用于内燃机的燃料系统以及减轻燃料系统中的燃料过滤装置中的压力波动的方法与流程

本发明涉及用于内燃机的燃料系统、具有所述燃料系统的内燃机、具有所述燃料系统的车辆、以及减轻燃料系统中的燃料过滤装置中的压力波动的方法。

背景技术：

燃式发动机(诸如柴油发动机或奥托式发动机)用于当今多种类型的设备和车辆中、例如重型货运车辆中、诸如卡车或公交车、乘用车、机动船、客轮、渡轮和货轮中。燃式发动机还用于工业发动机和/或发动机驱动的工业机器人，动力设备(诸如包括柴油发电机的发电厂)中，以及用于机车中。

燃式发动机可以通过柴油、汽油、或乙醇、或其他类型的生物燃料驱动。这样的发动机配备有燃料系统以将燃料从一个或多个燃料储罐输送到内燃机的喷射系统。燃料系统包括可以通过内燃机以机械方式驱动、或通过电机驱动的一个或多个燃料泵。燃料泵产生燃料流和压力以将燃料输送到内燃机的喷射系统，所述喷射系统将燃料供给到内燃机的燃烧室。

燃料系统还包括燃料过滤器，以在燃料到达内燃机的喷射系统之前过滤燃料。内燃机及其喷射系统对杂质敏感并且可能在燃料过于污染的情况下受到负面影响。杂质可以意味着固体颗粒、气体或液体。

某些燃式发动机或混合动力发动机可以在车辆停止时关闭、例如在红灯处或堵车中关闭，目的是减少燃料消耗和尾气排放。这种功能使得内燃机频繁启动和停止。当内燃机关闭时，燃料系统中的压力急剧下降，因为燃料不再需要被供给到内燃机。另一方面，内燃机的每次启动需要在燃料系统中迅速建立起压力，以便迅速将燃料充分供给到内燃机。因此，内燃机的频繁启动/停止导致燃料系统中的频繁压力波动，因此还导致燃料过滤器中的频繁压力波动。在内燃机的启动期间，所形成的压力在燃料系统中增大，燃料从而在高压下经由燃料过滤器供给。高压导致燃料中的杂质可能被推压通过过滤器的风险，这可能影响喷射系统和内燃机的功能。即使仅有少量杂质到达内燃机，也可能产生内燃机可能无法通过燃料驱动的后果。此外，存在燃料过滤器可能由于经常在系统中出现的压力波动和高压而受损或瓦解的风险。杂质可能到达内燃机的风险以及燃料过滤器受损的风险随着燃料过滤器受到高压影响的频率而增加。从而期望减轻燃料过滤器中的压力波动。

尽管在本领域中存在现有技术的解决方案，但仍存在进一步开发燃料系统的需求，所述燃料系统有助于减轻用于内燃机的燃料系统中的燃料过滤器中的压力波动，从而将使燃料过滤器和内燃机受损的风险最小化。

技术实现要素：

本发明的目的是实现用于内燃机的燃料系统，所述燃料系统减轻燃料系统中的燃料过滤器中的压力波动。

本发明的另一目的是实现用于内燃机的燃料系统，所述燃料系统将内燃机中的操作中断的风险最小化。

本发明的另一目的是实现用于内燃机的燃料系统，所述燃料系统将燃料系统中的燃料过滤器中的操作中断的风险最小化。

本发明的另一目的是实现用于内燃机的燃料系统，所述燃料系统紧凑且节省空间。

本发明的另一目的是实现减轻内燃机的燃料系统中的燃料过滤器中的压力波动的方法。

这些目的利用在权利要求1中被限定的燃料系统以及减轻燃料系统中的燃料过滤器中的压力波动的方法来实现，所述方法在权利要求10中被限定。

根据本发明，这些目的利用用于内燃机的燃料系统来实现，所述燃料系统包括：第一燃料储罐；燃料过滤装置，所述燃料过滤装置设置在通过电机操作的低压泵与高压泵之间；第一燃料管道，低压泵设置成将燃料通过所述第一燃料管道供给到燃料过滤装置；以及控制装置，所述控制装置设置成与操作低压泵的电机连接。此外，溢流管道设置成与排气出口和第一燃料储罐连接，所述排气出口设置在燃料过滤装置中，控制装置设置成控制电机，以使得在内燃机已关闭有限的一段时间时，低压泵启动。燃料可以接下来从燃料过滤装置经由排气出口和溢流管道流回到第一燃料储罐。

本发明还涉及包括在上文中描述的系统的内燃机和车辆。

根据另一方面，本发明涉及减轻用于内燃机的燃料系统中的燃料过滤装置中的压力波动的方法，所述燃料系统包括：第一燃料储罐；燃料过滤装置，所述燃料过滤装置设置在通过电机操作的低压泵与高压泵之间；第一燃料管道，低压泵设置成将燃料经由所述第一燃料管道供给到燃料过滤装置；以及控制装置，所述控制装置设置成与操作低压泵的电机连接。所述方法包括以下步骤：

a)识别内燃机的停机；

b)利用控制装置确保低压泵启动；以及

c)确保燃料从燃料过滤装置经由设置在燃料过滤装置中的排气出口以及设置成与排气出口和第一燃料储罐连接的溢流管道流回到第一燃料储罐。

本发明的附加特征和优点在下文中的本发明的具体详述中被描述。

本发明的具体详述

本发明在下文中参照总体上在上文中被描述的燃料系统和方法来描述。

当内燃机关闭时，没有燃料需要被供给到内燃机，因此低压泵和高压泵通常被停机，燃料系统中的压力下降。当内燃机再次启动时，需要在燃料系统中迅速建立起压力，以便允许将燃料充分供给到内燃机。低压泵必须接下来朝向高转速控制，以便能够利用充分高压将燃料供给通过燃料过滤装置。内燃机每次启动，这样的压力波动就出现，所述压力波动还被称为压力冲击或脉动。这样的高压可能导致杂质被推压通过燃料过滤装置并且进一步被推压到内燃机，这可能引起内燃机的停机。此外，燃料被供给通过燃料过滤装置所利用的高压可能损害燃料过滤装置。如果内燃机被频繁关闭和启动，则燃料过滤装置会更频繁受到高压影响，燃料过滤装置中的这些频繁的压力波动从而增加对燃料过滤装置造成损害的风险，杂质可能引起操作中断的风险。

通过在燃料系统中设置通过电机操作的低压泵，允许与利用机械泵操作相比更宽的控制间隔，所述机械泵通常通过内燃机操作和控制、具体通过内燃机的发动机速度操作和控制。通过电机操作的低压泵可以朝向除了转速以外的参数控制、例如朝向燃料过滤器堵塞级别以及燃料管道内部的压力控制。通过设置控制装置以控制电机使得在内燃机关闭时，低压泵启动，燃料将会继续通过第一燃料管道供给到燃料过滤装置，因此特定压力即使在内燃机关闭时也将会被保持在燃料过滤装置中。以这种方式，在内燃机随后再次启动时在燃料过滤装置中出现的压力波动得以减轻。因此，杂质可能被推压通过燃料过滤装置并且引起操作中断的风险最小化。此外，由于大且频繁的压力波动而使得燃料过滤装置可能受损或瓦解的风险最小化。

低压泵的电机适于设置成经由CAN总线与控制装置连接。信号可以经由一个或多个线缆组成的连接件或无线连接件接收和发送，所述连接件可以是CAN总线(控制器区域网络)、MOST总线(面向媒体的系统传输)、或某些其他类型的总线结构。控制装置可以是用于低压泵的电机的单独控制装置，或替代地，控制装置可以由用于内燃机的控制装置中的逻辑电路组成。车辆的其他控制装置也可以反过来连接到CAN总线。控制装置优选识别出内燃机已关闭，接下来所述控制装置控制低压泵，以使得所述低压泵启动。内燃机已关闭的事实可以通过控制装置、例如通过所要求的来自高压泵和/或喷射系统的燃料等于零的方式识别出。

根据本发明的一个方面，控制装置设置成在内燃机关闭时减小低压泵的转速。在内燃机已关闭有限的一段时间时，低压泵优选具有低转速，以便产生燃料过滤器中的压力。当内燃机关闭时，低压泵的转速对应于电机中的低电流和功率消耗。通过在内燃机关闭时减少低压泵的发动机速度，大部分燃料穿过排气出口，而非进一步流动到高压泵。过滤器外壳利用例如最大约1bar的低压增压、像蓄压器那样工作。特定流动的增压和再循环使得燃料加速更快并且压力尖峰中的幅值在发动机重新启动时更小。排气出口确保过滤器外壳内部的压力被保持在最优级别并且不会过高。

低压泵适于启动有限的一段时间，内燃机在所述有限的一段时间中关闭。控制装置从而优选设置成将低压泵停机。预定的一段时间可以例如在1至10分钟之间，优选在5至8分钟之间。低压泵可以通过控制控制装置来停机，以使得所述控制装置在预定的一段时间之后关闭电机。这确保低压泵仅在内燃机已关闭一小段时间时、例如在红灯处或交通堵塞中停下时启动。

燃料过滤装置优选包括过滤器外壳，过滤元件设置在所述过滤器外壳中。排气出口适于设置在过滤器外壳中。当内燃机在操作中时，燃料以特定压力从低压泵经由第一燃料管道供给到过滤器外壳，接下来燃料穿过过滤元件并且杂质被过滤掉。随后，燃料被进一步供给到高压泵以及内燃机的喷射系统。基本上可忽略不计的一部分燃料也会穿过用于排气的排气出口。通过控制低压泵，使得所述低压泵在内燃机关闭时启动，燃料将会继续被供给到过滤器外壳，但大部分燃料将会转而通过排气出口流动到溢流管道并且流回到第一燃料储罐。以这种方式，特定压力被保持在燃料过滤装置中，通常在内燃机启动和停止时出现的压力波动得以减轻。过滤元件上的应力从而最小化。

根据本发明的一个方面，排气出口设置在燃料过滤装置中，以使得燃料在穿过排气出口之前不穿过过滤元件。以这种方式，过滤元件上的应力最小化，过滤元件的堵塞受到限制。替代地，排气出口设置成使得燃料在穿过排气出口之前穿过过滤元件。以这种方式，燃料被过滤并且通过溢流管道返回到第一燃料储罐，因此燃料被反复过滤。

阀装置优选在燃料过滤装置中设置在排气出口处。阀装置适于由节气阀组成，由此跨过节气门实现流动限制和压力下降。由于通过排气出口的流动受到限制，过滤器外壳内部的压力将会增加，过滤器外壳将会因此充当加压的蓄压器。当内燃机再次启动时，加压的燃料将会已存在于过滤器外壳中，因此燃料可以迅速到达内燃机，内燃机的迅速且高效的启动得以实现。此外，节气阀和过滤器外壳中的压力使得在内燃机的启动时出现的压力差最小化，这将使燃料过滤装置受损的风险以及由于压力急剧增加导致杂质被推压通过过滤元件的风险最小化。

根据本发明的一个方面，燃料系统包括第二燃料储罐。第一燃料储罐适于适配使得其保有与第二燃料储罐相比更小的容积。这种设计允许第一燃料储罐体积较小，所述第一燃料储罐较容易设置在具有有限空间的底盘内部。由此，小体积的燃料系统得以实现。

输送泵优选设置成利用燃料供给第一燃料储罐。输送泵适于将燃料从第二燃料储罐经由第二燃料管道进一步供给到第一燃料储罐。预过滤器优选设置在输送泵下游和主低压泵上游。到达通过电机操作的低压泵的燃料从而被预过滤，这使得低压泵以先进的方式被保护防止杂质进入，这减小低压泵中的操作中断的风险。输送泵优选通过电机操作。以这种方式，更高效且灵活调节的通向第一燃料储罐的燃料供给得以实现。

低压泵适于设置在第一燃料储罐中。以这种方式，低压泵被保护不受外界环境影响，燃料得以在第一燃料储罐中自然冷却。替代地，输送泵和预过滤器也设置在第一燃料储罐内部。

燃料回流管道适于设置成与第一燃料储罐和燃料系统的高压系统连接。加压的暖燃料可以以这种方式返回到第一燃料储罐，而非输送到内燃机的燃烧室。暖燃料可以从而加热燃料储罐中的冷燃料，并且以这种方式减小在操作期间石蜡化的风险。

本发明的其他优点在下文中的本发明的示例性实施方式的具体描述中阐述。

附图说明

作为实施例，以下是参照附图对于本发明的实施方式的描述，其中：

图1示出车辆的示意性侧视图，所述车辆包括根据本发明的用于内燃机的燃料系统，

图2示出用于根据本发明的燃料系统的联接图，

图3示出减轻根据本发明的燃料系统中的燃料过滤装置中的压力波动的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出车辆1的示意性侧视图，所述车辆包括用于根据本发明的内燃机2的燃料系统4。内燃机2连接到变速箱6，所述变速箱经由传动装置进一步连接到车辆1的驱动轮8。车辆还包括底盘10。

图2示出用于根据本发明的内燃机2中的燃料系统4的联接图。燃料系统4包括多个部件，在所述多个部件中，燃料过滤装置12、高压泵14、采取所谓的共轨16形式的蓄压器、以及采取燃料喷射器形式示意性地展示的喷射系统18设置在内燃机2中(内燃机2在图1中展示)。替代地，共轨16可以被其他形式的喷射系统18替代，例如压电式或单元式喷射系统。高压泵14、共轨16和喷射系统18构成燃料系统4的高压系统19中的部件。燃料系统4还包括第一燃料储罐20、低压泵22、第一燃料管道24、以及操作低压泵22的控制装置26，低压泵22设置成将燃料通过所述第一燃料管道供给到燃料过滤装置12，所述控制装置设置成与电机M1连接。控制装置26设置成经由CAN总线28与电机M1连接。当内燃机2在操作中时，低压泵22将燃料从燃料储罐20泵送通过设置在下游的燃料过滤装置12，并且进一步泵送到高压泵14，所述高压泵接下来将燃料进一步泵送到内燃机2。控制装置26设置成控制低压泵22，以使得所述低压泵在内燃机2已关闭有限的一段时间时启动。以这种方式，特定压力即使在内燃机2关闭时也被保持在燃料过滤装置12中，以使得燃料过滤装置12中的压力波动得以减轻。

燃料系统4还可以包括第二燃料储罐30、第三燃料储罐32、输送泵34和预过滤器36。第二和第三燃料储罐30，32在其相应顶部部分与通气管路38连接，所述通气管路经由空气过滤器40与周围环境连通。通气管路38确保相应储罐30，32中的压力是相同的并且维持相同，并且等于外界空气压力，无论多少燃料存在于相应储罐中。空气过滤器40防止周围空气中的杂质穿透到与储罐的通气连接的通气管路38中。第一燃料储罐20适用于保有与第二燃料储罐30和第三燃料储罐32相比更小的容积。第二燃料储罐30和第三燃料储罐32对应于主燃料储罐并且保有基本上相同容积并且在彼此之间具有经由连接管路42的自调节流动，所述连接管路设置在第二燃料储罐30的下部部分与第三燃料储罐32的下部部分之间。根据图2，输送泵34被设置在第一燃料储罐20与第二燃料储罐30之间。低压泵22可以被设置在第一燃料储罐20内部，并且从而被保护不受环境影响并且通过燃料冷却。输送泵34通过第二电机M2操作，并且其主任务是将燃料从第二燃料储罐30经由第二燃料管道44供给到第一燃料储罐20。第二电机M2设置成经由CAN总线28与控制装置26连接。第二电机M2并且由此输送泵34从而通过控制装置26控制。

溢流管道46设置在第一燃料储罐20与第二燃料储罐30之间，以使得在第一燃料储罐20变得过满的情况下，燃料可以从第一燃料储罐20输送到第二燃料储罐30。

预过滤器36设置在输送泵34下游并且优选是细网的水分离式过滤器。粗网筛48在第二燃料储罐30中设置在输送泵34上游，输送泵28通过所述粗网筛吸取燃料。粗网筛48过滤掉大于特定预定尺寸的颗粒物。输送泵34接下来将燃料加压并且将燃料馈送通过预过滤器36，并且经由第二燃料管道44进一步馈送到第一燃料储罐20。第一燃料储罐20中的燃料从而已穿过粗网筛48和细网预过滤器36两者，这使得设置在第一燃料储罐20中的低压泵22被保护不受杂质影响。

燃料过滤装置12包括过滤器外壳50，过滤元件52设置在所述过滤器外壳中，来自第一燃料储罐20的燃料通过所述过滤元件被过滤。过滤器外壳50具有排气出口54，溢流管道56与所述排气出口连接。溢流管道56还与第一燃料储罐20连接。以这种方式，燃料可以在内燃机2关闭并且低压泵22启动时从过滤器外壳50流动通过排气出口54、进一步通过溢流管道56并且流回到第一燃料储罐20。当内燃机2在操作中时，过滤器外壳50经由排气出口54排气。

采取节气阀形式的阀装置58设置在排气出口54处，并且从而与溢流管道56连接。节气阀使得在内燃机2关闭时通过低压泵22供给到燃料过滤装置12的大部分燃料通过排气出口54、节气阀58和溢流管道56流回到第一燃料储罐20。节气阀58还使得跨过节气门的流动受限并且压力下降，这继而产生在过滤器外壳50中建立起压力的后果。过滤器外壳50从而充当加压的蓄压器，这意味着只要低压泵22启动，即使内燃机2关闭，在过滤器外壳50中也总是存在加压的燃料。以这种方式，可以实现内燃机2的迅速且高效的启动。

此外，燃料系统4包括燃料回流管道60，加压的暖燃料从燃料系统4的高压系统19通过所述燃料回流管道返回到第一燃料储罐20。

第一液位传感器62设置在第一燃料储罐20中，以便识别第一燃料储罐20中的燃料液位。当利用液位传感器62确定的第一燃料储罐20中的燃料液位降低到预定液位阈值以下时，输送泵34被控制以将燃料从第二燃料储罐30馈送到第一燃料储罐20。第二液位传感器64设置在第二燃料储罐30中，以便识别第二燃料储罐30中的燃料液位。第一液位传感器62和第二液位传感器64连接到CAN总线28和控制装置26，所述控制装置控制输送泵34和低压泵22。

压力传感器66设置在燃料过滤装置12下游。压力传感器经由CAN总线28连接到控制装置26。压力传感器可以控制第一电机M1，所述第一电机通过允许设定点值来操作低压泵22，而不管系统中的状态如何(例如在系统中的压力下降的情况下)、不管燃料过滤器堵塞级别或不管来自内燃机2、喷射系统18或控制系统的最优燃料需求。

图3示出减轻根据本发明的燃料系统4中的燃料过滤装置12中的压力波动的方法的流程图。燃料系统4可以适配为在图2中描述的那样。根据本发明的方法包括：步骤a)识别内燃机2的停机，步骤b)利用控制装置26确保低压泵22启动，以及步骤c)确保燃料从燃料过滤装置12经由设置在燃料过滤装置12中的排气出口54以及设置成与排气出口54和第一燃料储罐20连接的溢流管道56流回到第一燃料储罐20。通过在内燃机2关闭时保持低压泵22启动，特定压力被保持在燃料过滤装置12中。由此，在内燃机2关闭时的状态与在内燃机2启动时的状态之间的压力差得以减小。由此，燃料过滤装置12中的压力波动得以减轻。

控制装置26适于识别出内燃机2已关闭，并非如在现有技术中那样将低压泵22停机，控制装置26转而控制低压泵22的电机M1使得低压泵22启动。控制装置26适于识别出内燃机2已关闭。控制装置26适于确保低压泵的22转速得以减小，优选减小到具有低功率和电流消耗的转速。控制装置26可以控制电机M1，以使得低压泵22获得低发动机速度。

阀装置58在燃料过滤装置12中配置在排气出口54处。阀装置58适于由节气阀组成，由此在排气出口54处实现流动限制和压力下降。配置节气阀58、并且减少低压泵22的转速、并且从而减少第一燃料管道24和燃料过滤装置12中的压力，确保通过低压泵22供给到燃料过滤装置12的大部分燃料穿过排气出口54并且流回到第一燃料储罐20。此外，节气阀58使得在过滤器外壳50内部建立起压力并且使得过滤器外壳50从而充当加压的蓄压器。如果内燃机2在一段时间之后再次启动，则加压的燃料已经存在于燃料过滤装置12中，可以实现内燃机2的迅速且高效的启动。

所述方法还适于包括步骤d)通过将电机M1预定的一段时间之后关闭来将低压泵22停机。低压泵22适于保持启动预定的一段时间，内燃机2在所述预定的一段时间中关闭。控制装置26优选在内燃机2已关闭预定的一段时间时将低压泵22停机。预定的一段时间可以例如在3至10分钟之间，优选在5至8分钟之间。这确保低压泵22仅在内燃机2关闭一小段时间时、例如在红灯处或交通拥堵中停下时启动。

在上文中规定的部件和特征在本发明的框架内可以在所规定的不同实施方式之间结合。