CN101210526B - 用于内燃机的燃料系统，尤其是共轨类型的燃 料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于内燃机的燃料系统(10)，它包括至少一个第一燃料泵及一个压力区域，燃料泵将燃料输送到该压力区域及该压力区域与一个弹性的容积存储器相连接。该弹性的容积存储器具有一个压力/容积特性曲线(50)，该特性曲线通过至少两个点(52，54)来确定。本发明提出：第一点(52)通过第一压力(p1)时的第一容积(V1)来确定，该第一压力略大于环境温度时燃料的蒸发压力(pD)，第二点(54)通过第二容积(V2)及压力区域(18)中的第二压力(p2)来确定，该第二压力等于一个最大压力，其中第一与第二容积(V1，V2)的差值(dVK)至少大致地等于至少一个值，该值为当由最高温度(Tmax)冷却到环境温度(TU)时压力区域(18)中的燃料容积(V)减小量。

Description

用于内燃机的燃料系统,尤其是共轨类型的燃 料系统
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于内燃机的燃料系统、尤其是共轨类型的燃料系统。
背景技术
开头所述类型的燃料系统已由DE10236314A1公开。在那里所示的燃料系统中，前级输送泵将燃料输送到一个形成压力区域的低压管路中，在该低压管路上连接着一个高压泵。前级输送泵将燃料压缩到高于蒸发压力的压力上，由此可向高压泵以液态形式输送燃料。高压泵将燃料压缩到所需高压上及将其输送给一个分配管路，该分配管路也被称为燃料收集管路或共轨，在该分配管路上又连接着多个喷射器，这些喷射器将燃料直接排喷射到内燃机的燃烧室中。
发明内容
本发明的任务在于，这样地进一步构造开头导所述类型的燃料系统，使得该燃料系统即使在不利的环境条件下也能快速及可靠地起动。
该任务通过具有权利要求1的特征的燃料系统来解决。本发明的有利的进一步构型记载在从属权利要求中。本发明的重要特征还在以下的说明及附图中给出，其中这些特征也可用完全不同的组合作为本发明的实质，而无需对此作出明确的指示。
在根据本发明的燃料系统中防止：在内燃机及燃料系统停机后压力区域中的燃料压力持续地低于蒸发压力。由此在内燃机起动时避免延迟的压力建立。取而代之地，在起动时很快地建立压力，这改善了内燃机的起动质量。此外，所提出的容积储存器还具有优点，即在没有燃料从压力区域中输出的推力关断阶段中，由于余热效应而出现的压力升高通过弹性的容积存储器的附加弹性而减小，由此该压力区域中的部件承受较小的负荷，这提高了这些部件的使用寿命。此外可节约成本，因为可使用价廉物美的部件。
总地，根据本发明的燃料系统更简单地构成，因为可取消在内燃机起动前用于压力建立的措施。这些措施以“预驱动措施”的概念公知，例如在操作一个门触头时引起燃料泵的预运行，以便建立压力区域中的压力。并且可改善燃料系统的可靠性，因为例如在维护期间由于无意的“预驱动过程”引起的燃料流出的危险可被避免。此外，在按需调节的燃料泵中，在负载跳变时(例如转换到推力关断时或在推力关断后的再起动时)的调节偏差可通过根据本发明设置有的弹性的容积存储器被截获。由此可明显地减轻连接在后面的高压泵中的例如由于低于燃料蒸发压力而引起的蒸汽形成。
本发明的基础在于这样的事实：燃料系统及在其中具有的燃料容积在内燃机停机后在内燃机附近由于热传导而膨胀。由此，在停机情况下，燃料系统的封闭的压力区域中的压力上升。这尤其适于这种具有低压区域及高压区域的燃料系统。在这种燃料系统中，首先主要是高压区域被加热，以致那里的压力升高。通过达到通常设置在那里的压力限制阀的打开压力及通过燃料由高压区域到低压区域中的渗漏，燃料流入到低压区域中。
当超过一个极限压力时，燃料由压力区域、因此也由低压区域通过通常设置在那里的压力调节器或压力限制阀输出。如果这时内燃机及燃料系统冷却下来，则整个燃料系统中的燃料收缩，由此导致压力区域中的压力下降。在现有技术中，在此低于燃料的蒸发压力或环境压力，由此导致蒸汽及溶解在燃料中的空气的排出。在内燃机起动时，在燃料系统中的压力达到内燃机起动所需的水准前，这些蒸汽和空气必需首先被压缩。在此，尤其是被排出的空气是一个问题，这些空气仅用很高的压力才能再溶解在燃料中。
通过根据本发明提出的容积存储器可避免持续地低于蒸发压力，以致无论是燃料还是空气均不以气体排出。对此的基础是：弹性的容积存储器在这样的冷却之前存储燃料的收缩容积，该收缩容积是燃料在冷却时所经历的。同时，这样地设计容积存储器的特性曲线，使得即使在释放收缩容积后，该容积存储器仍给压力区域加载以高于蒸发压力的压力。
根据本发明的燃料系统的第一个有利构型的特征在于：燃料系统包括至少一个压力限制装置，通过该压力限制装置确定压力区域中的最大压力。在所谓的“恒压系统”中情况就是这样。在这种恒压系统中燃料泵被恒定地控制，压力区域中所需的压力通过一个压力调节器或压力限制装置来调节，通过该压力调节器或压力限制装置使燃料泵的过剩的输送量导回到储罐中。压力调节器也承担压力限制装置的功能，因为如此地设计该压力调节器，使得该压力调节器调整或调节用于内燃机工作的、压力区域中所需的最大压力。
对此，在一个扩展方案中提出，该燃料系统包括至少一个具有与第一压力限制装置的打开压力不同的打开压力的第二压力限制装置，以及压力区域中的最大压力由最高的打开压力来确定。这种燃料系统也称为“转换系统”。它类似于上述的恒压系统地工作，但提供这样的可能性：视哪个限压装置起作用而定，在压力区域中可调节至少两个不同的压力水平。
最后也可提出：燃料泵可按需调节地被控制，并且最大压力相应于一个额定压力加上一个压力差，该压力差是由于封闭在压力区域中的燃料通过热传导引起的温度升高导致的。这种燃料系统也称为“按需调节的”，因为燃料泵的输送量可通过可变的泵控制来调节。这种燃料系统通常是无回流的，因为没有过剩的输送量流回到燃料箱中。出于可靠性原因，通常仍具有一个压力限制阀，但该压力限制阀的调定压力不同于上述系统，不直接地与系统压力相连接。通过根据本发明确定容积存储器的特性曲线，该容积存储器也可使用在按需调节的燃料系统中，并在那里保证：不持续地低于蒸发压力。
特别有利的是，燃料系统的特性曲线在压力区域中低压时比在高压时陡。因此可实现：压力区域中的压力不仅在上述两个点上，而且在燃料系统的整个冷却过程期间保持在蒸发压力以上。因此抑制任何类型的排气，这使得具有这种燃料系统的内燃机的起动性能再次得到改善。在此情况下最好是，特性曲线是递减的，优选是强烈递减的，例如具有强的抛物线或双曲线的变化曲线。
首先在恒压系统这可的导致压力区域向燃料箱的长期泄漏。因此根据本发明提出：这样来设计特性曲线，使得第一与第二容积之间的差值附加地照顾到向燃料箱的泄漏损耗。
在具有第一燃料泵及第二燃料泵(高压泵)的共轨燃料系统中可发生这样的情况：当高压区域比低压区域更快地冷却时导致高压区域中的压力更低，由此引起燃料由低压区域通过第二燃料泵泄漏到高压区域中。因此，在这种情况下应这样地设计特性曲线，使得第一与第二容积之间的差值附加地照顾到这种泄漏损耗。
根据本发明的燃料系统的一个特别有利的构型提出，弹性的容积存储器设置在一个燃料箱中。因此该附加地安装在燃料系统中的弹性的容积存储器在内燃机停机后的“温度偏移”相对地小，因为它在位置上布置得离热源内燃机很远。蒸汽形成的效果不会通过该附加的容积存储器而附加地增强。
在此尤其优选的是，弹性的容积存储器与一个燃料过滤器组合成一个共同的功能模块。该燃料过滤器在通常的燃料系统反正是存在的，由此，在迄今的系统中，容积存储器的附加单元无需附加密封部位即可实现。并且，如果存在附加的空间需求，也是很小的。
这种容积存储器的一种结构上简单的实施在于，容积存储器的弹性特性至少也通过壳体的材料来提供。此外弹性特性当然也可通过波状肋或其它结构的元件来引起。通过壳体材料的弹性特性可提供用于维持压力区域中的压力的弹簧力。也可以，该弹性特性至少也通过壳体的附加的弹簧加载来提供。由此容积存储器的特性曲线可再次被优化。这种弹簧加载例如可被用于容积存储器的预加载。
附图说明
以下参照附图来详细描述本发明的特别优选的实施例。图中表示：
图1：燃料系统的第一实施例的示意图；
图2：图1的燃料系统的容积存储器的侧视图；
图3：图2的容积存储器的压力/容积特性曲线；
图4：传统燃料系统中温度及压力随时间变化的曲线图；
图5：图1中所示的燃料系统的与图4类似的曲线图；
图6：燃料系统的第二实施例的示意图；
图7：燃料系统的第三实施例的示意图；
图8：图7中燃料系统的容积存储器的压力/容积特性曲线；
图9：一个可选的容积存储器的示意图；和
图10：图9的容积存储器的压力/容积特性曲线。
具体实施方式
燃料系统在图1中总地设置有标号10。该燃料系统用于内燃机的供给，该内燃机又驱动机动车。但在图1中未示出内燃机及机动车。
燃料系统10包括一个燃料箱12，在该燃料箱中设置有燃料泵14，该燃料泵也被称为前级输送泵。该燃料泵通过止回阀16将燃料输送到低压管路18中，该低压管路形成一个至少有时候封闭的压力区域。该低压管路通过用虚线表示的及在下面将详细描述的功能模块20由燃料箱12中伸出并导向高压泵22。该高压泵将燃料压缩到很高的压力及继续将燃料输送到高压管路24中，该高压管路导向燃料分配器26，该燃料分配器也被称为“共轨”(“Common-Rail”)。在该燃料分配器上连接有多个喷射器28，这些喷射器直接将燃料喷射到它们所属的内燃机燃烧室(未示出)中。
在前级输送泵14与功能模块20之间从低压管路18分支出一个回流管路30，在该回流管路中设置有压力调节器32。上述功能模块20包括一个燃料过滤器34及一个弹性的容积存储器36。燃料过滤器34及弹性的容积存储器36共同地集成在功能模块20中，确切的说以这样的形式，即燃料过滤器34的壳体同时也是弹性的容积存储器36的壳体，如由图2所得知的那样(此外，回流管路30也可从功能模块20的紧下游流动地分出，在这种情况下，通过燃料过滤器34附加地避免或减小压力调节器32的污染)。
由图2看到，功能模块20具有壳体38，该壳体具有纵向延伸的大致圆柱形的形状。在图2中壳体38的左侧端部具有燃料入口40，在图2中该壳体的右端具有燃料出口42。壳体38在其内部容纳有图2中看不到的燃料过滤器34，及用其内容积同时构成弹性的容积存储器36。为此壳体38由一种供所需的弹性特性的材料制成，如下面还将详细描述的那样。此外波状肋44被用作扩展元件，通过该波状肋实现容积存储器36的所需扩展容积。此外，在弹性的容积存储器36的两个端侧的区域中设置有径向突起的凸缘46，在这些凸缘之间张紧有拉力弹簧48。由此给该弹性的容积存储器36的壳体38施加预载荷，该预载荷支持过滤器壳体38的弹性的材料特性。
在图1中所示的燃料系统10是一个所谓的“恒压系统”。在该系统中前级输送泵恒定地被控制及通过压力调节器32调节低压管路18中所需的预压力。前级输送泵14的过剩的输送量通过回流管路30流回到燃料箱12中。
如果使内燃机停机，则通常也关断电驱动的前级输送泵14，及通常机械驱动的高压泵22也停止工作。此时，低压管路18如高压管路24及共轨26那样为一个原则上封闭的压力区域。这时，尤其是燃料系统10的位于内燃机附近的区域，由于来自内燃机的热传导而被加热，及在该区域中存在的及被封闭的燃料容积也被加热，所述区域通常是共轨26、高压管路24、高压泵22及至少还有低压管路18的一部分。由此燃料容积膨胀，及在低压区域及高压区域中由于燃料的膨胀使压力上升。
通过达到共轨26上的、但在图1中未示出的压力限制阀的打开压力及通过燃料由高压管路24经过高压泵22向低压管路18的泄漏，燃料从高压管路24流到低压管路18中。由此及由于温度引起的低压管路18中的燃料膨胀使那里的压力也上升，以致超过此时作为限压装置起作用的压力调节器32的调定压力。该压力调节器打开，以便燃料从低压管路18流入到燃料箱12中。在一定时间后燃料系统10如先前的内燃机那样开始冷却。由此高压管路24中和低压管路18中燃料收缩，封闭在低压管路24中的燃料的体积也下降。在弹性的容积存储器36的不具有专门的压力/容积特性曲线时，导致低压管路18中的压力下降，该压力下降如此地强，以致任何时候都低于低压管路18中燃料的蒸发压力。由此导致蒸汽及溶解在燃料中的空气的排出。这可能延迟内燃机的再起动。
图3中表示弹性的容积存储器36的压力/容积曲线。在该图中该曲线设置有标号50。可看到，该压力/容积曲线具有一个强的抛物线形状及通过两个点52及54。第一点52由第一容积V1及第一压力p1确定。该第一压力略大于在通常环境温度时的燃料蒸发压力pD。第二点54由第二容积V2及第二压力p2确定。该第二压力相应于最大压力，即压力调节器32的打开压力。
此时这样来设计弹性的容积存储器36，使得第一容积V1与第二容积V2之间的差值dVK(“收缩容积”)至少大致相应于至少一个值，以便使低压管路18中燃料的容积V在由一个最大温度冷却到环境温度上时减小。最大温度是在内燃机或燃料系统10停机后，燃料系统10或封闭在低压管路18中的燃料由于来自内燃机的热传导而达到的温度。该差值dVK附加地考虑通过前级输送泵到燃料箱12的沿途的泄漏损耗及由低压管路18返回到高压管路24中的泄漏。当高压管路24及共轨26比低压管路18及封闭在该低压管路中的燃料冷却得快时，则可出现这种情况：高压管路24中具有比低压管路18中更低的压力，由此燃料通过高压泵22的进入阀及排出阀从低压管路18流到高压管路24中。
通过图3中所示的压力/容积特性曲线50保证：当低压管路18中的燃料再次冷却时，由弹性的容积存储器36提供收缩容积，并因此当燃料系统10达到环境温度时，最终压力总是还高于蒸发压力pD，即避免由封闭在低压管路18中的燃料排气。
图4中记录了随时间变化的各个曲线，确切的说是对于迄今不具有弹性容积存储器36的燃料系统的曲线。用56表示内燃机附近的燃料系统10的温度，即例如高压泵22的温度。用t0表示内燃机及燃料系统10被关断的时刻。可以看出，在时刻t1上达到一个最大值Tmax前，内燃机附近的温度在时刻t0上的停机后首先明显地升高。接着温度渐近地下降，直到环境温度TU。在图4中用58指示在燃料箱12区域中的燃料系统的温度变化曲线，即例如功能模块20的温度变化曲线。可看到，该温度变化曲线不具有最大值及主要具有比内燃机附近的温度曲线56整体低的水平。
图4中还表示出蒸发压力曲线，确切的说是对于封闭在低压管路18中的及在那里以温度变化曲线56升温的及接着冷却的燃料的曲线。因为蒸发压力与温度相关，在图中设置有标号60的该蒸发压力曲线具有与曲线56完全类似的变化曲线。
在图4中用62指示低压管路18中的压力曲线，如所述那样，这是对于没有弹性的容积存储器36的情况。可看出，该压力曲线62在时刻t2上与蒸发压力曲线60相交，即不超过低压管路18中的蒸发压力。因此可导致低压管路18中的排气。
图5相应于图4的图，然而是对于图1中所示的、包括一个弹性的容积存储器36的燃料系统10的。可看出，代表低压管路18中的压力变化的曲线62总是位于蒸发压力曲线60的上方。这可通过两个点52及54的位置及通过该压力/容积特性曲线50的强递减的形状来实现，所述两个位置确定了弹性容积存储器36的所述压力/容积特性曲线50，即该特性曲线在低压p1时比高压p2时明显地更陡。因为压力p2是低压管路18中的通常的工作压力，故该弹性的容积存储器36由于压力/容积特性曲线50在那里非常平坦的变化也能很好地缓冲低压管路18中的压力脉动。
图6中表示燃料系统10的一个变换的实施形式。在此如下地适用，即与在先所描述的元件与区域具有等同功能的这些元件与区域，具有相同的标号并不再详细地阐明。
与图1的燃料系统10不同地，图6中所示的燃料系统不是仅具有一个压力调节器，而是具有两个压力调节器32a及32b。压力调节器32b可通过阀64来接通或关断。压力调节器32b的打开压力小于压力调节器32a的打开压力。在这样一种燃料系统10中，视内燃机的工作点而定，在低压管路18中可实现不同的压力。如果内燃机及燃料系统10被关断，则阀64闭合，使得低压管路18中的最大压力(图3中p2)相应于两个压力调节器32a及32b的两个打开压力中的较高者。
图7表示该燃料系统的另一种变型方案。该变型方案不具有压力调节器，取而代之的是，前级输送泵14是可变化地被控制的。这种燃料系统10也被称为“按需调节的燃料系统”，在那里可不设置从低压管路18返回到燃料箱12的回流部分。为可靠起见，仍设置有一个回流管路，该回流管路在止回阀16与功能模块20之间从低压管路18分出并在该回流管路中设置一个压力限制阀74。
在关段内燃机及燃料系统10后，低压管路18中的压力因此首先上升到一个比通常的工作压力高的压力。这示出在与图3类似的图8中。在图8中，通过按需调节地控制前级输送泵14来调节的低压管路18中的该通常的工作压力用pN表示，弹性的容积存储器36的相应容积用VN表示。在停机后，如在图1的实施例中已描述的那样，封闭在低压管路18中的燃料首先升温，以致弹性的容积存储器36增加一个附加的容积dVz，直到达到由第二容积V2及最大压力p2来确定的第二点54。
图9中示出弹性的容积存储器36的一个变换的实施形式。其相应的压力/容积特性曲线50记录在图10中。弹性的容积存储器36包括两个连接在低压管路18上的柱塞存储器36a及36b。两个柱塞存储器36a及36b分别包括一个壳体66a，66b，在该壳体中，柱塞68a，68b分别形成存储器容积70a，70b的边界。活塞68a，68b分别由一个弹簧72a，72b加载以抵靠在存储器容积70a，70b上。
活塞存储器36b的弹簧72b具有一个比活塞存储器36a的弹簧72a更平坦的特性曲线。但同时弹簧72b比弹簧72a更强地被预加载。由此得到由两个基本上线性的区段组成的压力/容积特性曲线50，其中属于柱塞存储器36a的第一区段相对地陡及用50a表示。较平坦的第二区段用50b表示。在工作中直到额定压力pN、即通常的工作压力之前，仅柱塞存储器36a起作用。如果在继续加热时(在相应于图7的按需调节的燃料系统中使用弹性的容积存储器36的情况下)压力升高，则活塞68b与弹簧72b也开始运动，并按照压力/容积特性曲线50的较平坦区段50b来释放容积。

Claims (13)

1.用于内燃机的燃料系统(10)，具有至少一个第一燃料泵(14)及一个压力区域(18)，第一燃料泵(14)将燃料输送到该压力区域中，该压力区域与一个弹性的容积存储器(36)相连接，该弹性的容积存储器具有一个压力/容积特性曲线(50)，该特性曲线通过至少两个点(52，54)来确定，其特征在于：第一点(52)通过第一压力(p1)时的第一容积(V1)来确定，该第一压力略大于在环境温度(TU)时燃料的蒸发压力(pD)，第二点(54)通过第二容积(V2)及压力区域(18)中的第二压力(p2)来确定，该第二压力等于一个最大压力，其中，第一与第二容积(V1，V2)之间的差值(dVK)至少等于一个值，该值为当由最高温度(Tmax)冷却到环境温度(TU)时压力区域(18)中的燃料容积(V)的减小量。
2.根据权利要求1的燃料系统(10)，其特征在于：该燃料系统包括至少一个压力限制装置(32)，通过该压力限制装置确定压力区域(18)中的最大压力(p2)。
3.根据权利要求2的燃料系统(10)，其特征在于：该至少一个压力限制装置(32)包括一个第一压力限制装置(32a)和至少一个具有与该第一压力限制装置(32a)不同的打开压力的第二压力限制装置(32b)，以及压力区域中的最大压力(p2)由最高的打开压力来确定。
4.根据权利要求1的燃料系统(10)，其特征在于：第一燃料泵(14)可按需调节地被控制，以及最大压力(p2)等于一个额定压力(PN)加上一个压力差(p2-pN)，该压力差由封闭在压力区域(18)中的燃料通过热传导引起的温度升高而引起。
5.根据以上权利要求之一的燃料系统(10)，其特征在于：特性曲线(50)在压力区域(18)中低的压力(p1)时比在高的压力(p2)时陡。
6.根据权利要求5的燃料系统(10)，其特征在于：特性曲线(50)是递减的。
7.根据权利要求1至4之一的燃料系统(10)，其特征在于：第一与第二容积(V1，V2)的差值(dVK)附加地考虑到向燃料箱(12)的泄漏损耗。
8.根据权利要求1至4之一的燃料系统(10)，其特征在于：该燃料系统包括一个设置在第一燃料泵(14)的下游的第二燃料泵(22)，以及第一与第二容积(V1，V2)的差值(dVK)附加地考虑到通过第二燃料泵(22)的泄漏损耗。
9.根据权利要求1至4之一的燃料系统(10)，其特征在于：所述弹性的容积存储器(36)设置在燃料箱(12)中。
10.根据权利要求9的燃料系统(10)，其特征在于：弹性的容积存储器(36)与一个燃料过滤器(34)一起组合成一个共同的功能模块(20)。
11.根据权利要求1至4之一的燃料系统(10)，其特征在于：容积存储器(36)的弹性特性至少也通过该弹性的容积存储器(36)的壳体(38)的材料来提供。
12.根据权利要求1至4之一的燃料系统(10)，其特征在于：所述弹性特性至少也通过该弹性的容积存储器(36)的壳体(38)的附加的弹簧加载(48)来提供。
13.根据权利要求1的燃料系统(10)，其特征在于：所述燃料系统是共轨类型的燃料系统。
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