Titel:

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems, Vorförderpumpe und Kraftstoffsys- tem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems, das der Versorgung einer Brennkraftmaschine mit kryogenem Kraftstoff, insbesondere mit Erd gas, dient. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorförderpumpe für ein Kraftstoff System zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit kryogenem Kraftastoff, insbesondere mit Erdgas, sowie ein Kraftstoff System mit einer erfindungsgemäßen Vorförderpumpe.

Stand der Technik

Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen, die mit Erdgas („Natural Gas“ = NG) betrie ben werden, weisen in der Regel spezielle Tanks zur Bevorratung des Kraftstoffs auf, die dazu ausgelegt sind, den Kraftstoff in flüssiger Form („Liquefied Natural Gas“ = LNG) zu bevorraten. Bei diesen Tanks handelt es sich um tiefkalte Speicher, die aus reichend isoliert sind, um den an sich gasförmigen Kraftstoff in flüssiger Form zu spei chern. Die übliche Speichertemperatur von Erdgas liegt bei -110°C bis -160°C. Eine ei gene Kühlung besitzen diese Tanks in der Regel nicht. Aufgrund Wärmeeintrag von außen kann es jedoch zu einem Verdampfen des flüssigen Erdgases kommen, so dass sich oberhalb einer Flüssigphase eine Gasphase im Tank ausbildet. Mit der Erwär mung und dem Verdampfen von Erdgas steigt zugleich der Druck im Tank an. Um ein Bersten des Tanks zu vermeiden, wird daher über Sicherheitsventile Gas aus der Gas phase abgelassen („Boil-Off“), wenn ein vorgegebener maximaler Grenzwert erreicht ist. Damit geht ein Teil des energetisch wertvollen Kraftstoffs verloren. Zugleich verrin gert sich die Effizienz des Kraftstoffsystems. Ferner führen die damit verbundenen Me thanemissionen zu einer Belastung der Umwelt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb eines derartigen Kraftstoffsystems effizienter und zudem umweltfreundlicher zu gestalten.

Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die Vorförderpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie das Kraftstoff System mit den Merkmalen des Anspruchs 12 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems zur Versor gung einer Brennkraftmaschine mit kryogenem Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas. Bei dem Verfahren wird der Kraftstoff in flüssiger Form in einem Tank bevorratet und mit tels einer Vorförderpumpe aus dem Tank entnommen und einer Hochdruckpumpe zur Hochdruckbeaufschlagung zugeführt. Erfindungsgemäß wird der Vorförderpumpe über getrennte Zulaufpfade sowohl flüssiger Kraftstoff aus einer im Tank vorhandenen Flüs sigphase als auch gasförmiger Kraftstoff aus einer im Tank vorhandenen Gasphase zur Hochdruckbeaufschlagung zugeführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Hilfe der Vorförderpumpe dem Tank nicht nur flüssiger Kraftstoff, sondern auch gasförmiger Kraftstoff entnommen und der Hochdruckpumpe zur Hochdruckbeaufschlagung zugeführt. Das im Tank vorhandene Gasvolumen wird somit nutzbar gemacht. Das heißt, dass mit Hilfe des erfindungsge mäßen Verfahrens der nutzbare Tankinhalt erhöht werden kann, was bei einem Kraft stoffsystem, das der Versorgung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dient, zu einer Reichweitenerhöhung führt. Durch die Entnahme von gasförmigem Kraftstoff werden zugleich die Temperatur und der Druck im Tank wirksam abgesenkt, so dass kein Gas über Sicherheitsventile in die Umwelt abgelassen werden muss. Hinzu kommt, dass bei abgesenkter Temperatur der flüssige kryogene Kraftstoff eine höhere Dichte aufweist, so dass sowohl der Wirkungsgrad der Vorförderpumpe als auch der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe gesteigert werden können. Durch Nutzung des im Tank vorhandenen Gasvolumens sinkt zudem der Kraftstoffverbrauch. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann somit das Kraftstoff System nicht nur umweltfreundli cher, sondern auch effizienter betrieben werden. Darüber hinaus führt die Absenkung der Tanktemperatur bzw. des Tankdrucks zu einer geringeren Belastung des Tanks über die Lebensdauer. Ferner kann die Tankbefüllzeit verringert werden. Dies gilt insbesondere, wenn durch die Entnahme von gasförmigem Kraftstoff aus der Gasphase der Tankdruck unter Tankstellenspeicherdruck abgesenkt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der der Vorförderpum pe zugeführte gasförmige Kraftstoff mit Hilfe eines in die Vorförderpumpe integrierten Gasverdichters erst auf ein Vorförderniveau verdichtet und dann dem flüssigen Kraft stoff beigemischt. Durch das vorherige Verdichten des gasförmigen Kraftstoffs auf Vor förderniveau kann die Effizienz der nachgeschalteten Hochdruckpumpe weiter opti miert werden.

Der der Vorförderpumpe zugeführte flüssige Kraftstoff wird vorzugsweise mit Hilfe min destens einer in die Vorförderpumpe integrierten Strömungsarbeitsmaschine gefördert. Die Strömungsarbeitsmaschine kann in den Tank integriert werden, so dass der Bau raumbedarf des Kraftstoffsystems sinkt. Die mindestens eine Strömungsarbeitsma schine kann beispielsweise eine Kreiselpumpe und/oder eine Seitenkanalpumpe sein. Werden mehrere solcher Pumpen hintereinandergeschaltet, kann ein mehrstufiges System geschaffen werden, das zumindest eine erste Pumpenstufe und eine zweite Pumpenstufe umfasst. Auf diese Weise kann die Effizienz der Vorförderpumpe weiter optimiert werden. Ferner kann eine Welle der Strömungsarbeitsmaschine zum Antrei ben des Gasverdichters verwendet werden, so dass der Wirkungsgrad bzw. die Effizi enz der Vorförderpumpe nochmals gesteigert werden. Vorteilhafterweise wird die Wel le elektromotorisch angetrieben, so dass über die Drehzahl die Fördermenge der Vor förderpumpe einstellbar ist.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Zuführung von gasförmigem Kraftstoff aus der Gasphase mit Hilfe mindestens eines Schaltventils gesteuert wird. Mit Hilfe des Schalt ventils kann die dem Gasverdichter zugeführte Gasmenge gesteuert werden. Das Schaltventil kann sowohl als normal offenes Ventil, als auch als normal geschlossenes Ventil ausgeführt sein. Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Schaltventil in die Vorförderpumpe, insbesondere in den Zulaufpfad für den gasförmigen Kraftstoff, inte griert.

Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Vorförderpumpe im Kraft stoffsystem anfallende Leckage- und/oder Rücklaufmengen zugeführt werden, die mit Hilfe der Vorförderpumpe verdichtet und zusammen mit dem angesaugten flüssigen Kraftstoff der Hochdruckpumpe zugeführt werden. Somit können auch diese Gasmen gen einer Nutzung zugeführt werden, so dass die Effizienz des Kraftstoffsystems wei ter steigt. Ferner kann die Temperatur im Tank weiter niedrig gehalten werden, da die im Betrieb des Kraftstoffsystems anfallenden Leckage- und/oder Rücklaufmengen nicht - wie sonst üblich - zurück in den Tank geführt, sondern der Vorförderpumpe zugeführt werden. Das heißt, dass der Wärmeeintrag von außen verringert wird.

Bei den Leckage- und/oder Rücklaufmengen, die der Vorförderpumpe zugeführt wer den, kann es sich insbesondere um Leckage- und/oder Rücklaufmengen der Hoch druckpumpe handeln. Ferner kann es sich um die Rücklaufmengen eines Gasdruck reglers handeln, welcher der Gasdruckregelung in einem Gas-Rail des Kraftstoffsys- tems dient. Die im Kraftstoffsystem anfallenden Leckage- und/oder Rücklaufmengen werden bevorzugt in einem Pufferspeicher gesammelt bevor sie der Vorförderpumpe zugeführt werden.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Vorförderpumpe für ein Kraftstoffsystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit kryogenem Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, vorgeschlagen. Die Vorförderpumpe umfasst mindestens ei ne Strömungsarbeitsmaschine, beispielsweise eine Kreiselpumpe und/oder eine Sei tenkanalpumpe, die über einen ersten Zulaufpfad mit flüssigem kryogenen Kraftstoff versorgbar ist. Erfindungsgemäß ist in die Vorförderpumpe ein Gasverdichter integriert, der mindestens einen hin- und herbeweglichen Gasverdichterkolben zur Begrenzung eines Druckraums umfasst, der mit einem zweiten Zulaufpfad für gasförmigen kryoge nen Kraftstoff verbunden oder verbindbar ist.

Mit Hilfe der vorgeschlagenen Vorförderpumpe kann sowohl flüssiger als auch gasför miger Kraftstoff aus dem Tank entnommen und der Hochdruckpumpe zugeführt wer den. Die vorgeschlagene Vorförderpumpe ermöglicht somit die Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Das heißt, dass mit Hilfe der vorge schlagenen Vorförderpumpe die bereits zuvor in Verbindung mit dem Verfahren ange gebenen Vorteile erzielt werden können, so dass hierauf verwiesen wird.

Der in die vorgeschlagene Vorförderpumpe integrierte Gasverdichter ermöglicht ein Verdichten des zugeführten gasförmigen Kraftstoffs auf ein Vorförderdruckniveau bevor dieser zusammen mit dem flüssigen Kraftstoff der Hochdruckpumpe zur Hochdruckbe aufschlagung zugeführt wird. Die Vorförderpumpe nimmt somit der Hochdruckpumpe Verdichterleistung ab. Vor dem Beimischen des verdichteten gasförmigen Kraftstoffs wird vorzugsweise der flüssige Kraftstoff mit Hilfe der mindestens einen Strömungsar beitsmaschine ebenfalls auf das Vorförderdruckniveau gebracht.

Bevorzugt ist der mindestens eine hin- und herbewegliche Gasverdichterkolben des in die Vorförderpumpe integrierten Gasverdichters mittels einer Welle der Strömungsar beitsmaschine antreibbar. Das heißt, dass zum Antreiben des Gasverdichters bereits vorhandene Antriebsmittel genutzt werden. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad der Vorförderpumpe weiter gesteigert werden. Ferner werden Bauraum und Gewicht eingespart. Die Welle der Strömungsarbeitsmaschine wird vorzugsweise elektromoto risch angetrieben.

Des Weiteren bevorzugt ist der mindestens eine hin- und herbewegliche Gasverdich terkolben des in die Vorförderpumpe integrierten Gasverdichters an einer drehfest mit der Welle verbundenen Kurvenscheibe abgestützt. Die Rotation der Welle kann auf diese Weise in eine Hubbewegung des mindestens einen Gasverdichterkolbens um gesetzt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine hin- und herbewegliche Gasverdichterkolben des in die Vorförderpumpe integrierten Gasver dichters an einem drehfest mit der Welle verbundenen Nocken oder Exzenter abge stützt. Auf diese Weise wird die Rotation der Welle ebenfalls in eine Hubbewegung des mindestens einen Gasverdichterkolbens umgesetzt werden, jedoch mit dem Unter schied, dass sich der Gasverdichterkolben nicht parallel, sondern senkrecht zur Dreh achse der Welle bewegt. Denn der Nocken oder Exzenter erfordert eine radiale Ab- Stützung, während die zuvor erwähnte Kurvenscheibe zu einer axialen Abstützung des Gasverdichterkolbens führt.

Darüber hinaus kann der Gasverdichterkolben über einen Kurbeltrieb mit der Welle wirkverbunden sein. Die Gasverdichterkolben ist in diesem Fall wiederum radial in Be zug auf die Welle ausgerichtet.

Ferner wird vorgeschlagen, dass in die Vorförderpumpe eine Mischkammer integriert ist, die stromabwärts der mindestens einen Strömungsarbeitsmaschine und stromab wärts des Gasverdichters angeordnet ist. In der Mischkammer kann dem flüssigen Kraftstoff der verdichtete gasförmige Kraftstoff beigemischt werden.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass in die Vorförderpumpe ein Perlator und/oder Filter zur Kondensation von Gasblasen integriert ist. Der Perlator und/oder Filter fördert eine Verflüssigung des beigemischten verdichteten gasförmigen Kraft stoffs. Die Verflüssigung des verdichteten gasförmigen Kraftstoffs trägt zur Steigerung des Wirkungsgrads der Hochdruckpumpe bei. Vorzugsweise ist bzw. sind der Perlator und/oder Filter stromabwärts der mindestens einen Strömungsarbeitsmaschine und stromabwärts des Gasverdichters angeordnet, weiterhin vorzugsweise ist bzw. sind der Perlator und/oder Filter der Mischkammer nachgeschaltet. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Vorförderpumpe eine weitgehend blasenfreie Vorfördermenge erzeugt und der Hochdruckpumpe zugeführt werden.

Bevorzugt ist in die Vorförderpumpe mindestens ein Schaltventil integriert, mittels des sen die Zuführung von gasförmigem Kraftstoff aus der Gasphase in mindestens einen Druckraum steuerbar ist. Das Schaltventil kann beispielsweise als schaltbares Rück schlagventil ausgeführt sein, das - wenn zugeschaltet - einen Druckaufbau in dem mindestens einen Druckraum ermöglicht. Zum Zuschalten des Rückschlagventils wird das Schaltventil bevorzugt bestromt. In dieser Schaltstellung kann über das Rück schlagventil sowohl gasförmiger Kraftstoff aus der Gasphase angesaugt, als auch ver dichtet werden. Bei fehlender Bestromung nimmt weiterhin bevorzugt das Schaltventil eine Stellung ein, in der eine Strömungsverbindung des mindestens einen Druckraums mit der Gasphase in beiden Strömungsrichtungen besteht. In den mindestens einen Druckraum gelangender Kraftstoff kann somit einfach wieder ausgeschoben werden, so dass kein der Gasphase entnommener gasförmiger Kraftstoff mit Hilfe des integrier ten Gasverdichters verdichtet und dem flüssigen Kraftstoff beigemischt wird.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in die Vorförderpumpe min destens ein weiterer Zulaufpfad zur Aufnahme von Leckage- und/oder Rücklaufmen gen des Kraftstoffsystems integriert ist. Somit können auch die im Kraftstoffsystem an fallenden Leckage- und/oder Rücklaufmengen einer Nutzung zugeführt werden. Da die Leckage- und/oder Rücklaufmengen nicht mehr - wie sonst üblich - in den Tank rück geführt werden, kann zugleich der Wärmeeintrag in den Tank verringert werden.

Die der Vorförderpumpe zugeführten Leckage- und/oder Rücklaufmengen werden vor zugsweise analog dem aus der Gasphase entnommenen gasförmigen Kraftstoff zu nächst mit Hilfe des in die Vorförderpumpe integrierten Gasverdichters verdichtet und dann dem flüssigen Kraftstoff beigemischt.

Das heißt, dass die Leckage- und/oder Rücklaufmengen über den mindestens einen weiteren Zulaufpfad ebenfalls dem Druckraum des Verdichters zugeführt werden. Der mindestens eine weitere Zulaufpfad kann hierzu an den Zulaufpfad angeschlossen sein, über den gasförmiger Kraftstoff der Gasphase des Tanks entnommen wird (Hauptzulaufpfad). Die Einleitung in den Druckraum erfolgt dann über das im Hauptzu laufpfad vorgesehene Schaltventil. Alternativ kann der mindestens eine weitere Zulauf pfad über mindestens ein weiteres Schaltventil direkt an den Druckraum des Gasver dichters angeschlossen sein.

Das darüber hinaus vorgeschlagene Kraftstoff System zur Versorgung einer Brenn kraftmaschine mit kryogenem Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, umfasst einen Tank zur Bevorratung des kryogenen Kraftstoffs in flüssiger Form, eine Hochdruckpumpe zur Hochdruckbeaufschlagung des Kraftstoffs sowie eine erfindungsgemäße Vorförder pumpe, mittels welcher der Hochdruckpumpe Kraftstoff aus dem Tank zuführbar ist. Dank der erfindungsgemäßen Vorförderpumpe kann das vorgeschlagene Kraftstoffsys- tem zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ver wendet werden bzw. nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Kraftstoffsystems können demnach ebenfalls die zuvor in Verbindung mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile erzielt werden. Insofern kann auch hier auf die entsprechende Beschreibung verwiesen wer den.

Zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Vorförderpumpe des vorgeschlagenen Kraftstoffsystems derart mit dem Tank verbun den, dass der erste Zulaufpfad an die im Tank vorhandene Flüssigphase und der zwei te Zulaufpfad an die im Tank vorhandene Gasphase des Kraftstoffs angeschlossen sind. Die Vorförderpumpe ist hierzu bevorzugt im Tank angeordnet. Die Anordnung kann insbesondere in der Nähe des Tankbodens erfolgen, so dass die Vorförderpumpe vorrangig von flüssigem Kraftstoff umgeben ist. Über eine Sauglanze kann dann die Anbindung der Vorförderpumpe an die Gasphase realisiert werden.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Vorförderpumpe über mindestens eine Rücklaufleitung mit der Hochdruckpumpe verbunden oder verbindbar ist. Über die mindestens eine Rücklaufleitung können der Vorförderpumpe in der Hochdruckpumpe anfallende Leckage- und/oder Rücklaufmengen zugeführt werden, so dass diese nicht in den Tank rückgeführt werden müssen, wodurch sich der Wärmeeintrag in den Tank verringert. Die Verbindung der Vorförderpumpe mit der Rücklaufleitung erfolgt vor zugsweise über einen weiteren Zulaufpfad, der weiterhin vorzugsweise stromaufwärts eines Schaltventils in den zweiten Zulaufpfad für den gasförmigen Kraftstoff mündet. Die Rücklaufleitung kann aber auch über ein weiteres Schaltventil direkt an den Druck raum des Gasverdichters angeschlossen sein.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Vorförderpumpe über mindes tens eine Rücklaufleitung mit einem Pufferspeicher verbunden oder verbindbar ist. Im Pufferspeicher können Leckage- und/oder Rücklaufmengen zunächst gesammelt wer den, bevor sie der Vorförderpumpe zugeführt werden. Die Rücklaufmengen können insbesondere von einem Gasdruckregler stammen, mit dessen Hilfe der Druck in ei nem Gas-Rail des Kraftstoffsystems geregelt werden kann. Somit können auch diese Rücklaufmengen einer Nutzung zugeführt werden. Bevorzugt werden auch die Lecka ge- und/oder Rücklaufmengen aus dem Pufferspeicher über ein Schaltventil in den Druckraum des Gasverdichters eingeleitet. Hierbei kann es sich um das in den Haupt zulaufpfad integrierte Schaltventil oder ein zusätzliches Schaltventil handeln. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraft- stoffsystem mit einer erfindungsgemäßen Vorförderpumpe gemäß einer ersten bevor zugten Ausführungsform,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 zur Darstellung der Vorförderpumpe beim Ansaugen von gasförmigem Kraftstoff,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 zur Darstellung der Vorförderpumpe beim Verdichten von gasförmigem Kraftstoff,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorförder- pumpe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorförder pumpe gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform, Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorförder pumpe gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch die Vorförderpumpe der Fig. 6 beim Ansaugen von Kraftstoff,

Fig. 8 einen schematischen Längsschnitt durch die Vorförderpumpe der Fig. 6 beim Verdichten von Kraftstoff und

Fig. 9 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorförder- pumpe gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in der Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Kraftstoffsystem dient der Versorgung einer Brennkraftmaschine mit kryogenem Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas. Das System umfasst hierzu einen Tank 1, in dem der Kraftstoff in flüssiger Form bevorratet wird. Im Tank 1 befindet sich somit eine Flüssigphase 6 des Kraft stoffs. Aufgrund von Wärmeeintrag von außen verdampft über die Zeit ein Teil des flüssigen Kraftstoffs und bildet im Tank 1 - oberhalb der Flüssigphase - eine Gaspha se 7 aus. Um den Wärmeeintrag von außen zu verringern ist der Tank 1 von einer Iso lierung 32 umgeben.

Über eine im Tank 1 aufgenommene Vorförderpumpe 2 werden im Betrieb des Kraft stoffsystems sowohl flüssiger Kraftstoff aus der im Tank 1 vorhandenen Flüssigphase 6 als auch gasförmiger Kraftstoff aus der im Tank 1 vorhandenen Gasphase 7 entnom men und einer Hochdruckpumpe 3 zur Hochdruckbeaufschlagung zugeführt. Damit wird auch das im Tank 1 vorhandene Gasvolumen einer Nutzung zugeführt. Bevor der der Gasphase 7 entnommene Kraftstoff dem flüssigen Kraftstoff beigemischt wird, wird dieser mit Hilfe eines in die Vorförderpumpe 2 integrierten Gasverdichters 8 verdichtet.

Wie insbesondere den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, weist der Gasverdichter 8 des in der Fig. 1 dargestellten Kraftstoffsystems einen hin- und herbeweglichen Gas verdichterkolben 13 auf, der einen Druckraum 15 begrenzt. Der Druckraum 15 ist über einen Zulaufpfad 5 und ein in den Zulaufpfad 5 integriertes Schaltventil 11 mit der im Tank 1 vorhandenen Gasphase 7 verbindbar, so dass dem Druckraum 15 gasförmiger Kraftstoff zuführbar ist. Der Gasverdichterkolben 13 führt währenddessen eine Bewe gung nach links aus (siehe Fig. 2). im Druckraum 15 vorhandene gasförmige Kraftstoff wird anschließend durch eine Bewegung des Gasverdichterkolbens 13 nach rechts verdichtet (siehe Fig. 3). Die Hin- und Herbewegungen des Gasverdichterkolbens 13 werden mittels einer Welle 10 und einer drehfest mit der Welle 10 verbundenen Kur venscheibe 17 bewirkt, an welcher der Gasverdichterkolben 13 axial über eine Laufrol le 28 abgestützt ist. Eine Feder 29 hält den Gasverdichterkolben 13 in Anlage mit der Kurvenscheibe 17. Zur Realisierung einer Verdrehsicherung kann der Gasverdichter- kolben 13 ferner gehäuseseitig über eine weitere Laufrolle 28 abgestützt sein. Die Wel le 10 ist über zwei Lager 27 drehbar gelagert.

Der der Gasphase 7 entnommene verdichtete Kraftstoff wird aus der Druckkammer 15 über ein Rückschlagventil 31 in eine Mischkammer 18 eingeleitet. Dort vermischt er sich mit dem der Flüssigphase 6 entnommenen flüssigen Kraftstoff.

Der flüssige Kraftstoff gelangt über einen seitlich angeordneten Zulaufpfad 4 in die Vor förderpumpe 2. Die Förderung des flüssigen Kraftstoffs wird mit Hilfe zweier Strö mungsarbeitsmaschinen 9 bzw. zweier Pumpstufen realisiert. Die erste Strömungsar beitsmaschine 9 ist als Kreiselpumpe 9.1 ausgeführt. Die nachgeschaltete zweite Strömungsarbeitsmaschine 9 ist eine Seitenkanalpumpe 9.2. Beide Strömungsarbeits maschinen 9 werden mit Hilfe der bereits zuvor erwähnten Welle 10 angetrieben. Die Drehbewegung der Welle 10 wird mit Hilfe eines Elektromotors 26 bewirkt.

Nach Durchlaufen der beiden Strömungsarbeitsmaschinen 9 bzw. Pumpstufen gelangt auch der flüssige Kraftstoff über ein Rückschlagventil 30 in die Mischkammer 18. Ein der Mischkammer 18 nachgeschalteter Filter 19 bewirkt, dass im Kraftstoff enthaltene Gasblasen kondensieren. Erst dann verlässt der Kraftstoff die Vorförderpumpe 2.

Den Figuren 4 und 5 sind Abwandlungen einer erfindungsgemäßen Vorförderpumpe 2 zu entnehmen, die sich von der Vorförderpumpe der Figuren 1 bis 3 vorrangig dadurch unterscheiden, dass der Gasverdichter 8 zwei Gasverdichterkolben 13, 14 aufweist. Jeder Gasverdichterkolben 13, 14 begrenzt einen Druckraum 15, 16, der über ein Schaltventil 11, 12 mit gasförmigem Kraftstoff aus der Gasphase 7 des Tanks 1 befüll- bar ist. Bei der Ausführungsform der Fig. 4 erfolgt die Befüllung beider Druckräume 15, 16 über ein gemeinsames Schaltventil 11. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 ist jedem Druckraum 15, 16 ein Schaltventil 11, 12 zugeordnet, so dass der Druckaufbau in den Druckräumen 15, 16 zeitlich versetzt erfolgen kann. Der Antrieb der beiden Gasver dichterkolben 13, 14 wird auch hier mittels einer drehfest mit einer Welle 10 verbunde nen Kurvenscheibe 17 bewirkt, an welcher die beiden Gasverdichterkolben jeweils über Laufrollen 28 abgestützt sind. Jeder Gasverdichterkolben 13,14 ist über eine Feder 29 gegen die Kurvenscheibe 17 axial vorgespannt, so dass sie sich bei einer Drehung der Welle 10 bzw. der Kurvenscheibe 17 hin- und herbewegen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 bewegen sich die beiden Gasverdichterkol ben 13, 14 gleich, das heißt in die gleiche Richtung. Dies hat zur Folge, dass das Mo ment, dass von den Lagern 27 aufgenommen werden muss, verringert wird. Das heißt, dass die Belastung der Lager 27 sinkt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 bewegen sich die beiden Gasverdichterkol ben 13, 14 gegengleich, das heißt in die jeweils entgegengesetzte Richtung. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Gaszumischung erreicht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 6 bis 8 dargestellt. Der in die Vor förderpumpe 2 integrierte Gasverdichter 8 weist einen Gasverdichterkolben 13 auf, der radial an einem drehfest mit der Welle 10 verbundenen Nocken 46 abgestützt ist. Die Abstützung erfolgt mittels einer Laufrolle 28. Um die Laufrolle 28 in Kontakt mit dem Nocken 46 zu halten, ist diese mittels einer Feder 29 in Richtung des Nockens 46 vor gespannt. Der Gasverdichter 8 ist vorliegend außerhalb des Tanks 1 angeordnet, aber allseitig von einer Isolierung 32‘ umgeben. Das Tankvolumen wird somit durch den Gasverdichter 8 nicht verkleinert. Im Übrigen entspricht der Aufbau der Vorförderpum pe 2 dem der zuvor beschriebenen Vorförderpumpe 2 der Figuren 1 bis 3, so dass hie rauf verwiesen wird. Insbesondere weist auch die Vorförderpumpe 2 der Figuren 6 bis 8 eine zweistufige Strömungsarbeitsmaschine 9 mit einer Kreiselpumpe 9.1 als erster Stufe und einer Seitenkanalpumpe 9.2 als zweiter Stufe auf. Ferner ist in die Vorför derpumpe 2 eine Mischkammer 18 mit einem hierin aufgenommenen Filter 19 inte griert. Eine Zulaufleitung 43 verbindet die Vorförderpumpe 2 mit einer Hochdruckpum pe 3. Auch die Wirkungsweise des in die Vorförderpumpe 2 integrierten Gasverdich ters 8 entspricht der des Gasverdichters 8 der Figuren 1 bis 3.

In der Fig. 7 ist der Gasverdichter 8 während einer Saugphase dargestellt. Das heißt, dass der Gasverdichterkolben 13 einen Saughub ausführt. Hierzu bewegt er sich nach unten. Dabei vergrößert sich das Volumen im Druckraum 15 und füllt sich mit gasför migem Kraftstoff aus der im Tank 1 vorhandenen Gasphase 7, da der Druckraum 15 über das Schaltventil 11 und den Zulaufpfad 5 an die Gasphase 7 angebunden ist. Bewegt sich anschließend in der Förderphase der Gasverdichterkolben 13 wieder nach oben, wird der im Druckraum 15 vorhandene Kraftstoff verdichtet und über ein Rück schlagventil 31 der Mischkammer 18 zugeführt. Die Vorförderpumpe 2 in der Förder phase ist in der Fig. 8 dargestellt. In der Mischkammer 18 mischt sich der auf Vorför derdruck verdichtete gasförmige Kraftstoff aus dem Druckraum 15 mit dem flüssigen Kraftstoff, der zuvor mit Hilfe der Strömungsarbeitsmaschine 9 auf Vorförderdruck ver dichtet worden ist. Über den in der Mischkammer 18 aufgenommenen Filter 19 wird dann der vorverdichtete Kraftstoff in die Zulaufleitung 43 eingeleitet, welche die Vorför derpumpe 2 mit der Hochdruckpumpe 3 verbindet.

Die mit der Vorförderpumpe 2 über die Zulaufleitung 43 verbundene Hochdruckpum pe 3 ist in der Fig. 9 dargestellt. Dabei entspricht der Aufbau der Hochdruckpumpe 3 dem der Hochdruckpumpe 3 der Fig. 1, so dass die Hochdruckpumpe 3 nachfolgend in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieben wird.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, wird mit Hilfe der Vorförderpumpe 2, und zwar unab hängig davon, ob der Gasverdichter 8 einen oder mehrere Gasverdichterkolben 13, 14 aufweist, über eine Zulaufleitung 43 einem Zulaufbereich 44 der Hochdruckpumpe 3 zugeführt. Von dort gelangt der Kraftstoff über ein Einlassventil 45 in einen Kompressi onsraum 42, der von einem hin- und herbeweglichen Pumpenkolben 41 der Hoch druckpumpe 3 begrenzt wird. Andernends begrenzt der Pumpenkolben einen Antriebs raum 37, der durch den Pumpenkolben 41 in eine erste Kammer 37.1 und eine zweite Kammer 37.2 unterteilt wird. Diese sind in Abhängigkeit von der Schaltstellung eines Ventils 36 abwechselnd mit einer Hochdruckleitung 34 oder einer Niederdrucklei tung 35 eines Hydraulikkreises 33 verbindbar, so dass hierüber der Pumpenkolben 41 hin- und herbewegbar ist. Bewegt sich der Pumpenkolben 41 nach unten, wird der im Kompressionsraum 42 vorhandene Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt. Bewegt sich der Pumpenkolben 41 nach oben, wird der Kompressionsraum 42 über das Einlass ventil 45 erneut mit Kraftstoff befüllt.

Im Betrieb der Hochdruckpumpe 3 fallen Leckagemengen an, die üblicherweise in den Tank 1 rückgeführt werden. Bei dem beispielhaft in der Fig. 1 (oder Fig. 9) dargestell ten Kraftstoff System werden diese Leckagemengen jedoch nicht in den Tank 1 rückge führt, sondern über eine Rücklaufleitung 22 der Vorförderpumpe 2 zugeführt. Die Rück- laufleitung 22 mündet in einen Zulaufpfad 20, der wiederum stromaufwärts des Schalt ventils 11 in den Zulaufpfad 5 mündet. Somit kann auch die Leckagemenge der Hoch druckpumpe 3 verdichtet, dem flüssigen Kraftstoff beigemischt und anschließend der Hochdruckpumpe 3 zur Hochdruckbeaufschlagung zugeführt werden. Die Leckage menge wird demzufolge einer Nutzung zugeführt.

Gleiches gilt in Bezug auf die Leckagemenge eines in die Hochdruckpumpe 3 integrie ren Niederdruckspeichers 38. Dieser ist optional. Sofern er jedoch vorhanden ist, kann ein Federraum 40 des Niederdruckspeichers, der durch einen Kolben 39 begrenzt wird, ebenfalls an die Rücklaufleitung 22 angebunden werden.

Ebenfalls optional kann in die Vorförderpumpe 2 ein weiterer Zulaufpfad 21 integriert sein, über den die Vorförderpumpe 2 mit einer Rücklaufleitung 23 verbindbar ist, an die ein Pufferspeicher 24 angeschlossen ist. Im Pufferspeicher 24 können im Betrieb des Kraftstoffsystems anfallende Leckage- und/oder Rücklaufmengen zunächst gesammelt werden. Hierzu ist vorzugsweise im Zulaufpfad 21 ein Schaltventil 25 angeordnet, so dass nur bei geöffnetem Schaltventil 25 der Vorförderpumpe 2 Kraftstoff aus dem Puf ferspeicher 24 zugeführt wird. Im Pufferspeicher 24 können insbesondere Rücklauf mengen eines Gasdruckreglers (nicht dargestellt) zur Druckregelung in einem Gas-Rail (nicht dargestellt) des Kraftstoffsystems gesammelt werden.

In der Fig. 1 ist der Pufferspeicher 24 über das Schaltventil 25 und den Zulaufpfad 21 an den Zulaufpfad 5 angebunden. In der Fig. 9 ist der Pufferspeicher 24 über das Schaltventil 25 und den Zulaufpfad 21 direkt an den Druckraum 15 des Gasverdich ters 8 angeschlossen. Die in der Fig. 9 dargestellte Anschlussart ist auch auf die Aus führungsform der Fig. 1 übertragbar. Zudem kann auch die Rücklaufleitung 22 analog dem in der Fig. 9 dargestellten Pufferspeicher 24 über ein separates Schaltventil (nicht dargestellt) direkt an den Druckraum 15 des Gasverdichters 8 angeschlossen werden.