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中、动力设备(诸如包括柴油发电机的发电厂)中、以及机车中。

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。

已在现有技术中提出不同的方法和系统以控制燃料系统中的压力。US 2013047965示出燃料系统，其中发动机关闭但是燃料泵打开并且继续供给燃料。燃料流和压力可以在特定情况下、例如在车辆冷启动时借助于止回阀和过压阀控制。然而，所述文献并未提及在重复启动和停止时燃料过滤器中的压力波动的问题。

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，并且所述燃料系统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。

本发明的目的还在于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。

本发明的目的还在于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中限定的燃料系统在以及在权利要求12中限定的减轻燃料系统中的燃料过滤器中的压力波动的方法实现。

根据本发明，这些目的利用用于内燃机的燃料系统实现，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；以及第一燃料管道，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。在预定压力下打开和/或关闭的渐开和/或渐闭式控制阀设置在燃料过滤装置上游。再循环管道设置在控制阀上游和低压泵下游，用于使燃料在供给压力下再循环回到低压泵，所述供给压力超过控制阀中的预定打开压力。

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，其设置在低压泵与高压泵之间；以及第一燃料管道，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。所述方法包括以下步骤：

a)将控制阀设置在燃料过滤装置上游和低压泵下游，以便控制通向燃料过滤装置的燃料流；

b)控制控制阀，以使得所述控制阀在预定压力下逐渐打开；以及

c)使一部分燃料在超过用于控制阀的预定打开压力的压力下经由再循环管道再循环回到低压泵。

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。通过内燃机的发动机速度操作的泵在内燃机关闭时也被停机。由此，低压泵和高压泵被停机，以及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。低压泵必须接下来实现高发动机速度或朝向高发动机速度控制，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，以及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，以及杂质可能引起操作中断的风险。

根据本发明，利用系统和方法减轻压力波动，其中渐开式控制阀设置在燃料过滤装置上游和低压泵下游，以便控制通向燃料过滤装置的燃料流。控制阀在预定压力下打开和/或关闭。以这种方式，燃料供给可以被控制，以使得控制阀直到内燃机和/或低压泵的发动机速度已超过特定值时才打开，以使得燃料压力或流动处于适当级别。压力传感器可以设置在控制阀下游和/或控制阀中。压力传感器可以连接到车辆中的控制装置，阀的打开和/或关闭可以通过控制装置控制。

再循环管道设置在控制阀上游和低压泵下游，用于使燃料在供给压力下再循环回到低压泵，所述供给压力超过控制阀中的预定打开压力。以这种方式，燃料被连续地供给到燃料过滤装置，压力冲击可以在例如发动机启动时得以避免。通过渐开式控制阀的方式，压力中的逐渐增加在燃料过滤装置中实现。控制阀可以是机械阀或电动阀。加压的燃料优选在燃料过滤装置中总是可用，控制阀还作为止回阀工作，防止燃料流回到低压泵。

根据本发明，低压泵优选以机械方式操作。通过设置通过内燃机、并且具体通过内燃机的发动机速度操作和控制的机械泵，低压泵以简单方式被控制。低压泵从而朝向发动机速度控制，以使得低压泵在内燃机的高发动机速度下、例如在发动机迅速启动时提供高流动并且从而提供高压，并且在低发动机速度下提供低流动并且因此提供低压。由此，低压泵在内燃机关闭时关闭。在通过电机操作的通常具有较宽控制间隔的低压泵中，在内燃机的启动时的高流动还可以导致系统中的高压并且因此导致燃料过滤装置中的高压。这意味着，燃料在内燃机的重复启动和停止时受到压力波动影响。通过设置逐渐打开的控制阀，燃料过滤器可以在发动机启动期间被连续地加压。与此同时，一部分燃料经由再循环管道被引导回到低压泵，以使得控制阀不受到过高压力影响。以这种方式，在内燃机启动时出现在燃料过滤装置中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，燃料过滤装置由于大且频繁的压力波动而可能受损或瓦解的风险最小化。

根据本发明的一个方面，蓄压器设置在控制阀下游并且与燃料过滤装置连接。蓄压器的目的是在发动机故障的情况下并且在燃料供给从低压泵开始之前将燃料过滤装置加压。由于燃料过滤装置被持续地加压的，燃料过滤器中的压力波动得以进一步减轻。蓄压器设置成在需要将燃料迅速供给到内燃机时、例如当发动机在发动机启动时失速之后将燃料释放到燃料过滤装置。将加压的燃料供给到燃料过滤器并且进一步供给到内燃机的通向和来自蓄压器的通道接下来打开。当控制阀已完全打开并且低压泵的转速已根据内燃机的燃料需求适配时，通向和来自蓄压器的通道关闭。反过来，在内燃机关闭时系统中的压力迅速下降下，通向蓄压器的通道打开并且填充有燃料。以这种方式，压力波动可以有效地减轻。阀装置优选设置在通向蓄压器的入口处，以便控制通向和来自蓄压器的流动。阀能够以电方式控制，作为结果，可以实现蓄压器的精确控制。蓄压器的容积可以例如在0.1至1升之间。

根据本发明的另一方面，燃料过滤装置设置成像蓄压器那样工作。这意味着，加压的燃料可以存留在燃料过滤装置中。以这种方式，可以获得简单且紧凑的燃料系统。

控制阀优选能够以电方式控制。以这种方式，可以实现精确且迅速的控制。利用电动控制，例如容易改变用于控制阀的渐开和/或渐闭的控制间隔。还可以将控制阀设置成与控制装置和通讯总线连接，因此控制阀的控制可以连接到车辆的其他控制系统。

分别用于接收和发送信号的通讯总线可以是由一个或多个线缆组成的连接件或无线连接件，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控制阀的单独控制装置，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同一通讯总线，例如CAN总线。再循环管道可以包括设置在再循环管道的入口处的阀装置。以这种方式，燃料的再循环并且因此通向控制阀的燃料流可以朝向期望级别控制。所述阀可以是机械阀或电动阀。

控制阀可以由低压泵的调速器组成，所述调速器从低压泵移动到第一燃料管道、处于通向燃料过滤装置的入口处。以这种方式，可以将系统中的部件的数量最小化，同时可以获得燃料流的精确控制。控制阀可以是具有止回阀功能的机械阀，诸如膜片阀。控制阀还可以是能够以电方式控制的阀，诸如电磁阀，或任何类型的电动阀。

本发明还涉及包括在上文中描述的系统的内燃机和车辆。

本发明还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，其设置在低压泵与高压泵之间；以及第一燃料管道，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，其中所述方法包括以下步骤：

a)将控制阀设置在燃料过滤装置上游和低压泵下游，以便控制通向燃料过滤装置的燃料流；

b)控制控制阀，以使得其在预定压力下逐渐打开；以及

c)使一部分燃料在超过用于控制阀的预定打开压力的压力下经由再循环管道再循环回到低压泵。

在步骤(b)中，控制阀被控制，使得其在预定压力下打开。控制阀能够以电方式控制，阀的打开和/或关闭可以适配当前驾驶状态。步骤(b)可以还包括经由控制装置以电方式控制控制阀，所述控制装置经由通讯总线连接到控制阀。

步骤c)可以包括将阀装置配置在通向再循环管道的入口处。以这种方式，可以进一步控制燃料流，并且获得更精确的控制。

所述方法可以还包括以下步骤：

d)将蓄压器配置在通向燃料过滤装置的入口处，以便将燃料过滤装置加压。以这种方式，燃料过滤装置可以设置成使得其在低压泵停机时、例如在发动机发生故障时被加压。

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。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。由于一部分燃料经由渐开式控制阀穿过，并且由于一部分燃料也会穿过再循环管道，直到控制阀完全打开，特定压力将会被保持在燃料过滤装置中，而不出现任何通常在内燃机启动和停止时出现的主要压力冲击和压力波动。过滤元件上的应力从而最小化。

过滤器外壳内部的压力可以通过控制阀的逐渐关闭的方式连续增加。过滤器外壳可以设置成充当加压的蓄压器。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，并且实现内燃机的迅速且高效的启动。此外，控制阀和过滤器外壳中的压力使得在内燃机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。

输送泵优选设置成向第一燃料储罐供给燃料。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，输送泵和预过滤器还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以及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优选实施方式的描述，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，以及

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、以及示意性地采取燃料喷射器方式展示的喷射系统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，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。控制装置(未示出)可以设置与燃料系统4中的多个部件连接。控制装置可以设置成经由CAN总线与部件连接。

当内燃机2在操作中时，低压泵22将燃料从燃料储罐20通过设置在下游的燃料过滤装置12泵送，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。

燃料系统4可以还包括多个燃料储罐(未示出)。输送泵可以设置成将燃料从第二燃料储罐供给到第一燃料储罐20，所述输送泵可以设置在各储罐(未示出)之间。输送泵可以通过电机操作或以机械方式操作。第二燃料储罐可以等同于主燃料储罐，第一燃料储罐可以等同于具有与燃料储罐相比更小容积的技术储罐。

燃料系统4包括在预定压力下打开和/或关闭的渐开和/或渐闭式控制阀30。控制阀30设置在燃料过滤装置12上游。再循环管道32设置在控制阀30上游和低压泵22下游，用于使燃料在供给压力下再循环回到低压泵22，所述供给压力超过控制阀30的预定打开压力。低压泵30可以以机械方式操作，并且通过内燃机2的发动机速度控制。低压泵22接下来朝向内燃机2的发动机速度控制，并且可以在例如发动机启动时朝向高发动机速度迅速控制泵。由此，低压泵22在内燃机关闭时关闭。渐开式控制阀30让燃料逐渐通过，因此燃料过滤装置12可以在发动机启动时连续地加压。与此同时，一部分燃料经由再循环管道32引导回到低压泵22，以使得控制阀30不受到过高压力影响。以这种方式，在内燃机启动时在燃料过滤装置12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12并且引起操作中断的风险最小化。此外，燃料过滤装置12可能由于大且频繁的压力波动而受损或瓦解的风险最小化。

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过滤。过滤器外壳50可以在其自身中像蓄压器那样工作，或蓄压器40可以设置在控制阀下游并且与过滤器外壳50连接，从而与过滤器装置12连接。蓄压器40设置在通向燃料过滤装置12的入口处，以便例如在发动机故障时将燃料过滤装置12加压。蓄压器的30的目的是在燃料供给从低压泵22开始之前将燃料过滤装置12加压。由于燃料过滤装置12被持续地加压，燃料过滤器52中的压力波动得以进一步减轻。蓄压器40设置成在需要将燃料迅速供给到内燃机时、例如当发动机在发动机启动时失速之后将燃料释放到燃料过滤装置12。将加压的燃料供给到燃料过滤器52并且进一步供给到内燃机2的通向和来自蓄压器40的通路接下来打开。当控制阀30已完全打开并且低压泵22的转速已根据内燃机2的燃料需求适配时，通向和来自蓄压器40的通路关闭。反过来，在内燃机2关闭时系统4中的压力迅速下降下，通向蓄压器40的通路打开并且填充有燃料。以这种方式，可以有效地减轻压力波动。阀装置(未示出)优选设置在通向蓄压器的入口处，以便控制通向和来自蓄压器40的流动。阀能够以电方式控制，作为结果，可以实现蓄压器40的精确控制。蓄压器40的容积可以例如在0.1至1升之间。

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。

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)将控制阀30设置在燃料过滤装置12上游和低压泵22下游，以便控制通向燃料过滤装置12的燃料流，以及步骤b)控制控制阀30，使得其在预定压力下逐渐打开，以及步骤c)使一部分燃料在超过用于控制阀30的预定打开压力的压力下经由再循环管道32再循环回到低压泵22。

由于控制阀30逐渐打开，燃料过滤装置12中的压力冲击得以减轻。所述方法还适于包括步骤d)将蓄压器配置在燃料过滤装置的入口处以将燃料过滤装置加压。

通过设置过滤器外壳50以使得其像蓄压器那样工作，或通过将蓄压器40设置成与燃料过滤装置12连接，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。如果内燃机2在一段时间之后再次启动，则加压的燃料已在燃料过滤装置12中可用，可以实现内燃机2的迅速且高效的启动。

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。