CN100472058C - 燃料系统 - Google Patents

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Abstract

用于一柴油发动机(102)的一燃料系统(100)可以具有一燃料箱(106)、一燃料泵(110)、一燃料过滤器模块(108)和一燃料轨道(112)。燃料过滤器模块(108)具有一真空侧(118)和一压力侧(120)。真空侧(118)连接至燃料箱(106)和燃料泵(110)的入口侧(122)。压力侧(120)连接至燃料泵(110)的出口侧(124)和燃料轨道(112)。燃料过滤器模块(108)在压力侧(120)具有一压力调整器(138)和一过滤元件(140)。压力调整器(138)设置于燃料泵(110)的出口侧(124)和过滤元件(140)之间。压力调整器(138)将未过滤的燃料再循环至燃料过滤器模块(108)的真空侧(118)。

Description

燃料系统
技术领域
本发明一般地涉及用于内燃机的燃料系统，尤其涉及对柴油发动机加压和过滤燃料的燃料系统。
背景技术
柴油发动机将来自燃料的化学能转化成机械能。燃料通常是基于石油的。大多数柴油发动机在一汽缸内压缩空气，然后将燃料注入压缩空气的汽缸以引起燃烧。点燃的燃料产生迅速扩张的气体，该气体致动在汽缸中的一活塞。活塞通常连接至一个用于将活塞的往复运动转化成为旋转运动的曲轴或类似的装置。来自曲轴的旋转运动可以用于推进一交通工具、运转一泵或一发电机或完成其它工作。交通工具可以是一卡车、一汽车、一船或类似物。
许多柴油发动机使用一燃料喷射系统来将燃料注入汽缸。燃料喷射系统通常具有燃料喷射器，该燃料喷射器将一计量的燃料喷射入每个汽缸。通常增加燃料压力，用以在压缩循环的终结或其附近将燃料喷射进去。大多数燃料喷射器是机械或液压致动的，并可以电气控制。一些柴油发动机使用液压致动的电气控制单元注射(HEUI)燃料系统，来将燃料注入汽缸。HEUI燃料喷射器通常在约15000psi(103Mpa)—25000psi(172Mpa)范围的压力下将燃料注入汽缸。
大多数柴油发动机具有一燃料系统来提供燃料至燃料喷射器。燃料系统通常具有一燃料管路，该燃料管路互连一燃料箱、一燃料泵、一压力调节器、一初级过滤器和一燃料轨道。燃料系统在燃料箱和燃料泵之间还具有其它组件，例如一燃料加热器、一粗滤器或滤网和一水分离器。燃料系统还具有其它组件。
大多数交通工具在发动机舱外部具有燃料箱。许多交通工具在发动机舱内部具有燃料系统的其余组件。一些交通工具在燃料箱内或接近燃料箱具有一过滤器、一泵和其它组件。一些类似于燃料轨道的燃料供给组件安装于发动机上或是发动机的部分。
燃料箱连接至燃料泵的入口侧。在运作中，泵在入口侧产生低压或真空，以使燃料从燃料箱流动至燃料泵。燃料在去往燃料泵的途中可以通过燃料加热器、粗滤器或滤网和水分离器。燃料加热器通常具有一电热元件来提高燃料温度。燃料加热器可以使用发动机冷却液来提高温度。粗滤器或滤网从燃料中去除了大的杂质。水分离器从燃料中去除水。粗滤器和水分离器可以集成为同一组件。
燃料泵提供加压的燃料至初级过滤器。初级过滤器从燃料中去除较小的杂质。初级过滤器提供过滤的或清洁的燃料至发动机上的燃料轨道或储存器。压力调节器控制来自燃料泵出口侧的燃料压力。压力调节器通常位于初级过滤器之后。压力调节器通过一燃料回路使燃料再循环至燃料箱。
从压力调节器至燃料箱的燃料回路可能会增加发动机的成本和复杂性。过滤的燃料返回至燃料箱可能会降低在燃料系统中的初级过滤器和其它组件的使用寿命。过滤的燃料一旦在燃料箱中与燃料混合，通常就需要再过滤。当一堵塞的燃料过滤器导致在燃料泵出口侧的压力增加时，燃料泵就会无法有效运作，且有可能失效。
发明内容
本发明提供用于一柴油发动机的一燃料系统。该燃料系统具有一燃料过滤器模块以将未过滤的燃料再循环至一燃料泵的入口侧。
用于一柴油发动机的一燃料系统可以具有一燃料箱、一燃料泵、一燃料过滤器模块和一燃料轨道。燃料泵具有一入口侧和一出口侧。入口侧连接至燃料箱。燃料过滤器模块具有一压力调整器和一过滤元件。过滤元件连接至燃料泵的出口侧。压力调整器设置于燃料泵的出口侧和过滤元件之间。压力调整器将未过滤的燃料再循环至燃料泵的入口侧。燃料轨道连接至过滤元件。用于一柴油发动机的一燃料系统的一燃料过滤器模块可以具有一外壳、一粗滤器、一过滤元件和一压力调整器。外壳形成一真空侧和一压力侧。真空侧具有一第一入口和一第一出口。压力侧具有一第二入口和一第二出口。外壳形成连接至第一入口的一第一燃料通道。外壳形成连接至第一出口的一第二燃料通道。粗滤器连接至在真空侧的第一和第二燃料通道。过滤元件设置于一过滤室中，该过滤室由在压力侧的外壳形成。过滤室连接至第二入口。压力调整器连接至在压力侧的过滤室。压力调整器设置于第二入口和过滤元件之间。压力调整器连接至在真空侧的第一燃料通道。压力调整器将未过滤的燃料从过滤室再循环至第一燃料通道。
在使用先前所述的燃料系统供给燃料至一柴油发动机的一方法中，将燃料加压。在过滤之前调整燃料。将未过滤的燃料再循环至一燃料泵的入口侧。过滤燃料。
对于本领域的普通技术人员，一旦考察了下面的附图和详细描述后，本发明的其它系统、方法、特征和优点将是或将成为显而易见的。所有这样的附加系统、方法、特征和优点都应包括在本说明书、在本发明的范围内，并通过下面的权利要求书来保护。
附图说明
参照下面的附图和描述，能更好地理解本发明。图中的组件并不一定按比例，而是为强调说明本发明的原理而设置。而且，在图中，相同的参考标号标示了不同的各图上的对应部件。
图1是用于一交通工具中的一柴油发动机的一燃料系统的一框图。
图2是用于一燃料供给的一燃料过滤器模块的一前视立体图。
图3是图2的燃料过滤器模块的一后视立体图。
图4是图2的燃料过滤器模块的一前视剖视图。
图5是图2的燃料过滤器模块的一侧视剖视图。
图6是用于供给燃料至一柴油发动机的一方法的一流程图。
具体实施方式
图1是用于在一交通工具104中的一柴油发动机102的一燃料系统100的一框图。燃料系统100具有由一燃料管路114相互连接的一燃料箱106、一燃料过滤模块108、一燃料泵110和一燃料轨道112。柴油发动机102设置于交通工具104的一发动机空穴116中。燃料箱106可以位于发动机空穴116外侧的交通工具的一部分中。燃料过滤模块108、燃料泵110和燃料轨道112可以在发动机空穴116内部。燃料轨道112可以安装在柴油发动机102上。燃料箱102和燃料泵连接至燃料过滤器模块108的一真空侧118。燃料泵110连接至燃料过滤器模块108的一压力侧120。在发动机运作期间，来自燃料箱106的燃料流动至燃料过滤器模块108的一真空侧118。真空侧118可以加热，且可以从燃料中去除较大的杂质。燃料从真空侧118流动至燃料泵110的一入口侧122。燃料泵110将燃料加压。燃料从燃料泵110的一出口侧124流动至燃料过滤器模块108的压力侧120。在过滤燃料之前，燃料过滤器模块108的压力侧120调节燃料压力。压力侧120提供过滤的燃料至燃料轨道112，并将未过滤的燃料再循环至真空侧118。尽管显示了一特定构造，但燃料系统还可以具有包括附加组件的其它构造。
燃料泵110在入口侧122产生了一真空。真空导致燃料从排出的燃料箱106流经燃料过滤器模块108的真空侧118，进入燃料泵的入口侧122。一真空包括本质上小于周围压力的压力。燃料泵110将燃料加压至本质上大于周围压力的一压力。燃料压力可以是约60psi(0.4Mpa)。也可以使用其它燃料压力。加压的燃料从燃料泵110流动经过燃料过滤器模块108的压力侧120至燃料轨道112。燃料泵110可以是一电气或机械泵。
燃料过滤器模块108的真空侧118接纳从燃料箱106经过一第一入口126的燃料。燃料流动经过一燃料加热器128、一粗滤器130和一水分离器132。燃料加热器128可以将燃料温度增加约50℉(10℃)。燃料加热器128可以将燃料温度增加其它的量。真空侧118可以不具有一燃料加热器。粗滤器130从燃料中去除大尺寸的杂质。粗滤器130可以去除具有一大于或等于约150微米的尺寸的杂质。也可以去除其它杂质尺寸。真空侧118可以具有其它组件，诸如止回阀、一起动泵和类似物。燃料经过一第一出口134排出真空侧118，并流动至燃料泵110的入口侧122。
燃料过滤器模块108的压力侧120接纳从燃料泵110的出口侧124经过一第二入口136的燃料。当发动机不运行时，水分可以从燃料中分离，并可以从压力侧120排出。在通过一过滤元件140之前，燃料通过一压力调节器138。过滤元件140可以去除具有一大于或等于约15微米的尺寸的杂质。过滤元件140也可以去除具有一大于或等于约2微米的尺寸的杂质。也可以去除其它杂质尺寸。
在到过滤元件140之前，压力调节器138调节燃料的压力。压力调节器138将未过滤的燃料再循环至燃料过滤器模块108的真空侧118。在到真空侧118的燃料加热器128之前，压力调节器138可以将未过滤的燃料再循环进入燃料流。尤其在寒冷天气运行期间，通过加热器128的燃料再循环可以提高燃料加热器的效率，并可以改进发动机性能。在到真空侧120中的粗滤器130之前，压力调节器138可以将未过滤的燃料再循环来来进入燃料流。当过滤元件变成堵塞的或减小至燃料轨道112的燃料流时，压力调节器138可以减小或释放过量的压力。
当燃料压力在到过滤元件140(即，在过滤元件140的“脏”侧上)之前被调整时，过滤元件140可以具有一较长的使用寿命。在过滤元件140的“脏”侧之前或之上的燃料压力的调整仅仅允许由燃料轨道112所使用的燃料流动经过过滤元件140。一些HEUI燃料喷射系统是完全流通的，在此一些过滤的燃料返回至燃料箱。这些燃料喷射系统可以具有上至约40GPH(加仑每小时)或更大的燃料流量。通过仅仅过滤去往燃料轨道的燃料部分，经过过滤元件的流量可以减小至约20GPH或更小。这个经过过滤元件的流量的减小可以延长过滤元件的使用寿命，或可以减小过滤元件的尺寸和成本。
图2—5显示了用于在一柴油发动机中的一燃料系统的一燃料过滤器模块208的不同视图。该燃料过滤器模块208具有连接至一帽252的一外壳250。外壳形成一第一入口226、一第一出口234、一第二入口236和一第二出口242。每个入口226和236以及每个出口234和242都可以具有一连接件或其它连接装置。外壳250和帽252可以由铝、塑料、类似的材料或其组合所制成。燃料过滤器模块可以具有包括附加组件的其它构造。
燃料过滤器模块208具有一真空侧和压力侧。真空侧可以通过一第一入口226连接至一燃料箱或其它供给。真空侧可以通过一第一出口234连接至一燃料泵。压力侧可以通过一第二入口236连接至燃料泵。压力侧可以通过一第二出口242连接至一燃料轨道或其它储藏器。
在燃料过滤器模块208的真空侧上，外壳250形成连接至第一入口226的一第一燃料通道262。第一燃料通道262延伸至一燃料加热器228，该燃料加热器228连接至一粗滤器230或与粗滤器230形成整体。外壳250形成一第二燃料通道266，该第二燃料通道266从粗滤器230延伸至第一出口234。燃料加热器228可以是电气的，并可以约12VDC运作。可以使用其它燃料加热器，包括使用其它动力供源的电热器。燃料过滤器模块208可以具有代替燃料加热器228的一碗。粗滤器230可以从燃料中去除具有本质上大于或等于约150微米的尺寸的杂质。粗滤器也可以去除具有其它尺寸的杂质。
一起动泵244安装于外壳250上。起动泵244连接至在粗滤器230和第一出口234之间的第二燃料通道266。一止回阀260设置于在起动泵244和粗滤器230之间的第二燃料通道266中。起动泵244可以具有约1in3(16.4cm3)的排量。起动泵244也可以具有其它的排量。起动泵244可以手动运作。
在燃料过滤器模块208的压力侧，外壳250形成连接至第二入口236的一过滤室264。一竖管258沿过滤室264的中心线设置。竖管258在顶部开口，并在底部连接至由外壳250形成的一第三燃料通道268。第三燃料通道连接至第二出口242。一过滤元件240设置于在外壳250和竖管258之间的过滤室264中。为了替换过滤元件240，帽252可以从外壳250上移除。过滤元件240可以具有沿着一内部直径的一垫圈，以在滤元件240移除或再插入过滤室264时拭接竖管。
过滤元件240可以从燃料中去除约98％的具有大于或等于约5微米的尺寸的杂质。过滤元件240可以去除从燃料中去除约95％的具有大于或等于约3微米的尺寸的杂质。过滤元件240也可以去除其它尺寸的杂质。
一压力调节器238设置于外壳250中。压力调节器238连接至过滤室264以及连接至第一燃料通道262。压力调节器238调节从一燃料泵经过第二入口236进入燃料的压力。在燃料通过过滤元件240之前，压力调节器238调节燃料。压力调节器238将未过滤的燃料再循环至真空侧的第一燃料通道262。
在真空侧运作期间，燃料从第一入口226流动至第一出口234。燃料从第一入口226经过第一燃料通道262流动至燃料加热器228和粗滤器230。粗滤器230可以从燃料中去除较大的杂质。燃料从粗滤器230流动经过第二燃料通道266，通过止回阀260和起动泵244，并通过第一出口234排出。燃料加热器228可以将燃料温度提高约50℉(10℃)。燃料加热器228也可以将燃料温度增加其它的量。
在压力侧运作期间，燃料从第二入口236流动至第二出口242。燃料从第二入口236流动至过滤室264。压力调节器238调节燃料压力，并将未过滤的燃料再循环至第一燃料通道262。燃料流动经过过滤元件240，并进入竖管258。过滤元件240可以从燃料中去除具有较小尺寸的杂质。燃料流动通过竖管、通过第三燃料通道268，并通过第二出口242排出。
燃料过滤器模块208从燃料中去除或分离水。一燃料中水(WIF)传感器安装于外壳250上，并确定燃料过滤器模块中积聚的水是否超出一特定阈值。该阈值可以是约250ml的水。也可以使用其它阈值。一排水道248连接至外壳。排水道可以是开口的，来去除积聚的水。
外壳250可以形成一诊断端口或阀门246和一压力传感器端口256。诊断端口246提供一真空连接，其中空气可以从燃料系统中去除，来启动发动机。压力传感器端口256提供用于一压力传感器的一接口，在燃料流动通过过滤元件之后(即，在燃料过滤元件240的“清洁”侧)，该压力传感器将测量在燃料过滤器模块208内的燃料压力。在燃料过滤元件240的清洁侧上测量的压力可以与过滤元件240的脏侧上的压力调节器238的压力调节器设定相比较。此比较产生越过过滤元件240的压力下降，并可用来调整过滤元件240的适用性。
图6是用于供给燃料至一柴油发动机的一方法的一流程图。如前所述，燃料从一燃料箱供给至发动机上的一燃料轨道。
在方框601中，通过一燃料加热器加热燃料。燃料加热器可以是电气的，并可以12VDC运作。燃料加热器可以将燃料温度提高约50℉(10℃)。燃料加热器也可以将燃料温度提高其它的量。
在方框603中，燃料被粗滤来去除较大的杂质。杂质可以具有大于或等于约150微米的尺寸。也可以过滤其它尺寸的杂质。
在方框605中，通过一燃料泵将燃料加压。燃料泵可以是电气的或机械的。燃料压力可以是约60psi(0.4Mpa)。也可以使用其它压力。
在方框607中，在过滤之前调整燃料压力。一压力调整器调整燃料的压力，来维持对于燃料的一所需压力。
在方框609中，将来自一压力调整器的、未过滤的燃料再循环至一交通工具的发动机空穴中的一燃料泵的入口侧。压力调整器可以将未过滤的燃料从一燃料过滤器模块的压力侧再循环至真空侧。压力调整器可以将未过滤的燃料从压力侧中的一过滤室再循环至燃料过滤器模块中的一燃料通道。压力调整器可以将未过滤的燃料从过滤室再循环至燃料过滤器模块中的一燃料加热器。压力调整器可以将未过滤的燃料从从压力侧中的一过滤室再循环至燃料过滤器模块中的一粗滤器。
在方框611中，过滤燃料来去除较小的杂质。杂质可以具有大于或等于约2微米的尺寸。杂质也可以具有大于或等于约15微米的尺寸。也可以过滤其它尺寸的杂质。可以过滤燃料来去除约95％的具有大于或等于约3微米的尺寸的杂质。可以过滤燃料来去除约98％的具有大于或等于约5微米的尺寸的杂质。在调整燃料压力之后过滤燃料。
尽管描述了本发明的多种实施例，但其它的实施例和实现方法也可能在本发明的范围内，这对于本领域普通技术人员是显而易见的。因此，除了根据所附的权利要求书及其等同物之外，本发明并不受限制。

Claims (20)

1.一种用于一柴油发动机(102)的燃料系统(100)，包括：
一燃料箱(106)；
一燃料泵(110)，具有一入口侧(122)和一出口侧(124)，其中所述入口侧(122)连接至所述燃料箱(106)；
一燃料过滤器模块(108)，具有一压力调整器(138)和一过滤元件(140)，其中所述过滤元件(140)连接至所述燃料泵(110)的所述出口侧(124)，所述压力调整器(138)设置于所述燃料泵(110)的所述出口侧(124)和所述过滤元件(140)之间，且其中所述压力调整器(138)将未过滤的燃料再循环至所述燃料泵(110)的所述入口侧(122)；以及
一燃料轨道(112)，连接至所述过滤元件(140)，
其中，所述燃料过滤器模块(108)包括：
一外壳(250)，形成一连接至所述泵入口侧(122)的真空侧(118)和一压力侧(120)，其中所述真空侧(118)具有一第一入口(226)和一第一出口(234)，其中所述压力侧(120)具有一第二入口(236)和一第二出口(242)，其中所述外壳(250)形成连接至所述第一入口(226)的一第一燃料通道(262)，其中所述外壳(250)形成连接至所述第一出口(234)的一第二燃料通道(266)；
一粗滤器(130)，在所述真空侧(118)连接至所述第一和第二燃料通道(262、266)；
一过滤室(264)，由所述压力侧(120)的所述外壳(250)形成，其中所述过滤室(264)连接至所述第二入口(236)；所述过滤元件(140)设置于所述过滤室(264)中，以及
压力调整器(138)在所述压力侧(120)连接至所述过滤室(264)，并设置于所述第二入口(236)和所述过滤元件(140)之间，并且所述压力调整器(138)在所述真空侧(118)连接至所述第一燃料通道(262)，所述压力调整器(138)藉此将未过滤的燃料从所述过滤室(264)再循环至所述第一燃料通道(262)。
2.如权利要求1所述的燃料系统(100)，其特征在于，
所述燃料过滤器模块(108)具有一真空侧(118)和一压力侧(120)，
所述真空侧(118)连接至所述燃料泵(110)的所述入口侧(122)，以及
所述压力调整器(138)将未过滤的燃料再循环至所述真空侧(118)。
3.如权利要求1所述的燃料系统(100)，其特征在于，
所述燃料过滤器模块(108)具有连接至所述燃料泵(110)的所述入口侧(122)的一燃料加热器(128)，以及
所述压力调整器(138)将未过滤的燃料再循环至所述燃料加热器(128)。
4.如权利要求1所述的燃料系统(100)，其特征在于，
所述燃料过滤器模块(108)具有连接至所述燃料泵(110)的所述入口侧(122)的一粗滤器(130)，以及
所述压力调整器(138)将未过滤的燃料再循环至所述粗滤器(130)。
5.如权利要求1所述的燃料系统(100)，其特征在于，所述粗滤器(130)从燃料中去除杂质，其中所述杂质具有大于150微米的尺寸；以及其中所述杂质具有等于150微米的尺寸。
6.如权利要求1所述的燃料系统(100)，其特征在于，所述过滤元件(140)从燃料中去除杂质，所述杂质具有大于2微米的尺寸；以及所述杂质具有等于2微米的尺寸。
7.如权利要求1所述的燃料系统(100)，其特征在于，所述过滤元件(140)从燃料中去除杂质，所述杂质具有大于15微米的尺寸；以及所述杂质具有等于15微米的尺寸。
8.如权利要求1所述的燃料系统(100)，其特征在于，所述过滤元件(140)去除95％的具有大于3微米的尺寸的杂质，所述过滤元件(140)去除95％的具有等于3微米的尺寸的杂质，所述过滤元件(140)去除98％的具有大于5微米的尺寸的杂质，以及所述过滤元件(140)去除98％的具有等于5微米的尺寸的杂质。
9.一种使用如权利要求1所述的燃料系统供给燃料至一柴油发动机(102)的方法，包括：
将所述燃料加压；
在过滤之前调整所述燃料；
将未过滤的燃料再循环至一燃料泵(110)的入口侧(122)；以及
过滤所述燃料。
10.如权利要求9所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括加热所述燃料。
11.如权利要求10所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括将所述燃料温度提高50℉(10℃)。
12.如权利要求9所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括粗滤所述燃料。
13.如权利要求12所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括：
去除具有大于150微米的尺寸的杂质；以及
去除具有等于150微米的尺寸的杂质。
14.如权利要求9所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括将所述燃料加压至60psi(0.4Mpa)。
15.如权利要求9所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括将未过滤的燃料从一燃料过滤器模块(108)的一压力侧(120)再循环至所述燃料过滤器模块(108)的一真空侧(118)。
16.如权利要求15所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括将未过滤的燃料再循环至在所述真空侧(118)的一燃料加热器(128)。
17.如权利要求15所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括将未过滤的燃料再循环至在所述真空侧(118)的一粗滤器(130)。
18.如权利要求9所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括：
去除具有大于2微米的尺寸的杂质；以及
去除具有等于2微米的尺寸的杂质。
19.如权利要求9所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括：
去除具有大于15微米的尺寸的杂质；以及
去除具有等于15微米的尺寸的杂质。
20.如权利要求9所述的用于供给燃料的方法，其特征在于，还包括：
去除95％的具有大于3微米的尺寸的杂质；
去除95％的具有等于3微米的尺寸的杂质；
去除98％的具有大于5微米的尺寸的杂质；以及
去除98％的具有等于5微米的尺寸的杂质。
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