil bauraumoptimiert zur Durchspülung der Hochdruckförderpumpe in die Hochdruckförderpumpe integriert werden, ohne dass deren Funktion oder die Lebensdauer der verwendeten Bauteile beeinträchtigt werden. Weiterhin wird die Funktion des Kaltfahrens verbessert, da zusätzlich zum hydraulischen Druck des kryogenen Kraftstoffs die magnetische Kraft des Elektromagneten einen schnellen Öffnungshub des Saugventilelements gewährleistet.Thus, in a simple manner, a cold-driving valve can be integrated in a space-optimized manner for purging the high-pressure feed pump into the high-pressure feed pump without impairing its function or the service life of the components used. Furthermore, the function of the cooling is improved, since in addition to the hydraulic pressure of the cryogenic fuel, the magnetic force of the electromagnet ensures a fast opening stroke of the Saugventilelements.

In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass ein Ankerteller des Kaltfahrventilelements mit dem Elektromagneten wirkverbunden ist. So kann die Hubbewegung des Kaltfahrventilelements mittels des Elektromagneten präzise gesteuert werden.In a first advantageous embodiment, it is provided that an anchor plate of the cold-vehicle valve element is operatively connected to the electromagnet. Thus, the stroke movement of the cold retard valve element can be precisely controlled by means of the electromagnet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Saugventilelement Längsnuten aufweist, durch welche Längsnuten bei geöffnetem ersten Dichtsitz kryogener Kraftstoff aus dem Ansaugraum in den Hochdruckraum strömen kann. So kann in einfacher und bauraumsparender Weise ein Durchfluss von kryogenem Kraftstoff in der Hochdruckförderpumpe ermöglicht werden.In a further embodiment of the invention, it is advantageously provided that the suction valve element has longitudinal grooves through which longitudinal grooves with open first sealing seat cryogenic fuel from the suction chamber can flow into the high-pressure chamber. Thus, a flow of cryogenic fuel in the high-pressure feed pump can be made possible in a simple and space-saving manner.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Kaltfahrventilelement eine Ausnehmung aufweist, in welcher Ausnehmung eine Feder angeordnet ist, welche Feder sich zwischen dem Kaltfahrventilelement und dem Saugventilelement abstützt und das Saugventilelement mit einer Kraft in Richtung des ersten Dichtsitzes beaufschlagt. Vorteilhafterweise ist der Verbindungskanal in der Ausnehmung des Kaltfahrventilelements ausgebildet und das Saugventil in der Ausnehmung des Kaltfahrventilelements aufgenommen. So kann in einfacher Weise das Kaltfahrventilelement in die Hochdruckförderpumpe integriert werden, ohne zusätzlichen Bauraum zu beanspruchen.In an advantageous embodiment, it is provided that the cold drive valve element has a recess in which recess a spring is arranged, which spring is supported between the cold drive valve element and the suction valve element and the suction valve element is acted upon by a force in the direction of the first sealing seat. Advantageously, the connecting channel is formed in the recess of the cold-actuated valve element and the suction valve is received in the recess of the cold-actuated valve element. Thus, the cold shuttle valve element can be integrated into the high-pressure feed pump in a simple manner, without requiring additional space.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Saugventilelement einen Ankerteller aufweist, an welchem Ankerteller Anformungen ausgebildet sind, welche Anformungen in Ausnehmungen des Ankertellers des Kaltfahrventilelements eingreifbar sind. Durch optimierte räumliche Anordnung des Ankertellers des Saugventilelements zu dem Elektromagneten kann so in einfacher Weise die magnetische Kraft auf das Saugventilelement erhöht werden, so dass ein schnelleres Schalten erzielt wird.In a further embodiment of the invention, it is advantageously provided that the suction valve element has an anchor plate, on which anchor plate projections are formed, which projections are engageable in recesses of the anchor plate of the cold shuttle valve element. Through optimized Spatial arrangement of the anchor plate of the suction valve element to the electromagnet can be increased in a simple manner, the magnetic force on the suction valve element, so that a faster switching is achieved.

In vorteilhafter Weiterbildung ist an einem konisch verjüngtem Absatz des Pumpengehäuses ein zweiter Dichtsitz ausgebildet, der mit dem Kaltfahrventilelement zum Öffnen und Schließen einer Verbindung zwischen dem Hochdruckraum und der Rückführleitung zusammenwirkt und so ein Kaltfahrventil ausbildet. So ist in einfacher Weise die Rückführung von kryogenem Kraftstoff aus der Hochdruckförderpumpe in Richtung Tank gewährleistet.In an advantageous embodiment, a second sealing seat is formed on a conically tapered shoulder of the pump housing, which cooperates with the cold-driving valve element for opening and closing a connection between the high-pressure chamber and the return line and thus forms a cold running valve. Thus, in a simple manner, the return of cryogenic fuel from the high-pressure pump is ensured in the direction of the tank.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Kaltfahrventilelement mittels einer Druckfeder mit einer Kraft in Richtung des zweiten Dichtsitzes beaufschlagt ist. Dadurch ist die Verbindung zwischen dem Hochdruckraum und der Rückführleitung schließbar.In a further embodiment of the invention, it is advantageously provided that the cold drive valve element is acted upon by means of a compression spring with a force in the direction of the second sealing seat. As a result, the connection between the high-pressure chamber and the return line can be closed.

In vorteilhafter Weiterbildung ist der erste Dichtsitz konisch ausgebildet. So wird eine verbesserte Funktion des Saugventils in der Hochdruckförderpumpe und damit eine Optimierung der Dichtheit am ersten Dichtsitz erzielt.In an advantageous embodiment, the first sealing seat is conical. Thus, an improved function of the suction valve in the high-pressure delivery pump and thus an optimization of the tightness at the first sealing seat is achieved.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Hochdruckraum mit einer Rückführleitung verbindbar ist, welche mit dem Tank verbunden ist. Dadurch ist bei Öffnung der Rückführleitung ein Kraftstoffkreislauf zwischen der Hochdruckförderpumpe und dem Tank geschlossen.In a further embodiment of the invention, it is advantageously provided that the high-pressure chamber is connectable to a return line, which is connected to the tank. As a result, a fuel circuit between the high-pressure feed pump and the tank is closed when opening the return line.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass in der Längsbohrung ein längsbeweglicher Pumpenkolben angeordnet ist, welcher den Hochdruckraum begrenzt. Vorteilhafterweise ist der Pumpenkolben mittels einer Feder mit einer Kraft entgegen der Richtung des Ansaugraums beaufschlagt. Durch Längsbewegungen des Pumpenkolbens kann der kryogene Kraftstoff bei Betrieb komprimiert und durch die Hochdruckförderpumpe gefördert werden.In an advantageous embodiment, it is provided that in the longitudinal bore a longitudinally movable pump piston is arranged, which limits the high-pressure chamber. Advantageously, the pump piston is acted upon by means of a spring with a force against the direction of the suction chamber. By longitudinal movements of the pump piston, the cryogenic fuel can be compressed during operation and promoted by the high pressure pump.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass in dem Tank eine Vorförderpumpe 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.In an advantageous embodiment, it is provided that in the tank, a prefeed pump is arranged, which promotes fuel from the tank via the supply line into the suction of the high pressure pump. This allows a variable arrangement of the high-pressure feed pump, so that it can be arranged, for example, relatively close to the tank container, or relatively close to the internal combustion engine.

Figurenlistelist of figures

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung dargestellt. Es zeigt

  • 1a ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung im Längsschnitt,
  • 1b das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung aus der 1a mit geöffneten Ventilen im Längsschnitt,
  • 2a ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung im Längsschnitt,
  • 2b das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung aus der 2a mit geöffneten Ventilen im Längsschnitt.
In the drawings, embodiments of a fuel delivery device according to the invention are shown. It shows
  • 1a an embodiment of a fuel delivery device according to the invention in longitudinal section,
  • 1b the embodiment of the fuel delivery device according to the invention from the 1a with opened valves in longitudinal section,
  • 2a a further embodiment of a fuel delivery device according to the invention in longitudinal section,
  • 2 B the embodiment of the fuel delivery device according to the invention from the 2a with opened valves in longitudinal section.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In der 1a ist ein 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.In the 1a is an embodiment of a fuel delivery device according to the invention 100 for cryogenic fuel, for example natural gas, shown in longitudinal section. The fuel conveyor 100 has a tank 30 , a high pressure pump 1 and a supply line 18 on which the tank 30 with the high pressure pump 1 combines.

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 32 des Kraftstoffs gefüllt. Oberhalb des Füllpegels 51 liegt der Kraftstoff in seiner gasförmigen Phase 31 vor.The Tank 30 is used to store the cooled down to a temperature of, for example -110 ° C or less fuel. The tank points to this 30 an inner tank 301 and an outer tank 302 on, which through a gap 303 are separated. The gap 303 is usually evacuated, leaving only a very low heat input from the environment into the tank 30 can be done. The inner tank 301 is up to a fill level 51 with liquid portion 32 filled the fuel. Above the fill level 51 the fuel is in its gaseous phase 31 in front.

Der Tank 30 ist von einer Vorförderpumpe 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 31 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.The Tank 30 is from a pre-feed pump 34 intersperses which the fuel from the tank 30 via the supply line 18 in the direction of the high pressure pump 1 promotes. It is in the supply line 18 a shut-off valve 44 arranged, which when not operated fuel conveyor 100 closed to a backflow of gaseous fractions 31 of the fuel from the high pressure pump 1 in the tank 30 to prevent. The Tank 30 also includes a pressure relief valve 45 , so that when exceeding a maximum limit pressure in the tank 30 Gas can be discharged to the environment.

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. 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 der Hochdruckraum 12 über eine Rückführleitung 22 mit dem Tank 30 verbindbar. The high pressure pump 1 has a pump housing 2 in which a stepped longitudinal bore 17 is trained. In the longitudinal bore 17 is a longitudinally movable pump piston 4 arranged. With an end 46 limited the pump piston 4 a high pressure room 12 , which with a pipe 16 by means of a pressure relief valve 52 can be connected to a high-pressure accumulator. Furthermore, the high pressure room 12 via a return line 22 with the tank 30 connectable.

Weiterhin ist in der Längsbohrung 17 ein Ansaugraum 50 ausgebildet, welcher mit der Zulaufleitung 18 verbunden ist und von welchem ein Verbindungskanal 26 in den Hochdruckraum 12 mündet. In dem Ansaugraum 50 ist ein längsbewegbares Saugventilelement 140 angeordnet, welches mit einem tellerförmigen Ende 54 in den Hochdruckraum 12 hineinragt. Das Saugventilelement 140 ist von einem Kaltfahrventilelement 660 umgeben, an dem ein erster Dichtsitz 25 ausgebildet ist. Dieser erste Dichtsitz 25 bildet zusammen mit dem Saugventilelement 140 ein Saugventil 14 aus.Furthermore, in the longitudinal bore 17 a suction chamber 50 formed, which with the supply line 18 is connected and from which a connection channel 26 in the high pressure room 12 empties. In the suction room 50 is a longitudinally movable suction valve element 140 arranged, which with a plate-shaped end 54 in the high pressure room 12 protrudes. The suction valve element 140 is of a cold shuttle valve element 660 surrounded, at which a first sealing seat 25 is trained. This first sealing seat 25 forms together with the suction valve element 140 a suction valve 14 out.

In dem Ansaugraum 50 ist weiterhin ein Elektromagnet 6 angeordnet, welcher einen Magnetkern 60 und eine Magnetspule 600 umfasst. Das Kaltfahrventilelement 660 ist hier als Magnetanker 66' mit einem Ankerteller 38 ausgebildet. Zusammen mit einem an einem konisch verjüngtem Absatz 20 des Pumpengehäuses 2 ausgebildetem zweitem Dichtsitz 27 bildet das Kaltfahrventilelement 660 ein Kaltfahrventil 66 aus. Mittels einer Druckfeder 3, welche sich zwischen dem Ankerteller 38 des Kaltfahrventilelements 660 und einem Absatz 36 des Pumpengehäuses 2 abstützt, ist das Kaltfahrventilelement 660 mit einer Kraft in Richtung des zweiten Dichtsitzes 27 beaufschlagt.In the suction room 50 is still an electromagnet 6 arranged, which has a magnetic core 60 and a magnetic coil 600 includes. The cold shuttle valve element 660 is here as magnet armature 66 ' with an anchor plate 38 educated. Together with one on a conically tapered heel 20 of the pump housing 2 trained second sealing seat 27 forms the cold shuttle valve element 660 a cold shut-off valve 66 out. By means of a compression spring 3 which is located between the anchor plate 38 the cold shuttle valve element 660 and a paragraph 36 of the pump housing 2 is supported, is the cold shuttle valve element 660 with a force in the direction of the second sealing seat 27 applied.

Weiterhin weist das Kaltfahrventilelement 660 eine Ausnehmung 29 auf, in der das Saugventilelement 140 aufgenommen ist. Das Saugventilelement 140 ist hier ebenfalls als Magnetanker 140' ausgebildet und weist einen Ankerteller 39 auf, an welchem sich eine Feder 5 abstützt, welche das Saugventilelement 140 mit einer Kraft in Richtung des ersten Dichtsitzes 25 beaufschlagt, so dass das Saugventil 14 mit seinem tellerförmigen Ende 54 den ersten Dichtsitz 25 sperrt. In dem Saugventilelement 14 sind Längsnuten 55 ausgebildet, wobei der Verbindungskanal 26 zwischen dem Saugventilelement 140 und dem Kaltfahrventilelement 660 in den Längsnuten 55 und der Ausnehmung 29 des Kaltfahrventilelements 660 ausgebildet ist.Furthermore, the cold shuttle valve element 660 a recess 29 on, in which the suction valve element 140 is included. The suction valve element 140 is also here as a magnet armature 140 ' formed and has an anchor plate 39 on, on which a spring 5 supports, which the suction valve element 140 with a force in the direction of the first sealing seat 25 charged so that the suction valve 14 with its plate-shaped end 54 the first sealing seat 25 locks. In the suction valve element 14 are longitudinal grooves 55 formed, wherein the connecting channel 26 between the suction valve element 140 and the cold shuttle valve element 660 in the longitudinal grooves 55 and the recess 29 the cold shuttle valve element 660 is trained.

Mit seinem dem Ansaugraum 50 abgewandten Ende begrenzt der Pumpenkolben 4 zusammen mit dem Pumpengehäuse 2 einen Steuerraum 48, wobei der Kraftstoffdruck in dem Steuerraum 48 über einen Kanal 8 abbaubar ist. Weiterhin ist in dem Steuerraum 48 eine Feder 47 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.With his intake 50 opposite end limits the pump piston 4 together with the pump housing 2 a control room 48 , where the fuel pressure in the control room 48 over a canal 8th is degradable. Furthermore, in the control room 48 a feather 47 arranged, which the pump piston 4 in the direction of an opening 58 with force. The opening 58 is doing with a hydraulic system, not shown, for driving the high-pressure pump 1 connected.

Der Ankerteller 38 des Kaltfahrventilelements 660 und der Ankerteller 39 des Saugventilelements 140 sind in dem Pumpengehäuse 2 mit dem Elektromagneten 6 wirkverbunden, was im Folgenden durch die Funktionsweise der Kraftstofffördereinrichtung 100 gezeigt wird.The anchor plate 38 the cold shuttle valve element 660 and the anchor plate 39 of the suction valve element 140 are in the pump housing 2 with the electromagnet 6 operatively connected, what follows through the functioning of the fuel conveyor 100 will be shown.

Funktionsweise der KraftstofffördereinrichtungOperation of the fuel conveyor

Bei Betrieb der Kraftstofffördereinrichtung 100 fördert die Vorförderpumpe 34 Kraftstoff aus dem Tank 30 über die Zulaufleitung 18 in Richtung Ansaugraum 50 der Hochdruckförderpumpe 1, wobei der Elektromagnet 6 in diesem Betriebsmodus nicht eingeschaltet ist. Durch Längsbewegungen des Saugventilelements 140 und des Pumpenkolbens 4 wird der Kraftstoff in die Hochdruckförderpumpe 1 gefördert. Dabei bewegt sich der Pumpenkolben 4 in Richtung der Öffnung 58, wodurch in dem Hochdruckraum 12 der Druck absinkt, so dass das Saugventil 14 den Verbindungskanal 26 freigibt und kryogener Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 12 in den Ansaugraum 50 strömen kann. Dadurch sinkt der Druck in dem Hochdruckraum 12, so dass der Druck an dem Endbereich des Pumpenkolbens 4, welcher dem Hochdruckraum 12 zugewandt ist, nicht so hoch ist wie an dem anderen Endbereich des Pumpenkolbens 4. Aufgrund dessen bewegt sich der Pumpenkolben 4 wieder in Richtung der Öffnung 58 und das Saugventil 14 schließt den Verbindungskanal 26. Dadurch wird der kryogene Kraftstoff auf einen angesprochenen Systemdruck von beispielsweise 500 bar komprimiert und über das Überdruckventil 52 in die Leitung 16 gedrückt. Der komprimierte Kraftstoff kann beispielsweise Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine zugeführt werden.During operation of the fuel delivery device 100 promotes the pre-feed pump 34 Fuel from the tank 30 via the supply line 18 in the direction of intake 50 the high-pressure pump 1 , where the electromagnet 6 is not switched on in this operating mode. By longitudinal movements of the suction valve element 140 and the pump piston 4 the fuel is in the high pressure pump 1 promoted. At the same time the pump piston moves 4 in the direction of the opening 58 , whereby in the high-pressure space 12 the pressure drops, leaving the suction valve 14 the connection channel 26 releases and cryogenic fuel from the high-pressure chamber 12 in the suction room 50 can flow. This reduces the pressure in the high-pressure chamber 12 , so that the pressure at the end portion of the pump piston 4 which is the high pressure room 12 is not as high as at the other end of the pump piston 4 , Due to this, the pump piston moves 4 again in the direction of the opening 58 and the suction valve 14 closes the connection channel 26 , As a result, the cryogenic fuel is compressed to an addressed system pressure of, for example, 500 bar and via the pressure relief valve 52 into the pipe 16 pressed. The compressed fuel can be supplied to injection valves of an internal combustion engine, for example.

Bei einem erstmaligen Betrieb oder einer Wiederaufnahme des Betriebs der Kraftstofffördereinrichtung 100 wird die Hochdruckförderpumpe 1 mit kryogenem Kraftstoff gespült, um diese zu kühlen und eine Verdampfung des kryogenen Kraftstoffs unmittelbar nach Eintritt in die Hochdruckförderpumpe 1 zu verhindern und möglichen Verlusten vorzubeugen.Upon initial operation or resumption of operation of the fuel delivery system 100 becomes the high pressure pump 1 flushed with cryogenic fuel to cool it and evaporation of the cryogenic fuel immediately after entering the high pressure feed pump 1 to prevent and prevent possible losses.

1b zeigt dazu das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der Kraftstofffördereinrichtung 100 aus der 1a im Längsschnitt bei geöffnetem Saugventilelement 140 und geöffnetem Kaltfahrventilelement 660. 1b shows the embodiment of the fuel delivery device according to the invention 100 from the 1a in longitudinal section with open suction valve element 140 and opened cold shuttle valve element 660 ,

Zur Öffnung des zweiten Dichtsitzes 27 wird die Magnetspule 600 bestromt und so ein Magnetfeld erzeugt, welches sowohl auf das als Magnetanker 66' ausgebildete Kaltfahrventilelement 660 als auch auf das als Magnetanker 140' ausgebildete Saugventilelement 140 eine magnetische Kraft ausübt. Ist diese magnetische Kraft größer als die Federkraft der Druckfeder 3 und der Feder 5, so bewegt sich das Kaltfahrventilelement 660 in Richtung des Pumpenkolbens 4 und gibt den zweiten Dichtsitz 27 frei und das Saugventilelement 140 gibt den ersten Dichtsitz 25 frei. So ist ein Kraftstoffkreislauf zwischen dem Tank 30 und der Hochdruckförderpumpe 1 geschlossen, wobei der Pumpenkolben 4 bei der Durchspülung keine Längsbewegung ausführt. Kryogener Kraftstoff strömt nun über die Zulaufleitung 18 in den Ansaugraum 50 und von dort aus über den Verbindungskanal 26 in den Hochdruckraum 12. Über den freigegebenen zweiten Dichtsitz 27 strömt der kryogene Kraftstoff über die Rückführleitung 22 in den Tank 30 zurück.For opening the second sealing seat 27 becomes the magnetic coil 600 energized and thus generates a magnetic field, which acts both as the magnet armature 66 ' trained cold shuttle valve element 660 as well as on the magnet armature 140 ' trained suction valve element 140 exerts a magnetic force. Is this magnetic force greater than the spring force of the compression spring 3 and the spring 5 , so the cold shuttle valve element moves 660 in the direction of the pump piston 4 and gives the second sealing seat 27 free and the suction valve element 140 gives the first sealing seat 25 free. So is a fuel circuit between the tank 30 and the high pressure feed pump 1 closed, the pump piston 4 does not perform any longitudinal movement during flushing. Cryogenic fuel now flows over the supply line 18 in the suction room 50 and from there via the connection channel 26 in the high pressure room 12 , About the released second sealing seat 27 the cryogenic fuel flows over the return line 22 in the tank 30 back.

So kann die Hochdruckpumpe 1 bei erstmaligem Betrieb oder Wiederaufnahme des Betriebs der Kraftstofffördereinrichtung 100 durch Durchspülen mit kryogenem Kraftstoff auf Betriebstemperatur gekühlt werden und es entstehen bei Inbetriebnahme keine Verluste wie beispielsweise durch Verdampfung des kryogenen Kraftstoffs unmittelbar nach Eintritt in die Hochdruckpumpe 1. Außerdem ist durch das durch den Elektromagneten 6 ebenfalls ansteuerbare Saugventilelement 140 eine schnelle und effiziente Durchspülung möglich, wobei gleichzeitig ein möglicherweise auftretender Verschleiß an dem Saugventilelement 140, beispielsweise durch Abprellen des Saugventilelements 140 an dem ersten Dichtsitz 25, minimiert werden kann.So can the high pressure pump 1 upon initial operation or resumption of operation of the fuel delivery device 100 are cooled to operating temperature by flushing with cryogenic fuel and there are no losses during commissioning such as by evaporation of the cryogenic fuel immediately after entering the high-pressure pump 1 , Moreover, by the through the electromagnet 6 also controllable suction valve element 140 a fast and efficient flushing possible, at the same time a possibly occurring wear on the suction valve element 140 , For example, by rebuffing of the suction valve element 140 at the first sealing seat 25 , can be minimized.

2a zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Kraftstofffördereinrichtung 100 im Längsschnitt. Bauteile gleicher Funktion wurden mit derselben Bezugsziffer bezeichnet. Das weitere Ausführungsbeispiel entspricht weitestgehend in Funktion und Aufbau dem ersten Ausführungsbeispiel aus den 1a und 1b. Der Unterschied liegt in den Ausgestaltungen der Ankerteller 38, 39 des Saugventilelements 140 und des Kaltfahrventilelements 660. Der Ankerteller 38 des Kaltfahrventilelements 660 weist mehrere Ausnehmungen 40 auf, in welche Ausnehmungen 40 der Ankerteller 39 des Saugventilelements 140 mit Anformungen 37 eingreifen kann. So kann der räumliche Abstand zwischen dem Ankerteller 39 des Saugventilelements 140 und dem Elektromagneten 6 minimiert und die magnetische Kraft auf das Saugventilelement 140 bei aktivem Elektromagneten 6 erhöht werden. 2a shows a further inventive embodiment of the fuel delivery device 100 in longitudinal section. Components of the same function have been designated by the same reference number. The further embodiment largely corresponds in function and structure to the first embodiment of the 1a and 1b , The difference lies in the designs of the anchor plates 38 . 39 of the suction valve element 140 and the cold shuttle valve element 660 , The anchor plate 38 the cold shuttle valve element 660 has several recesses 40 on, in which recesses 40 the anchor plate 39 of the suction valve element 140 with moldings 37 can intervene. So can the spatial distance between the anchor plate 39 of the suction valve element 140 and the electromagnet 6 minimizes and the magnetic force on the suction valve element 140 with active electromagnet 6 increase.

2b zeigt das weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der Kraftstofffördereinrichtung 100 aus der 2a im Längsschnitt bei geöffnetem Saugventilelement 140 und geöffnetem Kaltfahrventilelement 660. 2 B shows the further embodiment of the invention the fuel conveyor 100 from the 2a in longitudinal section with open suction valve element 140 and opened cold shuttle valve element 660 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102017219784 A1 [0002]DE 102017219784 A1 [0002]
  • DE 102017219784 [0003]DE 102017219784 [0003]

Claims (13)

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, in dem ein mit der Zulaufleitung (18) verbundener Ansaugraum (50) ausgebildet ist, welcher Ansaugraum (50) mittels eines Verbindungskanals (26) mit einem Hochdruckraum (12) verbindbar ist, wobei zum Öffnen und Schließen des Verbindungskanals (26) ein Saugventil (14) in dem Pumpengehäuse (2) angeordnet ist, wobei das Saugventil (14) ein entlang einer Längsachse (28) der Hochdruckförderpumpe (1) bewegliches Saugventilelement (140) umfasst, welches mit einem ersten Dichtsitz (25) zusammenwirkt, wobei koaxial zu dem Saugventilelement (140) ein Kaltfahrventilelement (66) angeordnet ist, an welchem Kaltfahrventilelement (660) der erste Dichtsitz (25) ausgebildet ist, wobei sowohl das Kaltfahrventilelement (660) als auch das Saugventilelement (140) jeweils als mittels eines Elektromagneten (6) hubbeweglicher Magnetanker (66', 140') ausgebildet ist.Fuel feed device (100) for cryogenic fuels with a tank (30), a high-pressure feed pump (1) and a feed line (18), via which feed line (18) of the high-pressure feed pump (1) cryogenic fuel from the tank (30) can be supplied, wherein the High-pressure feed pump (1) has a pump housing (2) in which a with the supply line (18) connected to the suction chamber (50) is formed, which suction chamber (50) by means of a connecting channel (26) with a high-pressure chamber (12) is connectable, wherein the Opening and closing the connecting channel (26) a suction valve (14) in the pump housing (2) is arranged, wherein the suction valve (14) along a longitudinal axis (28) of the high-pressure feed pump (1) movable suction valve element (140) comprises, which with a cooperates with the first suction seat (25), wherein coaxial with the suction valve element (140) a cold shuttle valve element (66) is arranged on which cold-driving valve element (660) of the first sealing seat (25) is, wherein both the cold shuttle valve element (660) and the suction valve element (140) each as by means of an electromagnet (6) liftable magnet armature (66 ', 140') is formed. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltfahrventilelement (660) einen Ankerteller (38) ausbildet, der mit dem Elektromagneten (6) wirkverbunden ist.Fuel conveyor (100) according to Claim 1 , characterized in that the cold shuttle valve element (660) forms an armature plate (38) which is operatively connected to the electromagnet (6). Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugventilelement (140) Längsnuten (55) aufweist, durch welche Längsnuten (55) bei geöffnetem ersten Dichtsitz (25) kryogener Kraftstoff aus dem Ansaugraum (50) in den Hochdruckraum (12) strömen kann.Fuel conveyor (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the suction valve element (140) has longitudinal grooves (55) through which longitudinal grooves (55) with open first sealing seat (25) cryogenic fuel from the suction chamber (50) in the high-pressure chamber (12) can flow. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltfahrventilelement (660) eine Ausnehmung (29) aufweist, in welcher Ausnehmung (29) eine Feder (5) angeordnet ist, welche Feder (5) sich zwischen dem Kaltfahrventilelement (660) und dem Saugventilelement (140) abstützt und das Saugventilelement (140) mit einer Kraft in Richtung des ersten Dichtsitzes (25) beaufschlagt.Fuel conveyor (100) according to Claim 1 . 2 or 3 , characterized in that the cold driving valve element (660) has a recess (29), in which recess (29) a spring (5) is arranged, which spring (5) is supported between the cold driving valve element (660) and the suction valve element (140) and the suction valve element (140) is acted upon by a force in the direction of the first sealing seat (25). Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (26) in der Ausnehmung (29) des Kaltfahrventilelements (660) ausgebildet und in der Ausnehmung (29) des Kaltfahrventilelements (660) das Saugventil (14) aufgenommen ist.Fuel conveyor (100) according to Claim 4 , characterized in that the connecting channel (26) formed in the recess (29) of the cold-driving valve element (660) and in the recess (29) of the cold drive valve element (660), the suction valve (14) is accommodated. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugventilelement (140) einen Ankerteller (39) aufweist, an welchem Ankerteller (39) Anformungen (37) ausgebildet sind, welche Anformungen (37) in Ausnehmungen (40) des Ankertellers (38) des Kaltfahrventilelements (660) eingreifbar sind.Fuel conveyor (100) according to Claim 2 , characterized in that the suction valve element (140) has an anchor plate (39) on which anchor plate (39) projections (37) are formed, which projections (37) in recesses (40) of the anchor plate (38) of the cold shuttle valve element (660) are engageable. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem konisch verjüngtem Absatz (20) des Pumpengehäuses (2) ein zweiter Dichtsitz (27) ausgebildet ist, der mit dem Kaltfahrventilelement (660) zum Öffnen und Schließen einer Verbindung zwischen dem Hochdruckraum (12) und der Rückführleitung (22) zusammenwirkt und so ein Kaltfahrventil (66) ausbildet.Fuel delivery device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that on a conically tapered shoulder (20) of the pump housing (2) a second sealing seat (27) is formed, which with the cold drive valve element (660) for opening and closing a connection between the high-pressure chamber (12) and the return line (22) cooperates and so a cold driving valve (66) is formed. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltfahrventilelement (660) mittels einer Druckfeder (3) mit einer Kraft in Richtung des zweiten Dichtsitzes (27) beaufschlagt ist.Fuel conveyor (100) according to Claim 7 , characterized in that the cold driving valve element (660) by means of a compression spring (3) is acted upon by a force in the direction of the second sealing seat (27). Kraftstofffördereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtsitz (25) konisch ausgebildet ist.Fuel delivery device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first sealing seat (25) is conical. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckraum (12) mit einer Rückführleitung (22) verbindbar ist, welche mit dem Tank (30) verbunden ist.Fuel delivery device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the high-pressure chamber (12) is connectable to a return line (22) which is connected to the tank (30). Kraftstofffördereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Längsbohrung (17) ein längsbeweglicher Pumpenkolben (4) angeordnet ist, welcher den Hochdruckraum (12) begrenzt.Fuel delivery device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that in the longitudinal bore (17) a longitudinally movable pump piston (4) is arranged, which limits the high-pressure chamber (12). Kraftstofffördereinrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (4) mittels einer Feder (47) mit einer Kraft entgegen der Richtung des Ansaugraums (50) beaufschlagt ist.Fuel conveyor (100) according to Claim 11 , characterized in that the pump piston (4) by means of a spring (47) with a force against the direction of the suction chamber (50) is acted upon. Kraftstofffördereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tank (30) eine Vorförderpumpe (34) angeordnet ist, welche Kraftstoff aus dem Tank (30) über die Zulaufleitung (18) in den Ansaugraum (50) der Hochdruckförderpumpe (1) fördert.Fuel delivery device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that in the tank (30) a prefeed pump (34) is arranged, which fuel from the tank (30) via the supply line (18) into the suction chamber (50) of the high pressure feed pump (1) promotes.
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