CN102650250A - 多级燃料回流*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于发动机的燃料***。根据一个实施例，燃料***包括联接于低压燃料泵的燃料供应装置，低压燃料泵联接于高压燃料泵，以提供燃料给燃料分供管。另外，该燃料***包括联接于燃料分供管的多个喷射器，以提供燃料给多个发动机气缸。更进一步地，该燃料***包括：将燃料分供管联接于燃料供应装置的第一燃料回流管路、以及热再循环阀，热再循环阀进一步联接于低压燃料泵入口管路；将高压燃料泵联接于第一燃料回流管路的第二燃料回流管路；以及将所述多个喷射器联接于高压泵入口管路的第三燃料回流管路。

Description

多级燃料回流***
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年2月28日提交的名为“MULTI-STAGED FUELRETURN SYSTEM”的美国临时申请No.61/447,533的优先权，在此将该美国临时申请的全部内容并入以供参考。
背景技术
很多柴油发动机都需要较高压燃料***和较低压燃料***两者，以供给燃料用于发动机运转并使燃料回流到燃料箱。较低压燃料***以期望的压力、温度、量和质量(洁净度和不含水)将燃料供给较高压燃料***，较高压燃料***继而对该燃料进行加压并将该燃料供给给发动机。较低压燃料***具有另一个功能；其使未使用的燃料从高压燃料***回流到低压燃料***和燃料箱。在较高压燃料***中，大部分燃料被发动机使用用于燃烧；然而，一部分燃料被用来冷却和润滑高压泵，以致动高压发动机燃料喷射器并通过控制阀的打开和关闭调节分供管压力，其中所述控制阀液压连接于燃料分供管中的高压燃料。用于这些目的的燃料不被消耗，并且必须经由燃料回流***回流到较低压燃料***中，其中燃料回流***包括联接于较低压燃料***的回流管路(line)和管道。
在这种***中可能出现若干问题。例如，如果喷射器回流燃料压力(背压)未被保持(即，落到最低压力以下)，那么喷射器中的液压致动器可能崩溃，从而阻止喷射器致动。喷射能力的缺失能够导致发动机冷起动期间起动失败或曲柄旋转起动时间延长，或者不足以在已经运行的发动机上进行任何操作。另外，回流燃料可能包括源于制造和其他来源的发动机碎屑，这些碎屑会阻塞燃料管路并损坏燃料泵。此外，冷燃料的胶化或结蜡可能阻塞燃料管路，特别是在燃料过滤器和燃料泵处，从而降低燃料供给压力和量，这会由于缺乏润滑而使发动机性能劣化并损坏高压燃料泵。更进一步地，如果由于回流管路中的阻塞而使回流压力太高(即，升到最高压力以上)，那么高压泵和/或低压泵上的密封件可能损毁。可能出现的其他问题包括：不能够迅速地排空燃料水分(WIF)蓄积器并更换包括壳体的一件式燃料过滤器可能导致燃料***的污染，并且燃料***可能在工厂填注燃料期间干燥运行或摄入空气。
发明内容
一种解决上述问题的方法是多级燃料回流***。多级燃料回流***可以包括：燃料供应装置(fuel supply)；联接于燃料供应装置的低压燃料泵；设置在低压燃料泵与燃料供应装置之间的第一燃料过滤器，第一燃料过滤器具有第一过滤尺寸(例如，微孔尺寸)并且设有带WIF传感器的WIF蓄积器；高压燃料泵；设置在高压燃料泵与低压燃料泵之间的第二燃料过滤器，第二燃料过滤器具有第二过滤尺寸，第二过滤尺寸比第一过滤尺寸(例如，微孔尺寸)细小；位于高压燃料泵下游的共用燃料分供管；将共用燃料分供管联接于第一燃料回流管路的压力控制阀，第一燃料回流管路将回流燃料引至燃料供应装置和低压燃料泵入口管路的位于第一燃料过滤器上游的区域中的任一个；第二燃料回流管路，第二燃料回流管路将回流燃料从高压泵引至第一燃料回流管路；联接于第三燃料回流管路的多个喷射器，第三燃料回流管路将回流燃料引至低压燃料泵与高压燃料泵之间的高压泵入口管路的位于第二燃料过滤器上游的区域。
利用上述***，可以将回流燃料引至低压燃料***中的多个位置(高压燃料泵上游的区域)、燃料供应装置，并且引至高压泵。这样，***内的多个位置下的燃料压力可以被更紧密地调节。另外，***利用回流燃料的热来减少燃料管路、燃料过滤器和燃料泵中的燃料的胶化/结蜡，并且过热的燃料也可以被转移回到燃料供应装置，以与较冷的大部分燃料混合，从而防止过高温度的燃料损坏燃料***部件。另外，在冷起动发动机时，建立由低压燃料泵供给到喷射器回流管路的压力，这通过提供稳定的加压燃料给燃料喷射器的回流侧、快速地充注液压致动器从而允许其快速且一致地运行而改进了车辆的冷起动性能和操作。更进一步地，所描述的***改进了防止燃料***被发动机碎屑污染的保护，这种污染可能导致泵故障。另外，通过具有多条回流路径可以释放防止泵密封件损坏的高压，WIF传感器指示WIF蓄积器何时需要被排空并且保护燃料在更换过滤器的过程中不被污染，并且在喷射器上施加低压泵燃料压力使得能够在工厂填注燃料期间更快地排放空气。
在另一个示例中，多级燃料回流***可以包括：燃料供应装置；联接于燃料供应装置的低压燃料泵；设置在低压燃料泵与燃料供应装置之间的第一燃料过滤器；高压燃料泵；设置在高压燃料泵与低压燃料泵之间的第二燃料过滤器；位于高压燃料泵下游的共用燃料分供管；将共用燃料分供管联接于第一燃料回流管路的压力控制阀，第一燃料回流管路将回流燃料引至燃料供应装置和位于第一燃料过滤器上游的位置处的低压燃料泵入口管路中的任一个；联接于第二燃料回流管路的多个喷射器，第二燃料回流管路将回流燃料引至位于第二燃料过滤器上游的位置处的高压泵入口管路。
在另一个示例中，多级燃料回流***可以包括：燃料供应装置；联接于燃料供应装置的低压燃料泵；设置在低压燃料泵与燃料供应装置之间的第一燃料过滤器；高压燃料泵；设置在高压燃料泵与低压燃料泵之间的第二燃料过滤器；位于高压燃料泵下游的共用燃料分供管；将共用燃料分供管联接于第一燃料回流管路的压力控制阀，第一燃料回流管路将回流燃料引至燃料供应装置和位于第一燃料过滤器上游的位置处的低压燃料泵入口管路中的任一个；将燃料从高压泵引至第一燃料回流管路的第二燃料回流管路；以及联接于第三燃料回流管路的多个喷射器，第三燃料回流管路将回流燃料引至位于第二燃料过滤器上游的位置处的高压泵入口管路。
在另一个示例中，第一燃料过滤器具有第一过滤尺寸，并且第二燃料过滤器具有第二过滤尺寸，第二过滤尺寸比第一过滤尺寸细。
在另一个示例中，第一燃料回流管路包括联接于低压泵入口管路的热再循环阀，其中热再循环阀在高于100°F的温度下完全打开，并且在低于75°F的温度下完全关闭，其中当热再循环阀打开时，回流燃料绕过燃料供应装置，并且其中当热再循环阀关闭时，回流燃料进入燃料供应装置。
在另一个示例中，燃料***包括：燃料供应装置；联接于燃料供应装置的低压燃料泵；位于低压燃料泵下游的高压燃料泵；以及位于高压燃料泵下游的共用分供管引导喷射***，该共用分供管引导喷射***包括多个燃料喷射器，所述燃料喷射器使燃料回流到低压燃料泵与高压燃料泵之间的位置。
在另一个示例中，高压泵和共用分供管引导喷射***使燃料回流到低压泵下游的位置。燃料***还包括热再循环阀，该热再循环阀设置在将低压泵入口管路联接于燃料回流管路的跨接管路中，其中热再循环阀在高于100°F的温度下完全打开，使得回流燃料绕过燃料供应装置，并且热再循环阀在低于75°F的温度下完全关闭，从而允许回流燃料进入燃料供应装置。
在另一个示例中，高压泵和共用分供管引导喷射***使燃料回流到燃料供应装置。
在另一个示例中，燃料***还包括：位于低压泵与燃料供应装置之间的燃料过滤器；位于高压燃料泵与喷射器回流通道上游的低压燃料泵之间的燃料过滤器，喷射器回流通道使燃料从所述多个燃料喷射器回流到低压燃料泵与高压燃料泵之间的位置。
应当理解，提供上面的概述是为了以简化的形式提供一些构想，这些构想将在详细的说明书中被进一步描述。这并不意在确定要求保护的主题的关键或必要特征，其中要求保护的主题的范围由详细的说明书所附的权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题不限于解决前面描述或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了根据本公开的实施例的示例性燃料输送和燃料回流***的示意图。
图2示出了根据本公开的实施例的图1的示例性燃料输送和燃料回流***包括进一步的细节的示意图。
图3示出了根据本公开的实施例的用于使用图1的燃料回流***输送燃料的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了用于车辆用内燃机(如柴油发动机)的燃料输送***100的示意性描绘。如图所示，燃料可以通过多种燃料管路并通过多种不同的部件沿箭头150大致指示的方向输送经过燃料输送***100。
燃料输送***100包括从燃料箱108泵送液体燃料的低压燃料泵102。在该实施例中，燃料泵102是电控的可变速举升泵。在一些情况下，低压燃料泵102可以仅仅在有限数量的转速下运行。
第一燃料过滤器103在低压泵入口管路101中设置在低压燃料泵102的下游。第一燃料过滤器103可以去除燃料中可能含有的较大杂质，这些杂质会有可能损坏关键的发动机部件。例如，第一燃料过滤器可以具有10μm的过滤尺寸。另外，如在图2中最佳地示出，第一燃料过滤器包括水分离器和燃料水分(WIF)蓄积器121，燃料水分(WIF)蓄积器121可以被手动地排空。WIF传感器123联接于WIF蓄积器121并且在蓄积器中的水位高于预定水位时向控制器132提供信号。当蓄积器中的水位高于预定水位时，车辆的操作人员可以接收到来自控制器132的警告/信号，该警告/信号指示WIF蓄积器121应当被排空。在替代性实施例中，第一燃料过滤器可以具有不同的过滤尺寸和/或第一燃料过滤器可以不包括水分离器和WIF蓄积器/传感器。
低压燃料泵102通过流体联接于第二燃料过滤器106。第二燃料过滤器106可以去除燃料中可能含有的较小杂质，这些杂质会有可能损坏关键的发动机部件。例如，第二燃料过滤器106可以具有2-4μm的过滤尺寸。另外，在一个实施例中，第二燃料过滤器可以具有水分离能力，直至过滤器饱和。因此，在该示例中，第二燃料过滤器是一次性的一件式过滤器。在替代性实施例中，第二燃料过滤器可以具有不同的过滤尺寸和/或该过滤器可以不是一次性的一件式过滤器。
燃料可以从第二燃料过滤器106输送到高压燃料泵110。高压燃料泵110可以使接收自第二燃料过滤器的燃料的压力从低压燃料泵102产生的第一压力水平升高到比第一压力水平高的第二压力水平。高压燃料泵110可以经由燃料管路114将高压燃料输送到燃料分供管118。可以基于车辆的运行状态调节高压燃料泵110的运转。例如，高压燃料泵可以在压力控制模式(在发动机冷起动期间)和容量控制模式(在燃料温度高于例如20℃的阈值时的运行期间)下交替地运转。
燃料压力调节器112可以与燃料管路114串联，从而以设定值压力调节输送到燃料分供管118的燃料。应当注意，燃料压力调节器112的操作可以被调节以改变燃料压力设定值，从而适应操作状态。为了以设定值调节燃料压力，燃料压力调节器112可使过量的燃料经由第一回流管路116回流。第一回流管路116可使过量的燃料(经由管路109)回流到燃料供应装置108和/或(经由跨接管路105)回流到低压泵入口管路101中位于第一燃料过滤器103上游的位置中的任一个。
跨接管路105的打开和关闭由阀107调节。在本实施例中，阀107是热再循环阀，其可以在75-80°F完全打开，并且在100°F完全关闭。因此，当燃料具有高于100°F的温度时，燃料可以被引至燃料供应装置108，而当燃料具有低于80°F的温度时，更多的燃料可以被引至低压泵入口管路101。在80°F至100°F之间的温度下，燃料可以被引至燃料供应装置108和低压泵入口管路101两者，其中较少的燃料被引至低压泵入口管路101。在替代性实施例中，阀107可以包括温度传感器，并且阀的打开可以由控制器132调节。第一燃料回流管路116另外包括燃料冷却器113，燃料冷却器113的操作由控制器132调节。在另一个替代性实施例中，燃料***100可以不包括燃料冷却器。
第二回流管路111将过量的燃料从高压泵110引至第一回流管路116。在本实施例中，第二燃料回流管路111在燃料冷却器113上游的位置联接于第一回流管路116。在替代性实施例中，第二回流管路可以具有替代性的设置。例如，第二回流管路可以不联接于第一回流管路，而是可以直接联接于燃料供应装置和/或低压燃料***的另一区域。在另一个示例中，第二回流管路可以在燃料冷却器下游的位置联接于第一回流管路，或者联接于第三回流管路115(如下所述)。
燃料分供管118可以将燃料分配到多个燃料喷射器120中的每一个。所述多个燃料喷射器120中的每一个可以定位在发动机124的相应的气缸122中，使得在燃料喷射器120的操作期间，燃料被直接喷到每个相应的气缸122中。另外，所述多个燃料喷射器120联接于第三回流管路115。第三回流管路115可使过量的燃料从所述多个燃料喷射器120回流到位于第二燃料过滤器106上游的位置处的高压泵入口管路117。
可替代地(或者附加地)，发动机124可以包括定位在每个气缸的入口端口处的燃料喷射器，使得在燃料喷射器的操作期间，燃料被喷射到每个气缸的入口端口中。在所示出的实施例中，发动机124包括四个气缸。然而，应当理解，发动机可以包括不同数量的气缸。
控制器132可以接收来自联接于燃料输送***100和发动机124的传感器的各种信号。例如，控制器132可以接收来自燃料传感器126的燃料压力(和/或温度)信号，在本实施例中，燃料传感器126位于高压燃料泵110的下游(例如，位于燃料管路114中)。在替代性实施例中，燃料传感器126可以安装在高压泵和燃料分供管之间或其上的任何位置。在一些情况下，由燃料传感器126测量的燃料压力可以指示燃料分供管压力。在一些实施例中，燃料传感器可以定位在高压燃料泵110上游，以测量离开低压燃料泵102的燃料的压力。另外，控制器132可以接收来自一个或多个发动机传感器128的发动机/排气参数信号。例如，这些信号可以包括引入的空气质量流量的测量、发动机冷却剂温度、发动机转速、节气门位置、绝对歧管压力、排放控制设备温度等。注意，上述测量以及其他相关参数的测量的各种组合可以由一个或多个传感器128感测。应当注意，控制器可以接收表示车辆运行的其他信号。
控制器132可以提供基于接收自燃料传感器126、一个或多个发动机传感器128等的信号的反馈控制。例如，控制器132可以发送调节高压燃料泵110的机械电磁阀(MSV)的电流电平或脉冲宽度的信号，以基于来自燃料传感器126和/或一个或多个发动机传感器128的信号调节高压燃料泵110的运转、燃料压力调节器110的燃料压力设定值、和/或燃料喷射量和/或燃料喷射正时。
在一个示例中，控制器132是微型计算机，其包括：微处理器单元；输入/输出端口；用于可执行程序和校准值的电子存储介质，如只读存储器、随机存取存储器、不失效记忆体；以及数据总线。可以利用计算机可读数据对存储介质只读存储器进行编程，这些数据表示能够由处理器执行的、用于执行下述方法以及能够预见但没有特别列出的其他变型的指令。
应当注意，燃料输送***100通过示例的方式提供，但是不意味着是限制性的。因此，燃料输送***100可以包括除图1所示之外的附加的和/或替代的部件而不偏离本公开的范围。
图2示出了燃料输送***200，其可以类似于燃料输送***100。如图所示，燃料可以通过各种燃料管路并通过各种不同的部件在箭头250所大致指示的方向被输送经过燃料输送***200，这与燃料输送***100类似。
应当注意，图2示出了可以与燃料输送***100类似的燃料输送***200。这样，类似的部件具有类似的符号。另外，应当理解，一些部件可以在一定程度上不同。
例如，第一燃料过滤器103、低压泵102以及包括热循环阀107的跨接管路105可以包括柴油机燃料调节模块(DFCM)202。因此，DFCM 202可以包括入口管路101和第一回流管路116(和/或燃料管路109)的一些部分。
另外，燃料输送***200可以配置用于两个单独的燃料分供管118。例如，V型发动机可以具有两个燃料分供管。类似地，燃料输送***200可以包括会聚于第三回流管路115的第三燃料回流管路115A和第三燃料回流管路115B，如图所示。更进一步地，燃料输送***200可以包括一件式节气阀204。在第三回流管路115A和115B的会聚处下游的位置，节气阀204可以定位在第三回流管路115内。然而，应当理解，节气阀204可以位于另一位置中而不偏离本公开的范围。
应当理解，燃料输送***200通过示例的方式提供，因此不意味着是限制性的。因此，燃料输送***100可以包括除图2所示之外的附加的和/或替代的部件而不偏离本公开的范围。
例如，应当理解，高压泵110可以是各种高压泵，并且因此可以具有各种构型而不偏离本公开的范围。例如，高压泵可以包括具有内部(高压泵)低压的内部部件。另外，高压泵可以包括联接于燃料分供管118的高压燃料管路。燃料输送***200中的其他管路和部件可以具有车辆低压。例如，车辆低压可以低于高压泵的内部低压。在另一个示例中，高压泵的内部低压可以低于车辆低压。更进一步地，高压泵下游的高压燃料管路可以例如在压力上高于内部低压和车辆低压。
图3示出了用于使用上述燃料***控制燃料输送的示例性方法300。在302，方法300包括判断发动机是否起动。如果对302的回答为“是”，那么方法继续到304。如果对302的回答为“否”，那么方法结束。
在304，方法300包括判断发动机是否是冷的。例如，冷的发动机还可以表明燃料温度在阈值温度以下。作为一个示例，阈值温度可以是20℃。如果对304的回答为“是”，那么方法继续到306。例如，如果传感器感测到燃料温度为20℃或20℃以下，那么可以判定发动机为冷。如果对304的回答为“否”，那么方法继续到308。例如，如果传感器感测到燃料温度为20℃以上，那么可以判定发动机不冷。
在306，方法300包括在压力控制模式下运行燃料***。例如，压力控制模式可以包括致动燃料压力调节器，以使燃料经由第一回流管路回流。进一步地，经由该管路回流的燃料可以回流到热再循环阀上游，如上所述。因此，回流的燃料可以回流到燃料箱，或者可以经由跨接管路回流到第一燃料过滤器上游的位置，如上所述。
在308，方法300包括在容量控制模式下运行燃料***。例如，容量控制模式可以包括：使过量的燃料转移离开多个燃料喷射器和/或离开高压燃料泵，以维持预定的燃料压力。这样，燃料可以经由第二回流管路和/或第三回流管路回流，如上所述。因此，燃料可以例如转移到第一回流管路和/或高压泵上游的位置。
应当理解，方法300通过示例的方式提供，因此不意味着是限制性的。因此，应当理解，方法300可以包括除图3所示之外的附加的和/或替代性的步骤而不偏离本公开的范围。另外，应当理解，方法300可以以任何适当的顺序来执行。更进一步地，应当理解，可以省却图3所示的一个或多个步骤而不偏离本公开的范围。
上述燃料***可以设置成改进发动机运行。例如，经由跨接管路105引至低压泵102的回流燃料可以在冷起动条件下升高压力，并防止喷射器崩溃。在另一个示例中，引至低压泵入口管路101的暖的回流燃料可以防止燃料胶化以及防止燃料***在第一燃料过滤器103和/或低压泵102处阻塞。另外，如果回流燃料处于可能损坏第一燃料过滤器103和/或低压燃料泵102的温度，例如处于高于100°F的温度，那么燃料冷却器103可被用来冷却回流燃料，和/或热再循环阀可以关闭并将回流燃料引至燃料供应装置108，热的回流燃料将在燃料供应装置108处与较冷的大部分燃料混合。因此，可以防止过热的燃料对燃料***的损坏。在又一个示例中，来自所述多个喷射器120的回流燃料可以使高压泵110和第二燃料过滤器106的区域中的冷燃料升温，因而防止燃料胶化以及燃料***在第二燃料过滤器和高压泵处阻塞。在又一个示例中，在燃料***中包括位于每个燃料泵上游的多个逐渐精细的过滤器(第一燃料过滤器103和第二燃料过滤器106)，这提高了碎屑的去除和燃料泵的效率和寿命。
应当理解，此处公开的构型和管路在本质上是示例性的，并且这些具体的实施例不应在限制性的意义上来理解，因为大量变型是可能的。例如，上面的技术可以应用于V-6、V-12以及其他发动机类型。本公开的主题包括此处公开的各种***和构型以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。例如，燃料***可以包括更多的燃料泵、联接于所述燃料泵中的至少一个的下游的具有可变燃料压力设定值的电控燃料压力调节器、以及联接于燃料压力调节器下游的压力延迟设备。

Claims (10)

1.一种用于发动机的***，包括：
联接于低压燃料泵的燃料供应装置，所述低压燃料泵联接于高压燃料泵以提供燃料给燃料分供管；
联接于所述燃料分供管的多个喷射器；
以及燃料回流***，包括：
将所述燃料分供管联接于所述燃料供应装置的第一燃料回流管路；
将所述第一燃料回流管路联接于低压燃料泵入口管路的跨接管路，所述跨接管路包括热再循环阀；
将所述高压燃料泵联接于所述第一燃料回流管路的第二燃料回流管路；
以及将所述多个喷射器联接于高压泵入口管路的第三燃料回流管路。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述热再循环阀在高于100°F的温度下完全打开，并且在低于75°F的温度下完全关闭。
3.根据权利要求1所述的***，还包括设置在所述低压燃料泵入口管路中的第一燃料过滤器，使得回流燃料被引至所述第一燃料过滤器上游的所述低压燃料泵入口管路。
4.根据权利要求3所述的***，还包括设置在所述高压燃料泵入口管路中的第二燃料过滤器，使得回流燃料被引至所述第二燃料过滤器上游的所述高压燃料泵入口管路。
5.根据权利要求4所述的***，其中，所述第一燃料过滤器具有第一过滤尺寸，并且所述第二燃料过滤器具有第二过滤尺寸，所述第二过滤尺寸比所述第一过滤尺寸细小。
6.根据权利要求3所述的***，其中，所述第一燃料过滤器包括水分离器和燃料水分蓄积器。
7.根据权利要求6所述的***，还包括控制器，其中所述第一燃料过滤器还包括联接于所述燃料水分蓄积器的传感器，所述传感器配置为在所述燃料水分蓄积器中的水位高于预定水位时向所述控制器提供信号。
8.根据权利要求1所述的***，还包括位于所述低压泵下游的单向阀。
9.根据权利要求8所述的***，其中，所述第三燃料回流管路在所述单向阀下游的位置处联接于所述高压泵入口管路。
10.一种多级燃料***，包括：
燃料供应装置；
联接于所述燃料供应装置的低压燃料泵；
设置在所述低压燃料泵与所述燃料供应装置之间的第一燃料过滤器；
高压燃料泵；
设置在所述高压燃料泵与所述低压燃料泵之间的第二燃料过滤器；
位于所述高压燃料泵下游的共用燃料分供管；
将所述共用燃料分供管联接于第一燃料回流管路的压力控制阀，所述第一燃料回流管路将回流燃料引至所述燃料供应装置和位于所述第一燃料过滤器上游的位置处的低压燃料泵入口管路的每一个；
将燃料从所述高压泵引至所述第一燃料回流管路的第二燃料回流管路；
以及联接于第三燃料回流管路的多个喷射器，所述第三燃料回流管路将回流燃料引至位于所述第二燃料过滤器上游的位置处的高压燃料泵入口管路。
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