CN102947578B - 用于在燃烧发动机中喷射燃料混合物的燃料系统 - Google Patents

用于在燃烧发动机中喷射燃料混合物的燃料系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在燃烧发动机中喷射燃料混合物的燃料系统。燃料系统包括引入线路（13，17），其被配置成引导燃料至发动机（1）。引入线路（13）包括供给泵（7），高压泵（15），蓄压罐（16），和至少一个喷射单元（18），喷射单元被配置成向发动机（1）的燃烧空间中喷射燃料。引入线路（13，7）包括空间（7a），其被配置成从第一燃料源（2，6）接收第一燃料（3）和从第二燃料源（4，10）接收第二燃料（5），和混合构件（7），其被配置成向第一燃料（3）和第二燃料（5）施加混合运动10，以产生基本上均匀的燃料混合物，所述燃料混合物被喷射单元（18）喷射到发动机的燃烧空间中。

Description

用于在燃烧发动机中喷射燃料混合物的燃料系统
技术领域
本发明涉及一种用于在燃烧发动机中喷射燃料混合物的燃料系统。
背景技术
一种减少来自燃烧发动机的排气排量的途径是以非常高的压力喷射燃料。一种所谓的"共轨"系统广泛用于以高压力实现向柴油发动机的燃烧空间中喷射。共轨系统包括高压泵，其以非常高的压力将燃料泵送至蓄压罐(共轨)。操作期间蓄压罐中的压力可以在350-1600巴的级别。蓄压罐中的燃料意于被分配至发动机的所有汽缸。来自蓄压罐的燃料通过电控喷射单元被喷射到各汽缸的燃烧空间中。喷射单元包括阀，其必须能够非常快地开闭。喷射单元被电子控制单元控制，所述电子控制单元基于有关发动机各种参数例如负荷和速度的信息基本上连续地计算将被供应至各汽缸的燃料量。
对燃烧发动机中使用一种以上的燃料越来越感兴趣。通常有利的是能够喷射由具有不同特性的两种燃料构成的燃料混合物。作为示例，较不容易点燃的主燃料可以与更容易点燃的辅助燃料混合，并且辅助燃料的点燃引起的热能用于点燃所述较不容易点燃的主燃料。这使得必须使用其它类型的添加剂来提高较不容易点燃的主燃料的可点燃性。
在燃烧发动机中以高压力喷射两种燃料通常涉及使用两个彼此分开的燃料供应系统，即第一燃料供应系统，其第一高压泵将第一燃料以高压力泵送到第一蓄压罐(共轨)中，和第二燃料供应系统，其第二高压泵将第二燃料以高压力泵送到第二蓄压罐(共轨)中。然后，这两种燃料能够借助于适宜的喷射单元从相应的蓄压罐以高压力射喷。US2002/0070295涉及这样的喷射单元的例子。使用两个彼此分开的燃料系统涉及很多个组成元件。两个系统占据相对大量的装配空间，并且组成元件的成本高。
发明内容
本发明的目的是提出一种燃料系统，其具有相对较少的组成元件，且能够以高压力在燃烧发动机中喷射燃料混合物。
上述目的可以通过具有技术领域部分中描述的类型的特征的本发明燃料系统而实现。根据本发明，第一燃料和第二燃料被接收到引入线路中的适宜空间中，引入线路将燃料引导至发动机。接下来，混合构件被提供在所述空间的下游。混合构件有利地将两种燃料混合成基本上均匀的燃料混合物。然而，难以混合某些燃料，例如醇与碳氢燃料。在这样的情况下，混合构件必须有效地产生乳化物。为了产生乳化物，混合构件必须能够将至少一种燃料切断成如此小的液滴，即它们能够在另一种燃料中自由地到处飘浮。本发明因此使用设有供给泵、高压泵、蓄压罐和至少一个喷射单元的引入线路。当这样的组成元件被使用时，燃料混合物能够被加压并且以高压力喷射到发动机中。使用接收两种燃料的适宜空间和适宜的混合构件使得燃料系统能够构造成非常简单的形式，并且不会比用于喷射一种燃料的燃料系统复杂太多。
根据本发明的一种实施方式，所述空间在引入线路中相对于燃料在引入线路中流动的预期方向安置在位于供给泵上游的位置。该空间的这种位置使得能够使用供给泵传输第一燃料和第二燃料这二者至所述空间。这意味着只需要一个供给泵就能传送两种燃料。有利地，供给泵被用作混合构件。供给泵向其在引入线路中传送的两种燃料施加不同程度的有效的混合运动。通过采用适宜的供给泵，能够实现流经供给泵的两种燃料的良好混合物。使用已有的供给泵来混合两种燃料，因此就不需要在引入线路中提供单独的混合构件。供给泵有利地是齿轮泵。齿轮泵送通常包括两个相互啮合着旋转的齿轮，从而能够实现非常好的两种燃料混合，以使得乳化物被产生。
根据本发明的另一实施方式，第一燃料源包括第一燃料罐和第一燃料管线，第一燃料管线被配置成将第一燃料从第一燃料罐引导至引入线路中的所述空间。第一燃料可以是主燃料并且因此而是燃料混合物的主要成分。第一燃料管线可以有利地在供给泵的引入侧被连接至引入线路中的所述空间。这使得供给泵能够从第一燃料罐通过第一燃料管线向引入线路中抽取第一燃料。第一燃料管线可以包括控制元件，第一燃料向所述空间的流动(流量)能够通过控制元件被调节。这样的控制元件可以包括自动或手动操作的阀，通过所述阀，能够完全暂停第一燃料的供应。这可能出现在这样的操作状况中，其中适宜只使用第二燃料进行操作。这种操作状况可能是冷车起动。另一种这样的操作状况可以是当车辆有一段时间不动作并且希望防止第一燃料存留在引入线路中时，作为示例，第一燃料具有腐蚀性。作为替代方案，控制元件可以包括固定的或可调节的节流阀，通过该节流阀，能够提供第一燃料向空间中的固定的或可变的减弱流动(减小的流量)。第一燃料在燃料混合物中的比例因此能够被维持在恒定的级别或被改变以适应于不同的操作状况。
根据本发明的另一实施方式，第二燃料源包括第二燃料罐和第二燃料管线，第二燃料管线被配置成将来自第二燃料罐的第二燃料引导至引入线路中的所述空间。第二燃料可以采用辅助燃料的形式并且因此而在燃料混合物中构成比第一燃料小的比例。这样的第二燃料管线可以同样有利地在供给泵的引入侧被连接至所述空间。供给泵因此可以从相应的燃料罐抽取第一燃料和第二燃料这二者。第二燃料管线优选连接至与第一燃料管线相同的空间。第二燃料管线也可以包括控制元件，通过该控制元件，第二燃料向所述空间的流动能够(流量)被调节。这样的控制元件可以包括自动或手动操作的阀，通过所述阀，能够完全暂停第二燃料的供应。作为替代方案，控制元件可以是固定的或可调节的节流阀，通过该节流阀，能够提供第二燃料的固定的或可变的流动(流量)。在后一情况下，第二燃料在燃料混合物中的比例能够改变，以适应于不同的操作状况。
根据本发明的另一实施方式，燃料系统包括返回线路，其被配置成引导未燃烧燃料回到引入线路中的所述空间。没有燃烧的燃料通常被引导回到燃料系统中的燃料罐，在这种情况下，返回燃料的形式为燃料混合物，其不适宜被引导回到只包含第一燃料的第一燃料罐，也不适宜被引导回到只包含第二燃料的第二燃料罐。因此，返回燃料被引导而进入引入线路，以便被再次引导至发动机。返回线路有利地包括冷却器，以在未燃烧燃料混合物被引导至所述空间之前对其进行冷却。当燃料混合物在高压泵中加压时，其经受增温。因此适宜在返回燃料被重新在引入线路中被使用并被加压之前对其进行冷却。
附图说明
下面参照附图以举例的方式描述本发明的优选实施方式，在附图中，
图1描绘了具有根据本发明的一种实施方式的喷射系统，
具体实施方式
图1描绘了一种喷射系统，其能够以高压力在燃烧发动机1中喷射燃料混合物。发动机1在附图中示意性显示出来。以高压力喷射燃料混合物可降低来自发动机1的排气的排量。燃料系统和发动机1可以装配于重型车辆中。燃料系统包括带有第一燃料3的第一燃料罐2。燃料系统包括带有第二燃料5的第二燃料罐4。在本例中第一燃料3是主燃料而第二燃料5是辅助燃料。在本例中第一燃料是相对较不容易点燃的燃料，其可以是醇。第二燃料是更容易点燃的燃料，其可以是柴油燃料。第一燃料管线6从第一燃料罐2延伸至位于供给泵的引入侧的空间7a，在本例中供给泵为齿轮泵7。第一燃料管线6包括阀8，其能够被安置在打开位置和关闭位置。第一燃料管线6还包括单向阀9，用于防止燃料被引导回到第一燃料罐2。第二燃料管线10从第二燃料罐4延伸至位于齿轮泵7的引入侧的相同空间7a。第二燃料管线10包括可调节的节流阀11，通过该节流阀，第二燃料管线10的流动(流量)能够调节。第二燃料管线10还包括单向阀12，用于防止燃料被引导回到第二燃料罐4。
燃料系统包括用于燃料混合物的引入线路，燃料混合物因此由第一燃料2和第二燃料5构成。引入线路包括燃料管线13，其将燃料混合物从齿轮泵7引导至燃料过滤器14，在燃料过滤器中，污染物被从燃料去除。然后，燃料管线13将燃料混合物引导至高压泵15，所述高压泵被配置成对燃料混合物加压。燃料管线13然后将所产生的加压燃料混合物引导至蓄压罐16，该蓄压罐的形式为一种所谓的共轨。蓄压罐16中的燃料压力可以在350-1600巴的级别。引入线路还包括多个并行的引入管线17，用于将燃料混合物从蓄压罐16引导至用于发动机1的燃烧空间的各喷射单元18。燃料系统包括返回线路19，其配置成收集燃料混合物的未被用于燃烧的部分。返回线路19因此从高压泵15、蓄压罐16和喷射单元18通过不同的歧管收集返回燃料。返回线路19将收集的返回燃料与第一燃料2和第二燃料4相同地引导至位于齿轮泵7的引入侧的空间7a。燃料冷却器20被配置成在返回燃料被引导至空间7a之前冷却返回燃料。由于返回燃料已被加压，其可能已经经历了增温。因此适宜在其通过高压泵15被再次加压之前对其进行冷却。
电子控制单元21被配置成控制齿轮泵7、高压泵15和喷射单元18的操作。控制单元21可以采用计算机单元的形式，设有用于这些目的的适宜的软件。压力传感器16a装配于蓄压罐16中，并且被配置成进行检测和发送信号至控制单元21，包含有关蓄压罐16中燃料压力的信息。在本例中控制单元21还被配置成操作第一燃料管线6中的阀8和第二燃料管线10中的节流阀11，以便调节在不同的操作条件下喷射到发动机中的燃料混合物的成分。
在发动机1的操作期间，齿轮泵7从第一燃料罐2通过第一燃料管线6抽取第一燃料3，从第二燃料罐4通过第二燃料管线10抽取第二燃料5。为此，控制单元21将阀保持在打开位置，以使得齿轮泵7从第一燃料罐2传输预定量的第一燃料至所述空间7a。控制单元21将节流阀安置在使得齿轮泵7从第二燃料罐4传输预期量的第二燃料5至相同空间7a的位置。燃料混合物在齿轮泵7的引入侧到达空间7a，因此包括规定比例的第一燃料3和规定比例的第二燃料5。
更不容易点燃的第一燃料可以是醇。为了以预期的方式点燃醇，能够提高醇的可点燃性的至少一种辅助材料通常被添加。如果醇被用作第一燃料而柴油燃料被用作第二燃料，柴油燃料的比例需要为燃料混合物的至少20％以便具有预期的点燃特性。难以在不引起燃料混合物中分层的前提下向醇添加太多的柴油燃料，但能够向醇添加一定量的柴油燃料以使得乳化物被产生。乳化物是指至少一个燃料被精细分割为小的液滴，所述液滴能够在其它燃料中基本上自由地漂浮。齿轮泵7具有这样的特性，即能够将所述燃料精细分割到产生乳化物的程度。燃料混合物，其可以因此成为乳化物，然后通过齿轮泵7被推送到燃料管线13中。
燃料管线13中的燃料混合物通过燃料过滤器14被引导至高压泵15。高压泵15加压燃料混合物以使得其获得高压力。燃料混合物然后被引导至蓄压罐16，在其中以所述高压力储存燃料混合物。在燃料混合物被喷射到发动机1的燃烧空间中之前，喷射单元18通过引入管线17从蓄压罐16接收燃料混合物。更容易点燃的第二燃料只在被喷射到燃烧空间中时点燃。所产生的热量促进第一燃料的点燃。控制单元21基本上连续地接收有关发动机参数例如负荷和速度的控制信号。控制单元21使用这种信息来计算需要被供应至发动机1的燃烧空间中的燃料混合物的量。控制单元21调节喷射单元18以使得燃料混合物以期望的时间和以计算的量被喷射到发动机1的相应的燃烧空间中。
不是所有的燃料管线13中的通过齿轮泵7传输的燃料混合物能够用于燃烧。因此，返回管线系统19从高压泵15、蓄压罐16和喷射单元18接收返回燃料。由于返回燃料由第一燃料和第二燃料的混合物构成，其不能引导回到任何一个燃料罐2、4。其因此而被引导至位于齿轮泵7的引入侧的空间7a。由于返回燃料可以处在相对高温，其在被引导回到空间7a之前在燃料冷却器20中被冷却，在该空间中其与来自第一燃料罐2的第一燃料3和来自第二燃料罐4的第二燃料5混合。返回燃料的成分类似于空间7a中第一燃料和第二燃料的比例。返回燃料因此不影响燃料混合物的成分。
在某些操作状况下，例如冷车起动，可能希望只使用第二燃料，其可以是柴油燃料。当控制单元21接收信息而判断出发动机1处在比预期操作温度显著低的温度时，其能够关闭阀8以暂停第一燃料的供应，第一燃料可以是醇。与此同时，控制单元21能够调节节流阀11以使得大量的第二燃料被从第二燃料罐4传输至齿轮泵7。
本发明不在任何意义上局限于附图所示的各实施方式，而是可以在权利要求的范围内进行改变。除了醇之外的燃料当然可以被用作主燃料，除了柴油燃料之外的燃料当然可以被用作辅助燃料。还可以以基本上相等的比例混合燃料。节流阀11在这些例子中是可变的。作为替代方案，它可以施加固定的节流量，以使得燃料混合物中第二燃料的比例基本上保持恒定。

Claims (8)

1.一种燃料系统，用于在燃烧发动机中喷射燃料混合物，所述燃料系统包括引入线路(13，17)，其被配置成将燃料引导至发动机(1)，所述引入线路(13)中包括配置成在引入线路(13，17)中传送燃料的供给泵(7)，高压泵(15)，其被配置成从供给泵(7)接收燃料并对燃料加压，蓄压罐(16)，其被配置成从高压泵(15)接收燃料并且储存燃料，和至少一个喷射单元(18)，其被配置成从蓄压罐(16)接收燃料并将燃料喷射到发动机(1)的燃烧空间中，其中，引入线路(13，17)中包括空间(7a)，其被配置成从第一燃料源(2，6)接收第一燃料(3)和从第二燃料源(4，10)接收第二燃料(5)，和混合构件(7)，其被配置成向第一燃料(3)和第二燃料(5)施加混合运动以产生基本上均匀的燃料混合物，所述燃料混合物被喷射单元(18)喷射到发动机的燃烧空间中，其特征在于，所述空间(7a)相对于引入线路中的预期流动方向安置在供给泵(7)的引入侧，所述供给泵(7)从第一燃料源(2，6)抽取第一燃料(3)和从第二燃料源(4，10)抽取第二燃料(5)到所述空间(7a)，并且，所述混合构件由所述供给泵(7)构成。
2.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，供给泵为齿轮泵(7)。
3.根据权利要求1或2所述的燃料系统，其特征在于，第一燃料源包括第一燃料罐(2)和第一燃料管线(6)，该第一燃料管线被配置成将来自第一燃料罐(2)的第一燃料引导至引入线路(13，17)中的所述空间(7a)。
4.根据权利要求3所述的燃料系统，其特征在于，第一燃料管线(6)中包括控制元件(8，21)，通过所述控制元件，能够调节第一燃料向所述空间(7a)的流动。
5.根据权利要求1或2所述的燃料系统，其特征在于，第二燃料源包括第二燃料罐(4)和第二燃料管线(10)，所述第二燃料管线被配置成将第二燃料(5)从第二燃料罐(4)引导至引入线路(13，17)中的所述空间(7a)。
6.根据权利要求5所述的燃料系统，其特征在于，第二燃料管线(10)中包括控制元件(11，21)，通过所述控制元件，能够调节第二燃料向所述空间(7a)的流动。
7.根据权利要求1或2所述的燃料系统，其特征在于，还包括返回线路(19)，其被配置成引导未燃烧燃料回到引入线路(13)中的所述空间(7a)。
8.根据权利要求7所述的燃料系统，其特征在于，返回线路(19)包括冷却器(20)，用于在未燃烧燃料被引导到所述空间(7a)中之前冷却未燃烧燃料。
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