DE102024200124A1

DE102024200124A1 - Method for operating a pump arrangement for alternative fuels, in particular for methanol or ammonia, and pump arrangement

Info

Publication number: DE102024200124A1
Application number: DE102024200124.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Graspeuntner; Michael Schwab
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-01-05
Filing date: 2024-01-05
Publication date: 2025-07-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung (1) für alternative Kraftstoffe, insbesondere für Methanol oder Ammoniak, umfassend eine Vorförderpumpe (2) und eine Hochdruckpumpe (3), wobei mit Hilfe der Vorförderpumpe (2) mindestens einem Pumpenelement (4) der Hochdruckpumpe (3) über einen Zulaufpfad (5) eines Niederdruckkreises (6) Kraftstoff zugeführt wird und im Wege der Leckage in dem mindestens einen Pumpenelement (4) anfallender Kraftstoff über einen Rücklaufpfad (7) des Niederdruckkreises (6) abgeführt wird. Erfindungsgemäß wird der Aggregatzustand des Kraftstoffs im Zulaufpfad (5) und/oder im Rücklaufpfad (7) des Niederdruckkreises (6) über das Druckniveau im jeweiligen Pfad gesteuert.
Die Erfindung betrifft ferner eine Pumpenanordnung (1) für alternative Kraftstoffe, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet bzw. nach dem Verfahren betreibbar ist.

The invention relates to a method for operating a pump arrangement (1) for alternative fuels, in particular for methanol or ammonia, comprising a pre-feed pump (2) and a high-pressure pump (3), wherein with the aid of the pre-feed pump (2) fuel is supplied to at least one pump element (4) of the high-pressure pump (3) via an inlet path (5) of a low-pressure circuit (6), and fuel accumulating as a result of leakage in the at least one pump element (4) is discharged via a return path (7) of the low-pressure circuit (6). According to the invention, the aggregate state of the fuel in the inlet path (5) and/or in the return path (7) of the low-pressure circuit (6) is controlled via the pressure level in the respective path.
The invention further relates to a pump arrangement (1) for alternative fuels, which is suitable for carrying out the method or can be operated according to the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung für alternative Kraftstoffe, insbesondere für Methanol oder Ammoniak. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Pumpenanordnung umfasst eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe. Die Erfindung betrifft ferner eine Pumpenanordnung für alternative Kraftstoff, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist.The invention relates to a method for operating a pump arrangement for alternative fuels, in particular for methanol or ammonia. A pump arrangement suitable for carrying out the method comprises a prefeed pump and a high-pressure pump. The invention further relates to a pump arrangement for alternative fuels that is suitable for carrying out the method according to the invention or is operable according to the method according to the invention.

Bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung sind Motoren, insbesondere Großmotoren, die mit einem alternativen Kraftstoff versorgt werden müssen.The preferred field of application of the invention is engines, in particular large engines, which must be supplied with an alternative fuel.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Bereich der Verbrennungsmotoren sind Kraftstoffeinspritzsysteme mit Pumpenanordnungen bekannt, die eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe umfassen. Stand der Technik sind beispielsweise Common-Rail-Einspritzsysteme für Dieselkraftstoffe, die eine Pumpenanordnung mit einer Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe aufweisen. Die Hochdruckpumpe einer solchen Pumpenanordnung weist häufig eine Saugdrosselung auf. Das heißt, dass nur die Menge an Kraftstoff in die Hochdruckpumpe gelangt, die auf Systemdruck gebracht werden soll. Etwaige Leckagemengen aus den Pumpenelementen der Hochdruckpumpe werden getrennt abgeführt und bleiben bei den auftretenden Betriebstemperaturen auch ohne Kühlung flüssig. Die Leckagemengen können somit einfach und in der Regel drucklos auf die Saugseite der Hochdruckpumpe oder in den Kraftstofftank rückgeführt werden.Fuel injection systems with pump arrangements comprising a pre-feed pump and a high-pressure pump are known from the field of internal combustion engines. State of the art, for example, are common rail injection systems for diesel fuels, which have a pump arrangement with a pre-feed pump and a high-pressure pump. The high-pressure pump in such a pump arrangement often has a suction throttle. This means that only the amount of fuel that is to be brought up to system pressure reaches the high-pressure pump. Any leakage from the pump elements of the high-pressure pump is discharged separately and remains liquid at the operating temperatures occurring even without cooling. The leakage can thus be easily and usually pressurelessly returned to the suction side of the high-pressure pump or to the fuel tank.

Eine Eigenschaft alternativer Kraftstoffe, wie beispielsweise Methanol oder Ammoniak, ist, dass sie bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen und Drücken ihren Aggregatszustand ändern. Aus einem flüssigen Kraftstoff wird dann ein gasförmiger Kraftstoff. Laut der Dampfkurve für Methanol geschieht dies beispielsweise bereits bei einer Temperatur von 65 °C und Umgebungsdruck. Da die Umgebungstemperatur im Bereich des mit dem alternativen Kraftstoff zu versorgenden Motors häufig darüberliegt, kann dies zu Problemen im Ansaugbereich der Hochdruckpumpe oder in einem Leckagepfad zum Abführen der Leckagemenge führen. Ferner kann dadurch die Einhaltung einschlägiger Sicherheitsvorschriften gefährdet sein.One property of alternative fuels, such as methanol or ammonia, is that they change their physical state even at comparatively low temperatures and pressures. A liquid fuel then becomes a gaseous fuel. According to the vapor curve for methanol, for example, this already occurs at a temperature of 65°C and ambient pressure. Since the ambient temperature in the area of the engine supplied with the alternative fuel is often higher, this can lead to problems in the intake area of the high-pressure pump or in a leakage path for discharging the leakage. Furthermore, compliance with relevant safety regulations can be jeopardized.

Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, die Änderung des Aggregatzustands alternativer Kraftstoffe beim Fördern auf Hochdruck zu unterbinden, um damit einhergehende Nachteile zu vermeiden.The present invention is concerned with the task of preventing the change in the state of aggregation of alternative fuels when pumping at high pressure in order to avoid the associated disadvantages.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.The object is achieved by the method having the features of claim 1 and by the pump arrangement having the features of claim 6. Advantageous developments of the invention can be found in the respective subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung für alternative Kraftstoffe, insbesondere für Methanol oder Ammoniak, umfassend eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe. Bei dem Verfahren wird mit Hilfe der Vorförderpumpe mindestens einem Pumpenelement der Hochdruckpumpe über einen Zulaufpfad eines Niederdruckkreises Kraftstoff zugeführt und im Wege der Leckage in dem mindestens einen Pumpenelement anfallender Kraftstoff wird über einen Rücklaufpfad des Niederdruckkreises abgeführt. Erfindungsgemäß wird der Aggregatzustand des Kraftstoffs im Zulaufpfad und/oder im Rücklaufpfad des Niederdruckkreises über das Druckniveau im jeweiligen Pfad gesteuert.A method is proposed for operating a pump arrangement for alternative fuels, in particular for methanol or ammonia, comprising a pre-feed pump and a high-pressure pump. In the method, fuel is supplied to at least one pump element of the high-pressure pump via an inlet path of a low-pressure circuit with the aid of the pre-feed pump, and fuel accumulating through leakage in the at least one pump element is discharged via a return path of the low-pressure circuit. According to the invention, the aggregate state of the fuel in the inlet path and/or in the return path of the low-pressure circuit is controlled via the pressure level in the respective path.

Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann einer temperaturbedingten Aggregatszustandsänderung des alternativen Kraftstoffs entgegengewirkt werden. Das heißt, dass ein flüssiger Kraftstoff flüssig bleibt, und zwar selbst dann, wenn seine Temperatur steigt. Die eingangs beschriebenen Nachteile, die mit einer Aggregatzustandsänderung des Kraftstoffs einhergehen, werden somit vermieden. The proposed method can counteract a temperature-induced change in the state of the alternative fuel. This means that a liquid fuel remains liquid even when its temperature rises. The disadvantages associated with a change in the state of the fuel, as described above, are thus avoided.

Bevorzugt wird zur Vermeidung einer Aggregatszustandsänderung des Kraftstoffs von flüssig zu gasförmig das Druckniveau im Zulaufpfad und/oder im Rücklaufpfad des Niederdruckkreises angehoben. Der dem mindestens einen Pumpenelement der Hochdruckpumpe zugeführte Kraftstoff ist zunächst flüssig. Im Pumpenelement der Hochdruckpumpe erwärmt sich dann der Kraftstoff. Dabei werden Temperaturen erreicht, die zu einer Aggregatszustandsänderung von flüssig zu gasförmig führen können. Wird jedoch das Druckniveau im Rücklaufpfad angehoben, bleibt der Kraftstoff selbst bei höheren Temperaturen im flüssigen Aggregatszustand.To prevent the fuel from changing its state from liquid to gaseous, the pressure level in the supply path and/or the return path of the low-pressure circuit is preferably raised. The fuel supplied to the at least one pump element of the high-pressure pump is initially liquid. The fuel then heats up in the pump element of the high-pressure pump. Temperatures are reached that can lead to a change in the state of the fuel from liquid to gaseous. However, if the pressure level in the return path is raised, the fuel remains in the liquid state even at higher temperatures.

Die Anhebung des Druckniveaus im Zulaufpfad und/oder im Rücklaufpfad wird vorzugsweise mit Hilfe der Vorförderpumpe und mit Hilfe mindestens eines in den Zulaufpfad und/oder in den Rücklaufpfad integrierten Druckhalteventils realisiert. Das mindestens eine Druckhalteventil erfordert keine gesonderte Aktorik, so dass nach Anhebung des Druckniveaus dieses mit einfachen Mitteln gehalten werden kann. Bevorzugt ist sowohl in den Zulaufpfad als auch in den Rücklaufpfad jeweils ein Druckhalteventil integriert. Die Druckanhebung im Zulaufpfad hat den Vorteil, dass auch bei Stillstand der Vorförderpumpe das Druckniveau gehalten wird und der Kraftstoff flüssig bleibt.The pressure level in the inlet and/or return paths is preferably increased by means of the pre-feed pump and at least one pressure-maintaining valve integrated into the inlet and/or return paths. The at least one pressure-maintaining valve does not require a separate actuator, so that after the pressure level has been increased, it can be maintained using simple means. Preferably, a pressure-maintaining valve is integrated into both the supply and return paths. The pressure increase in the supply path has the advantage that the pressure level is maintained even when the prefeed pump is stopped, and the fuel remains liquid.

Ferner bevorzugt wird das Druckniveau im Zulaufpfad und/oder im Rücklaufpfad in Abhängigkeit von der Dampfdruckkurve des alternativen Kraftstoffs angehoben. Der Dampfdruck ist ein stoff- und temperaturabhängiger Gasdruck. Es handelt sich hierbei um den Umgebungsdruck, unterhalb dessen eine Flüssigkeit beginnt, bei konstanter Temperatur in den gasförmigen Zustand überzugehen. Anhand der Dampfdruckkurve und der zu erwartenden Temperaturerhöhung des Kraftstoffs in dem mindestens einen Pumpenelement der Hochdruckpumpe kann demnach das Druckniveau bestimmt werden, das benötigt wird, um den Kraftstoff flüssig zu halten. Da der Dampfdruck eine stoffabhängige Größe ist, kann das einzustellende Druckniveau je nach Kraftstoff variieren.Furthermore, the pressure level in the inlet path and/or in the return path is preferably increased depending on the vapor pressure curve of the alternative fuel. The vapor pressure is a substance- and temperature-dependent gas pressure. This is the ambient pressure below which a liquid begins to transform into the gaseous state at a constant temperature. Based on the vapor pressure curve and the expected temperature increase of the fuel in the at least one pump element of the high-pressure pump, the pressure level required to keep the fuel liquid can be determined. Since the vapor pressure is a substance-dependent variable, the pressure level to be set can vary depending on the fuel.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der über den Zulaufpfad zugeführte Kraftstoff und/oder der über den Rücklaufpfad abgeführte Kraftstoff mit Hilfe einer Kühleinrichtung gekühlt wird, wobei vorzugsweise die Kühleinrichtung im druckbeaufschlagten Bereich des Zulaufpfads und/oder des Rücklaufpfads angeordnet ist. Die Kühlung des Kraftstoffs stellt die Einhaltung einer maximalen Temperatur des Kraftstoffs sicher. Denn bei einer Überschreitung der maximalen Temperatur könnte es trotz Anhebung des Druckniveaus zu einer Aggregatszustandsänderung des Kraftstoffs kommen. Die Kühlung verhindert dies. Bei einem Kraftstoff, wie beispielsweise Methanol oder Ammoniak, wird vorzugsweise die Temperatur des Kraftstoffs mit Hilfe der Kühleinrichtung auf einen Wert ≤ 65 °C, weiterhin vorzugsweise auf einen Wert ≤ 40 °C, abgesenkt.Furthermore, it is proposed that the fuel supplied via the inlet path and/or the fuel discharged via the return path be cooled with the aid of a cooling device, wherein the cooling device is preferably arranged in the pressurized region of the inlet path and/or the return path. Cooling the fuel ensures that a maximum temperature of the fuel is maintained. This is because if the maximum temperature is exceeded, a change in the state of aggregation of the fuel could occur despite an increase in the pressure level. Cooling prevents this. In the case of a fuel such as methanol or ammonia, the temperature of the fuel is preferably reduced with the aid of the cooling device to a value ≤ 65 °C, more preferably to a value ≤ 40 °C.

Die Kühlung des Kraftstoffs im druckbeaufschlagten Bereich des Rücklaufpfads stellt sicher, dass die Temperatur des über den Rücklaufpfad abgeführten Kraftstoffs vor einer Expansion auf Umgebungsdruck so weit abgesenkt wird, dass die Expansion nicht zu einer Aggregatszustandsänderung des Kraftstoffs führt.Cooling the fuel in the pressurised area of the return path ensures that the temperature of the fuel discharged via the return path is reduced to ambient pressure before expansion so that the expansion does not lead to a change in the state of the fuel.

Die Kühleinrichtung kann beispielsweise ein Wärmeübertrager sein, der von einem Kühlmittel eines Kühlkreises durchströmt wird.The cooling device can, for example, be a heat exchanger through which a coolant of a cooling circuit flows.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird aus dem Zulaufpfad, vorzugsweise stromabwärts der Kühleinrichtung und stromaufwärts einer in den Zulaufpfad integrierten Zumesseinheit, Kraftstoff in einen Spülpfad abgezweigt und dem mindestens einen Pumpenelement zum Spülen und Abführen des im Wege der Leckage anfallenden Kraftstoffs zugeführt. Das Spülen des mindestens einen Pumpenelements mit Hilfe der aus dem Zulaufpfad abgezweigten Spülmenge fördert die Rückführung der Leckagemenge über den Rücklaufpfad. Wird die Spülmenge stromabwärts der Kühleinrichtung abgezweigt, kann hierüber zugleich eine Kühlung der Leckagemenge erreicht werden. Die in den Spülpfad abgezweigte Spülmenge wird vorzugsweise mittels einer in den Spülpfad integrierten Drossel eingestellt.According to a preferred embodiment of the invention, fuel is branched off from the inlet path, preferably downstream of the cooling device and upstream of a metering unit integrated into the inlet path, into a purge path and fed to the at least one pump element for purging and removing the fuel accumulating via the leak. Flushing the at least one pump element with the aid of the purge quantity branched off from the inlet path promotes the return of the leakage quantity via the return path. If the purge quantity is branched off downstream of the cooling device, cooling of the leakage quantity can be achieved at the same time. The purge quantity branched off into the purge path is preferably adjusted by means of a throttle integrated into the purge path.

Darüber hinaus wird eine Pumpenanordnung für alternative Kraftstoffe, insbesondere für Methanol oder Ammoniak, vorgeschlagen. Die Pumpenanordnung umfasst eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe, wobei die Vorförderpumpe in einen Zulaufpfad eines Niederdruckkreises integriert ist, über den mindestens einem Pumpenelement der Hochdruckpumpe Kraftstoff zuführbar ist, und wobei der Niederdruckkreis einen Rücklaufpfad zum Abführen von Kraftstoff umfasst, der im Wege der Leckage in dem mindestens einen Pumpenelement anfällt. Erfindungsgemäß ist in den Zulaufpfad und/oder in den Rücklaufpfad mindestens ein Druckhalteventil integriert. Mit Hilfe der Vorförderpumpe kann das Druckniveau im Niederdruckkreis angehoben und mit Hilfe des Druckhalteventils gehalten werden. Die Anhebung des Druckniveaus verhindert eine Aggregatszustandsänderung des Kraftstoffs. Das Druckniveau wird hierzu auf einen Wert angehoben, der bei einer zu erwartenden maximalen Temperatur über der Dampfdruckkurve des jeweiligen Kraftstoffs liegt.Furthermore, a pump arrangement for alternative fuels, in particular for methanol or ammonia, is proposed. The pump arrangement comprises a pre-feed pump and a high-pressure pump, wherein the pre-feed pump is integrated into an inlet path of a low-pressure circuit, via which fuel can be supplied to at least one pump element of the high-pressure pump, and wherein the low-pressure circuit comprises a return path for discharging fuel that accumulates as a result of leakage in the at least one pump element. According to the invention, at least one pressure-maintaining valve is integrated into the inlet path and/or the return path. With the aid of the pre-feed pump, the pressure level in the low-pressure circuit can be raised and maintained with the aid of the pressure-maintaining valve. Raising the pressure level prevents a change in the state of the fuel. For this purpose, the pressure level is raised to a value that, at an expected maximum temperature, lies above the vapor pressure curve of the respective fuel.

Die vorgeschlagene Pumpenanordnung ist demnach insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren geeignet bzw. nach diesem Verfahren betreibbar, so dass die gleichen Vorteile erzielbar sind. Idealerweise ist sowohl in den Zulaufpfad als auch in den Rücklaufpfad jeweils ein Druckhalteventil integriert. Das in den Zulaufpfad integrierte Druckhalteventil hält ein zuvor mit Hilfe der Vorförderpumpe eingestelltes Druckniveau auch bei abgeschalteter Vorförderpumpe. Das in den Rücklaufpfad integrierte Druckhalteventil verhindert, dass die sich im Pumpenelement erwärmte, abzuführende Leckagemenge eine Aggregatszustandsänderung erfährt.The proposed pump arrangement is therefore particularly suitable for carrying out the method according to the invention described above or can be operated according to this method, so that the same advantages can be achieved. Ideally, a pressure-maintaining valve is integrated into both the inlet path and the return path. The pressure-maintaining valve integrated into the inlet path maintains a pressure level previously set with the aid of the pre-feed pump, even when the pre-feed pump is switched off. The pressure-maintaining valve integrated into the return path prevents the leakage quantity to be discharged, which has heated up in the pump element, from experiencing a change in state.

Sofern ein Druckhalteventil in den Zulaufpfad integriert ist, erfolgt vorzugsweise die Integration in den Zulaufpfad stromabwärts der Vorförderpumpe. Denn das Druckhalteventil soll das mittels der Vorförderpumpe angehobene Druckniveau halten.If a pressure-maintaining valve is integrated into the inlet path, it is preferably integrated into the inlet path downstream of the pre-feed pump. The pressure-maintaining valve is designed to maintain the pressure level raised by the pre-feed pump.

Sofern ein Druckhalteventil in den Rücklaufpfad integriert ist, erfolgt vorzugsweise die Integration in den Rücklaufpfad stromaufwärts eines Tanks zur Bevorratung des Kraftstoffs. Über das Druckhalteventil kann somit der Kraftstoff auf Umgebungsdruck expandiert werden, bevor er in den Tank rückgeführt wird.If a pressure holding valve is integrated into the return path, it is preferably integrated into the return path upstream of a tank for storing the fuel. The fuel can be expanded to ambient pressure using the valve before being returned to the tank.

Des Weiteren bevorzugt ist in den Zulaufpfad, vorzugsweise stromabwärts der Vorförderpumpe und des mindestens einen Druckhalteventils, und/oder in den Rücklaufpfad, vorzugsweise stromaufwärts des mindestens einen Druckhalteventils, eine Kühleinrichtung integriert ist. Mit Hilfe der Kühleinrichtung kann die Einhaltung einer maximalen Temperatur des Kraftstoffs sichergestellt werden. Die Kühleinrichtung kann beispielsweise als Wärmeübertrager ausgeführt sein, der von einem Kühlmittel eines Kühlkreises durchströmt wird.Furthermore, a cooling device is preferably integrated into the supply path, preferably downstream of the pre-feed pump and the at least one pressure-maintaining valve, and/or into the return path, preferably upstream of the at least one pressure-maintaining valve. The cooling device can ensure that a maximum fuel temperature is maintained. The cooling device can be designed, for example, as a heat exchanger through which a coolant of a cooling circuit flows.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass vom Zulaufpfad, vorzugsweise stromabwärts der Kühleinrichtung und stromaufwärts einer Zumesseinheit, ein Spülpfad abzweigt, der über das mindestens eine Pumpenelement mit dem Rücklaufpfad verbunden ist. Mit Hilfe der in den Spülpfad abgezweigten Spülmenge wird das mindestens eine Pumpenelement gespült und zugleich wird mit der Spülmenge der im Wege der Leckage anfallende Kraftstoff abgeführt. Wird die Spülmenge stromabwärts der Kühleinrichtung vom Zulaufpfad abgezweigt, kann der abzuführende Kraftstoff mit Hilfe der Spülmenge zugleich gekühlt werden. Bevorzugt ist in den Spülpfad eine Drossel integriert. Mit Hilfe der Drossel kann die in den Spülpfad abgezweigte Spülmenge eingestellt werden.In a further development of the invention, it is proposed that a purge path branches off from the inlet path, preferably downstream of the cooling device and upstream of a metering unit, which purge path is connected to the return path via the at least one pump element. The at least one pump element is purged with the aid of the purge quantity branched off into the purge path, and at the same time the fuel leaking out is discharged with the purge quantity. If the purge quantity is branched off from the inlet path downstream of the cooling device, the fuel to be discharged can be cooled at the same time with the aid of the purge quantity. A throttle is preferably integrated into the purge path. The purge quantity branched off into the purge path can be adjusted with the aid of the throttle.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 eine schematische Darstellung Pumpenanordnung, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann, und
2 ein Diagramm zur Darstellung der Dampfdruckkurve von Methanol.

A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 a schematic representation of a pump arrangement which can be operated according to a method according to the invention, and
2 a diagram showing the vapor pressure curve of methanol.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der 1 ist eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung 1 für alternative Kraftstoffe, beispielsweise für Methanol, zu entnehmen. Die Pumpenanordnung 1 umfasst eine Vorförderpumpe 2 und eine Hochdruckpumpe 3. Mit Hilfe der Vorförderpumpe 2 wird der Kraftstoff einem Tank 14 entnommen und über einen Zulaufpfad 5 mindestens einem Pumpenelement 4 der Hochdruckpumpe 3 zugeführt. Die dargestellte Hochdruckpumpe 3 umfasst vorliegend drei Pumpenelemente 4, wobei die Anzahl lediglich beispielhaft gewählt ist. Stromaufwärts der Vorförderpumpe 2 ist ein Filter 15 in den Zulaufpfad 5 integriert, der den Kraftstoff von schädlichen Partikeln befreien soll. Stromabwärts der Vorförderpumpe 2 ist eine Zumesseinheit 11 in den Zulaufpfad 5 integriert, mittels welcher der Kraftstoff zugemessen wird. Die Versorgung der einzelnen Pumpenelemente 4 mit Kraftstoff erfolgt über den Pumpenelementen 4 zugeordnete Saugventile 16. In den Pumpenelementen 4 wird dann der Kraftstoff auf Hochdruck gefördert und über Hochdruckventile 17 in eine Hochdruckleitung 18 ausgelassen.The 1 1 shows a pump arrangement 1 according to the invention for alternative fuels, for example for methanol. The pump arrangement 1 comprises a pre-feed pump 2 and a high-pressure pump 3. With the help of the pre-feed pump 2, the fuel is withdrawn from a tank 14 and fed to at least one pump element 4 of the high-pressure pump 3 via an inlet path 5. The high-pressure pump 3 shown here comprises three pump elements 4, the number being chosen merely as an example. Upstream of the pre-feed pump 2, a filter 15 is integrated into the inlet path 5, which is intended to free the fuel of harmful particles. Downstream of the pre-feed pump 2, a metering unit 11 is integrated into the inlet path 5, by means of which the fuel is metered. The individual pump elements 4 are supplied with fuel via suction valves 16 assigned to the pump elements 4. The fuel is then pumped to high pressure in the pump elements 4 and discharged into a high-pressure line 18 via high-pressure valves 17.

Während der Hochdruckerzeugung fällt in den Pumpenelementen 4 eine Leckagemenge an, die über einen Rücklaufpfad 7 des Niederdruckkreises 6 in den Tank 14 zurückgeführt wird. Hierbei besteht aufgrund der Erwärmung in den Pumpenelementen 4 die Gefahr, dass der Kraftstoff seinen Aggregatszustand von flüssig nach gasförmig ändert. Dadurch wird die Rückführung der Leckagemenge in den Tank 14 erschwert.During high-pressure generation, a leakage quantity occurs in the pump elements 4, which is returned to the tank 14 via a return path 7 of the low-pressure circuit 6. Due to the heating in the pump elements 4, there is a risk that the fuel will change its state from liquid to gaseous. This makes it difficult to return the leakage quantity to the tank 14.

Um dies zu verhindert, weist die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Pumpenanordnung 1 ein stromabwärts der Vorförderpumpe 2 in den Zulaufpfad 5 integriertes erstes Druckhalteventil 8 sowie ein in den Rücklaufpfad 7 integriertes weiteres Druckhalteventil 8 auf. Mit Hilfe dieser Druckhalteventile 8 kann ein über die Vorförderpumpe 2 eingestelltes erhöhtes Druckniveau erhalten werden, das sicherstellt, dass trotz erhöhter Temperatur keine Aggregatszustandsänderung eintritt. Das einzustellende erhöhte Druckniveau ergibt sich aus der Dampfdruckkurve des Kraftstoffs.To prevent this, the 1 The pump arrangement 1 according to the invention shown has a first pressure-maintaining valve 8 integrated into the inlet path 5 downstream of the pre-feed pump 2 and a further pressure-maintaining valve 8 integrated into the return path 7. With the aid of these pressure-maintaining valves 8, an increased pressure level can be maintained via the pre-feed pump 2, which ensures that no change in the state of aggregation occurs despite the increased temperature. The increased pressure level to be set is derived from the vapor pressure curve of the fuel.

In der 2 ist beispielhaft die Dampfdruckkurve für Methanol dargestellt. Auf der x-Achse ist die Temperatur, auf der y-Achse ist der Dampfdruck aufgetragen. Der schraffierte Bereich oberhalb der Kurve gibt den Bereich an, in dem der Kraftstoff flüssig ist. Steigt die Temperatur des Kraftstoffs, kann durch Druckerhöhung eine Aggregatszustandsänderung verhindert werden. Bei zu erwartenden erhöhten Temperaturen zwischen 65 °C und 130 °C beträgt demnach das Druckniveau im Niederdruckkreis 6 zwischen 1 bar und 8 bar.In the 2 The vapor pressure curve for methanol is shown as an example. The x-axis represents the temperature, and the y-axis represents the vapor pressure. The hatched area above the curve indicates the range in which the fuel is liquid. If the fuel temperature rises, a change in state can be prevented by increasing the pressure. At expected elevated temperatures between 65 °C and 130 °C, the pressure level in low-pressure circuit 6 is therefore between 1 bar and 8 bar.

Die Pumpenanordnung 1 der 1 weist darüber hinaus eine in den Zulaufpfad 5 und in den Rücklaufpfad 7 integrierte Kühleinrichtung 9 auf, die von einem Kühlmittel eines Kühlkreises 10 durchströmt wird. Mit Hilfe der Kühleinrichtung 9 kann die Einhaltung einer maximalen Temperatur im Niederdruckkreis 6 sichergestellt werden. Die Kühleinrichtung 9 ist stromabwärts der Vorförderpumpe 2 und des Druckhalteventils 8 in den Zulaufpfad 5 sowie stromaufwärts des Druckhalteventils 8 in den Rücklaufpfad 7 integriert.The pump arrangement 1 of the 1 Furthermore, it has a cooling device 9 integrated into the inlet path 5 and the return path 7, through which a coolant from a cooling circuit 10 flows. With the help of the cooling device 9, maintenance of a maximum temperature in the low-pressure circuit 6 can be ensured. The cooling device 9 is integrated into the inlet path 5 downstream of the pre-feed pump 2 and the pressure-maintaining valve 8, and into the return path 7 upstream of the pressure-maintaining valve 8.

Des Weiteren weist die Pumpenanordnung 1 der 1 einen vom Zulaufpfad 5 abzweigenden Spülpfad 12 auf, wobei der Abzweig stromabwärts der Kühleinrichtung 9 und stromaufwärts der Zumesseinheit 11 erfolgt. Der Spülpfad 12 ist über die Pumpenelemente 4 an den Rücklaufpfad 7 angebunden, so dass mit Hilfe der abgezweigten Spülmenge die Pumpenelemente 4 gespült werden können. Dies fördert das Rückführen der im Betrieb der Pumpenelemente 4 anfallenden Leckagemenge und bewirkt zugleich eine Kühlung der Elementleckage. Die Einstellung der Spülmenge erfolgt über eine in den Spülpfad 12 integrierten Drossel 13.Furthermore, the pump arrangement 1 of the 1 a flushing path 12 branching off from the inlet path 5, the branching being downstream of the cooling device 9 and upstream of the metering unit 11. The flushing path 12 is The pump elements 4 are connected to the return path 7, so that the pump elements 4 can be flushed using the diverted flushing volume. This promotes the return of the leakage volume occurring during operation of the pump elements 4 and simultaneously cools the element leakage. The flushing volume is adjusted via a throttle 13 integrated into the flushing path 12.

Claims

Method for operating a pump arrangement (1) for alternative fuels, in particular for methanol or ammonia, comprising a pre-feed pump (2) and a high-pressure pump (3), wherein with the aid of the pre-feed pump (2) fuel is supplied to at least one pump element (4) of the high-pressure pump (3) via an inlet path (5) of a low-pressure circuit (6), and fuel which accumulates by way of leakage in the at least one pump element (4) is discharged via a return path (7) of the low-pressure circuit (6), characterized in that the state of aggregation of the fuel in the inlet path (5) and/or in the return path (7) of the low-pressure circuit (6) is controlled via the pressure level in the respective path.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that , in order to avoid a change in the state of aggregation of the fuel from liquid to gaseous, the pressure level in the inlet path (5) and/or in the return path (7) of the low-pressure circuit (6) is raised, preferably with the aid of the pre-feed pump (2) and with the aid of at least one pressure-maintaining valve (8) integrated in the inlet path (5) and/or in the return path (7).

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the pressure level in the inlet path (5) and/or in the return path (7) is raised as a function of the vapor pressure curve of the alternative fuel.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel supplied via the inlet path (5) and/or the fuel discharged via the return path (7) is cooled by means of a cooling device (9), wherein the cooling device (9) is preferably arranged in the pressurized region of the inlet path (5) and/or the return path (7).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that fuel is branched off from the inlet path (5), preferably downstream of the cooling device (9) and upstream of a metering unit (11) integrated into the inlet path (5), into a flushing path (12) and is fed to the at least one pump element (4) for flushing and removing the fuel accumulating by way of leakage.

Pump arrangement (1) for alternative fuels, in particular for methanol or ammonia, comprising a pre-feed pump (2) and a high-pressure pump (3), wherein the pre-feed pump (2) is integrated into an inlet path (5) of a low-pressure circuit (6), via which fuel can be supplied to at least one pump element (4) of the high-pressure pump (3), and wherein the low-pressure circuit (6) comprises a return path (7) for discharging fuel which accumulates by way of leakage in the at least one pump element (4), characterized in that at least one pressure-maintaining valve (8) is integrated into the inlet path (5) and/or into the return path (7).

Pump arrangement (1) according to Claim 6 , characterized in that the at least one pressure-maintaining valve (8) is integrated downstream of the pre-feed pump (2) in the inlet path (5) and/or upstream of a tank (14) for storing the fuel in the return path (7).

Pump arrangement (1) according to Claim 6 or 7 , characterized in that a cooling device (9) is integrated into the inlet path (5), preferably downstream of the pre-feed pump (2) and the at least one pressure-maintaining valve (8), and/or into the return path (7), preferably upstream of the at least one pressure-maintaining valve (8).

Pump arrangement (1) according to Claim 8 , characterized in that the cooling device (9) is designed as a heat exchanger through which a coolant of a cooling circuit (10) flows.

Pump arrangement (1) according to one of the Claims 6 until 9 , characterized in that a flushing path (12) branches off from the inlet path (5), preferably downstream of the cooling device (9) and upstream of a metering unit (11), which is connected to the return path (7) via the at least one pump element (4), wherein a throttle (13) is preferably integrated into the flushing path (12).