CN101629920B - 用于确定柴油燃料浊点温度的浊点监控系统 - Google Patents

Abstract

用于确定柴油燃料浊点温度的浊点监控系统。在一个示范性实施例中，浊点监控系统在圆筒形导管内接收柴油燃料并通过柴油燃料传送声波。该浊点监控系统进一步根据通过柴油燃料传送的声波的相移来确定指示柴油燃料浊点的浊点温度值。

Description

用于确定柴油燃料浊点温度的浊点监控系统

技术领域

本发明的示范性实施例主要涉及柴油燃料系统，并且更具体地涉及柴油燃料浊点监控系统。

背景技术

在相对寒冷的环境温度下，柴油燃料会由于蜡晶的形成而部分固化(胶凝)。燃料的胶凝会影响发动机性能，包括导致发动机终止运行。蜡晶的形成导致燃料变得混浊。燃料的浊点温度是蜡晶开始形成时的温度。柴油燃料的浊点温度即使在相同品级的燃料(例如2号柴油)中也会有很大变化，并且在将生物柴油燃料与柴油燃料混合时也会有很大变化。通常将柴油燃料混合为使其具有适合于该燃料销售场所的浊点温度。因为车辆可能会在胶凝不会成为问题的相对比较温暖的区域加载燃料，且由于其长途行程携带混合用于相对较暖区域的燃料到达有可能会发生胶凝的相对较冷的区域，所以可能需要检测和监控柴油燃料的浊点温度。与某些现有的浊点监控设备相关的问题是蜡晶可能会以无法在柴油燃料中被检测到的方式形成，从而导致浊点温度的确定不准确，由此限制了采取适当措施以防止柴油燃料胶凝的能力。

因此，希望研发出相对于浊点温度的检测和监控具有更高精度的浊点监控系统。

发明内容

根据本发明的示范性实施例提供了一种浊点监控系统。浊点监控系统包括具有第一孔和第二孔的导管，孔被设置成允许柴油燃料从燃料管路流入和通过导管。浊点监控系统进一步包括位于导管内的声源。声源被设置成响应来自控制器的第一振动信号发出振动声波。浊点监控系统进一步包括位于导管内并与声源间隔开的声传感器。声传感器被设置成接收由声源发出的振动声波和对振动声波产生响应振动信号。浊点监控系统进一步包括温度传感器，位于导管内并被设置成产生指示导管内的柴油燃料温度的温度信号。浊点监控系统进一步包括被设置成产生第一振动信号并将其发送至声源的控制器。控制器进一步被设置成接收来自声传感器的响应振动信号和根据第一振动信号和响应振动信号来确定声波的相移。控制器进一步被设置成接收来自温度传感器的温度信号和由此根据振动波的相移和温度信号来确定与导管内的柴油燃料相关联的浊点温度值。

根据本发明的另一个示范性实施例提供了一种机动车辆。机动车辆包括被设置成通过燃料管路从燃料罐接收柴油燃料的柴油发动机。机动车辆进一步包括从燃料管路接收部分柴油燃料的浊点监控系统。浊点监控系统包括具有第一孔和第二孔的导管，孔被设置成允许柴油燃料从燃料管路流入和通过导管。浊点监控系统进一步包括位于导管内的声源。声源被设置成响应来自控制器的第一振动信号发出振动声波。浊点监控系统进一步包括位于导管内并与声源间隔开的声传感器。声传感器被设置成接收由声源发出的振动声波和对振动声波产生响应振动信号。浊点监控系统进一步包括温度传感器，位于导管内并被设置成产生指示导管内的柴油燃料温度的温度信号。浊点监控系统进一步包括被设置成产生第一振动信号并将其发送至声源的控制器。控制器进一步被设置成接收来自声传感器的响应振动信号和根据第一振动信号和响应振动信号来确定声波的相移。控制器进一步被设置成接收来自温度传感器的温度信号和由此根据振动波的相移和温度信号来确定与导管内的柴油燃料相关联的浊点温度值。

附图说明

其他的特征、优点和细节体现在以下仅作为示例对实施例的说明当中，说明参照附图进行，在附图中：

图1是根据一个示范性实施例具有浊点监控系统的车辆的示意图；

图2是图1的车辆中采用的浊点监控系统的示意图；

图3是图2中的浊点监控系统内的声波相移的信号示意图；

图4是示出了在变化的温度下第一种和第二种类型的柴油燃料内的声速的曲线图；

图5是根据另一个示范性实施例用于针对柴油燃料确定浊点温度的方法的流程图；

图6是根据另一个示范性实施例的另一个浊点监控系统的示意图。

具体实施方式

参照图1，根据本发明的一个示范性实施例提供了具有浊点监控系统30的车辆10。车辆10进一步包括发动机20、燃料喷射器21、燃料泵22、燃料滤清器24、燃料罐26、输油泵28、将上述各种部件流体互连以用于在它们和柴油燃料导管38之间交换柴油燃料的圆筒形管路40，42，44，46，48，50，52。本文中将管路38，42，44，46，48，50和52描述为圆筒形管路，但是任意适合的管路都可以被使用，包括其他截面形状的管路。与柴油燃料导管38相连的是浊点监控系统30，该系统用于确定和监控由车辆10使用的柴油燃料的浊点温度。尽管在图示的示范性实施例中浊点监控系统30是与柴油燃料导管38相关联，但是可以确信与燃料系统的其他圆筒形管路相关联也是可行的并且同样落在本发明的保护范围之内。而且，尽管在本文中结合用于车辆10的发动机20介绍了各种示范性实施例，但是浊点监控系统30也可以被用于各种形式的柴油发动机的燃料系统中。

燃料喷射器21、燃料泵22、燃料滤清器24、燃料罐26、燃料泵28、圆筒形管路40，42，44，46，48，50和52、柴油燃料导管38以及监控系统30都是用于将柴油燃料输送至发动机20的燃料系统中的部件。输油泵28与圆筒形管路40和柴油燃料导管38流体连通。输油泵28被设置成将柴油燃料从燃料罐26通过圆筒形管路40和柴油燃料导管38泵送至燃料滤清器24。

燃料滤清器24与柴油燃料导管38和圆筒形管路42，50流体连通。燃料滤清器24被设置成过滤从其中流过的柴油燃料和允许一部分柴油燃料通过圆筒形管路42流至燃料泵22。燃料滤清器24进一步被设置成将一部分接纳的柴油燃料通过圆筒形管路50，52送回燃料罐26。

燃料泵22与圆筒形管路42，44和48流体连通。燃料泵22被设置成将柴油燃料通过圆筒形管路44泵送至燃料喷射器21。圆筒形管路44内的柴油燃料压力处于相对较高的压力水平。燃料泵22进一步被设置成将一部分柴油燃料通过圆筒形管路48，52送回燃料罐26。

燃料喷射器21被可操作地连接至发动机20并与圆筒形管路44，46流体连通。燃料喷射器21被设置成通过圆筒形管路44以相对较高的压力水平从燃料泵22接收燃料。燃料喷射器21进一步被设置成将接收到的柴油燃料的第一部分喷入发动机20内。通过燃料喷射器21接收到的柴油燃料的第二部分被通过圆筒形管路46，52引送回燃料罐26。

参照图3，在提供浊点监控系统30的详细说明之前，现在先介绍声波在柴油燃料内的物理性质的整体概述。作为用曲线96表示的振动声波信号，从声波源，通常为换能器例如扬声器，通过例如柴油燃料这样的介质传送至声波接收器，通常为换能器例如麦克风，其与声源间隔开并接收用曲线97表示的振动声波信号作为相移结果。相移是与介质中的声速、声源和接收器的间距以及振动声波信号的频率相关联的。而且，如图4中所示，在例如液体柴油燃料或生物燃料这样的介质中，密度作为温度的函数而改变，通常随着温度的降低而增大，导致燃料内声速的增加以及声源信号和接收信号之间相移的降低。具体地，当柴油燃料处于或者低于浊点温度时，发生物相改变以使得在柴油燃料内形成蜡晶并且柴油燃料从液态改变为蜡状半固体态。这种改变导致燃料的体积弹性模量显著增加，从而明显地增加了通过燃料的声速且明显地降低了相移。参照图4，这种明显的声速改变作为生物柴油配方142和2号柴油配方144温度的函数分别通过拐点143和145被反映在示范性声速曲线中。对于这些配方，对于间隔开的声源和检测器以及声波输入的给定设置，在高于各自拐点或各自拐点右侧的温度下发生的相移要大于在低于拐点或拐点左侧的温度下发生的相移。因此，对于特定的配方，当传输的振动声波的相移幅值小于例如与拐点相关的预定相移时，柴油燃料即处于或低于浊点温度。与通过柴油燃料的振动声波相关的前述相移性质被浊点监控系统30用于确定柴油燃料的浊点温度。

参照图2，下面将更加详细地介绍确定柴油燃料浊点温度的浊点监控系统30。浊点监控系统30包括圆筒形管路70，72，74、声波源或输出设备例如电子扬声器80、热力设备82、声传感器例如麦克风84、温度传感器86、滤清器88、控制器90、显示设备92和存储设备94。浊点监控系统30被流体连接至柴油燃料导管38并接收流过柴油燃料导管38的一部分柴油燃料以确定柴油燃料的浊点温度。

圆筒形管路72位于柴油燃料导管38和圆筒形管路70之间。圆筒形管路72被设置成通过柴油燃料导管38的末端部分110内的孔118接收流过柴油燃料导管38的一部分柴油燃料并将该部分柴油燃料引送通过孔104并送入圆筒形管路70内。孔104被设置为靠近圆筒形管路70的第一端100。

圆筒形管路74位于柴油燃料导管38和圆筒形管路70之间。圆筒形管路74被设置成通过圆筒形管路70的第二端102内的孔118接收圆筒形管路70内的柴油燃料并将柴油燃料通过孔120引送并送回柴油燃料导管38内。孔106被设置为靠近圆筒形管路70的第二端102。因此，柴油燃料通过管路70从第一端100流向第二端102。

在优选的结构中，形式为电子扬声器80的声波源位于圆筒形管路70的末端100并且被设置为可用于将声波传入圆筒形管路70内的柴油燃料中。电子扬声器80被设置成在圆筒形管路70内发出具有预定频率的振动声波81，振动声波81响应从控制器90接收的振动控制信号向圆筒形管路70的第二端102传送。

热力设备82位于圆筒形管路70附近并且被设置成响应从控制器90接收的振动控制信号来冷却圆筒形管路70和其中的柴油燃料。在一个示范性实施例中，热力设备82是珀尔贴单体(Peltier cell)，但是，其他合适的用于冷却的装置也可以在本发明的保护范围内被使用。

形式为麦克风84的声传感器被与声波源80间隔开并且可以被设置为靠近圆筒形管路70的第二端102。麦克风84被设置成接收振动声波81并响应其产生指示波频的响应振动信号。麦克风84将振动信号传送至控制器90。

温度传感器86位于圆筒形管路70上并与其中的柴油燃料流体连通。温度传感器86被设置成产生指示圆筒形管路70内的柴油燃料温度的信号，该信号被控制器90接收。在一个示范性实施例中，温度传感器88由热电偶构成。

滤清器88被设置成穿过柴油燃料导管38的孔120。滤清器88被设置成和热力设备82协同操作以截留可能在流过圆筒形管路70的柴油燃料内形成的蜡晶。

控制器90被电连接至扬声器80、热力设备82、麦克风84、温度传感器86、显示设备92和存储设备94并可用于和上述设备之间的信号通信。控制器90用于根据从温度传感器86和麦克风84接收到的信号来确定柴油燃料的浊点温度，正如以下将要更详细地介绍的那样。在一个示范性实施例中，控制器90包括微处理器。存储设备94用于在其中存储数据和由控制器90产生的值。显示设备92用于显示数据和由控制器90产生的值。

柴油燃料导管38包括末端部分110、末端部分112和节流部分114。节流部分114位于末端部分110、112之间。节流部分114在柴油导管38内造成压降以促使柴油燃料从末端部分110通过圆筒形管路72，70和74向末端部分112流动。本发明的浊点监控系统30在以下情况中是特别有利的：它使得能够进行导管内燃料的浊点温度测量，导管类似于整个燃料系统中使用的管路并处于类似的流体流动条件下，从而降低或者消除了流体流动条件对浊点温度测量的任何影响。但是，浊点监控系统30处于燃料系统的单独支路内并连接燃料管路以使得监控过程和蜡晶成形对燃料系统性能的影响最小。例如，与监控和燃料内的蜡晶成形相关的流量下降只会影响通过浊点监控系统30的流量而不会影响整个燃料系统。

参照图2和图5，现在将参照步骤160-194对根据另一个示范性实施例的一种用于针对柴油燃料确定浊点温度的方法的流程图进行说明。在步骤160，圆筒形管路70在其中接收燃料。圆筒形管路70具有第一端100和第二端102。柴油燃料通过圆筒形管路70从第一端100流向第二端102并在此与温度传感器86流体连通。在步骤162，控制器90从温度传感器86接收指示圆筒形管路70内的柴油燃料温度的第一信号，然后根据第一信号确定第一温度值。在步骤164，控制器90对第一温度值是否处于第一预定温度范围内或者可选地是否处于或者低于温度预定值进行确定。第一温度的这种评估是用于确定燃料温度是否已经达到需要开始估算浊点温度的温度。在一个示范性实施例中，第一预定温度范围是低于或等于10℃的温度范围。当然，在此其他的温度范围也是允许的。如果步骤164的值为“是”，那么方法就进入步骤166。否则，方法返回步骤162。在步骤166，控制器90产生第一振动信号以促使电子扬声器80从圆筒形管路70的第一端100向着圆筒形管路70的第二端102发出振动声波。在步骤168，控制器90从位于圆筒形管路70的第二端102附近的麦克风84接收对第一振动声波作出响应的第二振动信号。在步骤170，控制器90根据第一和第二振动信号确定第一相移值。第一相移值指示第一和第二振动信号之间的相位差异。在步骤172，控制器90产生信号以促使热力设备82冷却圆筒形管路70内的柴油燃料。在步骤180，控制器90从温度传感器86接收指示圆筒形管路70内的柴油燃料温度的信号，并根据来自温度传感器的信号确定第二温度值。在步骤182，控制器90对第二温度值是否小于或等于第一温度值减2℃或其他合适的减小值进行确定。如果步骤182的值为“是”，那么方法就进入步骤184。否则，方法返回步骤180。在步骤184，控制器90产生第三振动信号以促使电子扬声器80从圆筒形管路70的第一端100向着圆筒形管路70的第二端102发出第二振动声波。在步骤186，控制器90从位于圆筒形管路70的第二端102附近的麦克风84接收对第二振动声波作出响应的第四振动信号。在步骤188，控制器90根据第三和第四振动信号确定第二相移值。第二相移值指示振动信号之间的相位差异。在步骤190，控制器90对以下条件是否满足进行确定：第一相移值-第二相移值大于相移阈值。选择相移阈值以用于指示柴油燃料处于浊点温度。如果步骤190的值为“是”，那么方法就进入步骤192。否则，方法返回步骤180。在步骤192，控制器90将浊点温度值设定为等于第二温度值并且(i)在显示设备92上显示浊点温度值，和(ii)在存储设备94内存储浊点温度值。在步骤194，控制器90停止产生信号以促使热力设备82由此终止对圆筒形管路70内的柴油燃料的冷却。该方法的步骤可以结合车辆10或发动机20的操作被不断地重复。

因为热力设备82可以被控制用于加热或者冷却管路，所以应该确信上述实施例的本质包括利用与两个燃料温度相关的两个相移值来确定柴油燃料的浊点温度。这可以被概括为其中控制器被设置成根据第一温度信号和与其相关的第一相移值确定第一温度值，改变导管内的柴油燃料温度并根据第二温度信号和与其相关的第二相移值确定第二温度值，以及根据与第一温度值和第二温度值相关的相移阈值将浊点温度值设定为等于第一温度值或第二温度值之一。

参照图6，现在介绍根据本发明的另一个示范性实施例的确定柴油燃料浊点温度的浊点监控系统230。除了以下说明的内容以外，系统230的元件与上述系统30中的元件相同并具有相同的功能，并且为了清楚起见附图标记被加200。

浊点监控系统230包括圆筒形管路270，272，274、电子扬声器280、热力设备282、麦克风284、温度传感器286、滤清器288、控制器290、显示设备292和存储设备294。浊点监控系统230被流体连接至柴油燃料导管238并接收流过柴油燃料导管238的一部分柴油燃料以确定柴油燃料的浊点温度。柴油燃料导管238包括末端部分310，312和位于末端部分310，312之间的文氏管部分314。

浊点监控系统230和浊点监控系统30之间的主要不同在于圆筒形元件270可以具有比圆筒形元件70更短的纵向长度。而且，圆筒形元件274是从圆筒形元件270延伸至柴油燃料导管238的文氏管部分314，而不是像圆筒形元件74那样从圆筒形元件70延伸至柴油燃料导管38的末端部分112。电子扬声器280、热力设备282、麦克风284、温度传感器286、滤清器288、控制器290、显示设备292和存储设备294的操作功能分别与电子扬声器80、热力设备82、麦克风84、温度传感器86、滤清器88、控制器90、显示设备92和存储设备294的操作功能基本类似。

本发明的用于针对柴油燃料确定浊点温度的浊点监控系统与其他的系统和方法相比具有明显的优点。具体地，本文中公开的浊点监控系统提供了以下的技术效果：利用相移值指示通过柴油燃料传送的声波的相移以确定浊点温度值来指示柴油燃料的浊点温度。

尽管声源、声传感器、温度传感器和热力设备在几个示范性实施例中都被示出在相对于圆筒形管路的相应第一端和第二端所示的相应位置，但是应该确信更改或改变了这些元件相对位置的实施例(未示出)也可以根据本发明进行工作并落在本发明的范围之内。

尽管已经参照示范性实施例介绍了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解还可以进行各种变化，并且可以用等价的元件替换本发明中的元件，而并不背离本发明的保护范围。另外，可以根据本发明的教导进行各种变形以适应特定情况或材料而并不背离本发明实质的保护范围。因此，应该理解本发明并不局限于所公开的用于实现本发明的特定实施例，而且本发明应该包括落在所附权利要求保护范围之内的所有实施例。而且，第一、第二等术语的使用只是用于将一个元件与另一个元件加以区分。另外，术语一、一个等的使用并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所修饰的部件。

Claims (21)

1.一种浊点监控系统，包括：

具有第一孔和第二孔的导管，孔被设置成允许柴油燃料从燃料管路流入和通过导管；

声源，位于导管内并被设置成响应来自控制器的第一振动信号发出振动声波；

位于导管内并与声源间隔开的声传感器，声传感器被设置成接收由声源发出的振动声波和对振动声波产生响应振动信号；

温度传感器，位于导管内并被设置成产生指示导管内的柴油燃料温度的温度信号；

控制器，被设置成：产生第一振动信号并将其发送至声源，接收来自声传感器的响应振动信号，根据第一振动信号和响应振动信号确定声波的相移，接收来自温度传感器的温度信号并由此根据振动波的相移和温度信号来确定与导管内的柴油燃料相关联的浊点温度值。

2.如权利要求1所述的浊点监控系统，进一步包括邻近导管被设置成响应来自控制器的信号冷却导管的热力设备。

3.如权利要求2所述的浊点监控系统，其中所述热力设备包括珀尔贴单体。

4.如权利要求1所述的浊点监控系统，其中相移值指示第一振动信号和响应振动信号之间的相位差异。

5.如权利要求1所述的浊点监控系统，其中控制器被设置成通过根据温度信号确定温度值来确定浊点温度值和在相移值小于或等于预定相移值时将浊点温度值设定为与温度值相等。

6.如权利要求1所述的浊点监控系统，其中控制器被设置成根据第一温度信号和与其相关的第一相移值来确定第一温度值，改变导管内柴油燃料的温度并根据第二温度信号和与其相关的第二相移值确定第二温度值，以及根据与第一温度值和第二温度值相关的相移阈值将浊点温度值设定为与第一温度值或第二温度值之一相等。

7.如权利要求1所述的浊点监控系统，其中声源被设置成以第一预定频率发出振动声波。

8.如权利要求1所述的浊点监控系统，进一步包括显示设备，控制器进一步被设置成使显示设备在其上显示浊点温度值。

9.如权利要求1所述的浊点监控系统，进一步包括第二导管和第三导管，燃料管路具有第一端部和第二端部以及节流部分，节流部分位于第一端部和第二端部之间，第二导管将部分柴油燃料供应从第一端部通过第一孔引送到导管内，第三导管将导管内的这部分柴油燃料从第二孔引送到第二端部。

10.如权利要求1所述的浊点监控系统，进一步包括第二导管和第三导管，燃料管路具有第一端部和文氏管部分，第二导管将部分柴油燃料供应从第一端部通过第一孔引送到导管内，第三导管将导管内的这部分柴油燃料供应从第二孔引送到文氏管部分。

11.一种机动车辆，包括：

被设置成从燃料管路接收柴油燃料的柴油发动机；和

从燃料管路接收部分柴油燃料的浊点监控系统，该系统包括：

具有第一孔和第二孔的导管，孔被设置成允许柴油燃料从燃料管路流入和通过导管；

声源，位于导管内并被设置成响应来自控制器的第一振动信号发出振动声波；

位于导管内并与声源间隔开的声传感器，声传感器被设置成接收由声源发出的振动声波和对振动声波产生响应振动信号；

温度传感器，位于导管内并被设置成产生指示导管内的柴油燃料温度的温度信号；

控制器，被设置成：产生第一振动信号并将其发送至声源，接收来自声传感器的响应振动信号，根据第一振动信号和响应振动信号确定声波的相移，接收来自温度传感器的温度信号并由此根据振动波的相移和温度信号来确定与导管内的柴油燃料相关联的浊点温度值。

12.如权利要求11所述的机动车辆，其中浊点监控系统进一步包括邻近导管被设置成响应来自控制器的第四信号冷却导管的热力设备。

13.如权利要求12所述的机动车辆，其中所述热力设备包括珀尔贴单体。

14.如权利要求11所述的机动车辆，其中相移值指示第一振动信号和响应振动信号之间的相位差异。

15.如权利要求11所述的机动车辆，其中控制器被设置成通过根据温度信号确定温度值来确定浊点温度值和在相移值小于或等于预定相移值时将浊点温度值设定为与温度值相等。

16.如权利要求11所述的机动车辆，其中控制器被设置成根据第一温度信号和与其相关的第一相移值确定第一温度值，改变导管内柴油燃料的温度并根据第二温度信号和与其相关的第二相移值确定第二温度值，以及根据与第一温度值和第二温度值相关的相移阈值将浊点温度值设定为与第一温度值或第二温度值之一相等。

17.如权利要求11所述的机动车辆，其中声源被设置成以第一预定频率发出振动声波。

18.如权利要求11所述的机动车辆，进一步包括显示设备，控制器进一步被设置成使显示设备在其上显示浊点温度值。

19.如权利要求11所述的机动车辆，进一步包括第二导管和第三导管，燃料管路具有第一端部和第二端部以及节流部分，节流部分位于第一端部和第二端部之间，第二导管将部分柴油燃料供应从第一端部通过第一孔引送到导管内，第三导管将导管内的这部分柴油燃料从第二孔引送到第二端部。

20.如权利要求11所述的机动车辆，进一步包括第二导管和第三导管，燃料管路具有第一端部和文氏管部分，第二导管将部分柴油燃料供应从第一端部通过第一孔引送到导管内，第三导管将导管内的这部分柴油燃料供应从第二孔引送到文氏管部分。

21.一种浊点监控系统，包括：

具有第一孔和第二孔的导管，孔被设置成允许柴油燃料从燃料管路流入和通过导管；

位于导管内的声源；

位于导管内并与声源间隔开的声传感器；

位于导管内的温度传感器；

控制器，被设置成产生第一振动信号并将其发送至声源，接收来自声传感器的响应振动信号和接收来自温度传感器的温度信号并由此确定与导管内的柴油燃料相关联的浊点温度值。

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