CN103912407A - 用于dme燃料的共轨系统 - Google Patents

Abstract

一种用于DME燃料的共轨系统。提供了一种用于二甲醚（DME）燃料的共轨系统，其中中压燃料系统设置在低压燃料系统和高压燃料系统之间以提高共轨系统的耐久性和可靠性。所述低压燃料系统以气态储存DME燃料。所述中压燃料系统以液态保持从所述低压燃料系统供应到高压燃料系统或从所述高压燃料系统回流到所述低压燃料系统的DME燃料。所述高压燃料系统接收来自所述中压燃料系统保持在液态的所述DME燃料，并且将所述DME燃料供应到喷射器。

Description

用于DME燃料的共轨系统

技术领域

本发明涉及一种用于二甲醚（DME）燃料的共轨系统，更具体而言，涉及这样一种用于DME燃料的共轨系统，在该系统中，在低压燃料管线和高压燃料管线之间设置有中压燃料管线，以便提高共轨系统的耐久性和可靠性。

背景技术

近来已开发了使用二甲醚（DME）作为替代燃料的共轨发动机。然而，由于DME燃料的属性，在DME燃料中经常产生气化。因此，难以配置系统。当DME燃料的属性不能够被保持在液态时，部件的耐久性（也即，燃料喷射装置（FIE），比如，喷射器）可能会降低。

在根据相关技术的用于DME燃料的共轨系统中，当低压泵通过对燃料加压而使得燃料处于液态时，由于每小时400公升或更多的DME燃料被从高压泵泵送并供应到共轨件和喷射器而不顾及消耗燃料的量，因此产生了高压泵的泵送损失。

特别地，由于从共轨件和喷射器回流的DME燃料的回流压力为大约10巴（bar），因此当DME燃料的温度上升到40℃或更高时，DME燃料的物相从液相改变为气相，从而使共轨系统的润滑性和耐久性可能受到不利的影响。

因此，需要一种用于保持DME燃料的属性为液态的系统。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面提供了一种用于二甲醚（DME）燃料的共轨系统，其中，在低压燃料系统和高压燃料线系统之间设置有中压燃料系统，以便保持DME燃料在液态并且提高共轨系统的可靠性。

根据本发明的各个方面，用于二甲醚（DME）燃料的共轨系统包括低压燃料系统、中压燃料系统以及高压燃料系统，低压燃料系统以气态存储DME燃料，中压燃料系统使从低压燃料系统供应到高压燃料系统和/或从高压燃料系统回流到低压燃料系统的DME燃料保持在液态，高压燃料系统从中压燃料系统接收保持在液态中的DME燃料并将DME燃料供应到喷射器。

低压燃料系统可以包括燃料箱、第一最终回流管线和第二最终回流管线、调节器和止回阀，以及清除阀和止回阀，所述燃料箱存储气态的DME燃料，所述第一最终回流管线和所述第二最终回流管线连接到燃料箱的回流端口，所述调节器和所述止回阀安装在所述第一最终回流管线上，所述清除阀和所述止回阀安装在所述第二最终回流管线上。

高压燃料系统可以包括高压泵、共轨件以及喷射器，所述高压泵以高压泵送来自所述中压燃料系统的DME燃料，所述共轨件容纳通过所述高压泵泵送的DME燃料并且将DME燃料供应到所述喷射器，所述喷射器将来自共轨件的DME燃料喷射到燃烧室中，以便进行发动机燃烧。

所述中压燃料系统可以包括低压泵、储液器、燃料供应辅助管线，以及压力调节装置，所述低压泵以使所述DME燃料保持在液态的压力将在所述燃料箱中的所述DME燃料供应到所述高压泵；所述储液器储存从所述低压泵供应到所述高压泵的所述DME燃料的部分和从所述高压燃料系统回流的所述DME燃料；所述燃料供应辅助管线从燃料供应管线分叉并且流体连接到所述储液器，其中所述燃料供应管线设置在所述低压泵和所述高压泵之间；所述压力调节装置设置在所述储液器和所述第一最终回流管线之间并且以预定压力保持所述储液器的压力，回流的燃料在所述预定压力下保持液态。

所述第一最终回流管线和第二最终回流管线可以设置在所述储液器和所述燃料箱之间，用于使DME燃料回流到燃料箱，在所述第一最终回流管线上安装有所述调节器和所述止回阀，在所述第二最终回流管线上安装有所述清除阀和所述止回阀。

所述低压泵的行驶每分钟转速（RPM）可以调整为通过反馈由所述喷射器喷射的燃料量和从所述高压泵供应到所述共轨件的燃料量而供应所需要的燃料量。

所述共轨系统可以进一步包括冷却模块，在从所述共轨件回流的燃料、从所述喷射器回流的剩余燃料，以及从所述高压泵回流的剩余燃料流入所述储液器之前，所述冷却模块对这些燃料进行冷却。

所述压力调节装置可以包括背压调节器或压力控制阀（PCV）。

本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的本发明的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的本发明的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1为显示温度相对二甲醚（DME）燃料的蒸汽压力（vaporpressure）的曲线图；以及

图2显示了根据本发明的各个方面的用于DME燃料的示例性共轨系统；

其中，①：启动的早期阶段、燃料切断条件；②：通常运行条件。

具体实施方式

下面将详细说明本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的实例。虽然本发明将与示例性实施方案相组合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施方案。

根据本发明的各个方面，可以保持在液态保持条件下的二甲醚（DME）燃料的回流压力，以便确保部件（比如共轨系统的高压泵和燃料喷射装置（FIE））的润滑性和耐久性。由于DME燃料的属性，DME燃料在储存时具有气体属性；DME燃料的回流压力较低并且DME燃料的物相从液相改变到气相。因此，共轨系统的耐久性降低。

也即，如图1中所示，在DME燃料的回流压力为大约10巴并且DME燃料的温度升高到40℃或更高时，为了防止DME燃料的气化，将DME燃料的回流温度调整到90℃，并且同时将燃料的供应和回流压力调整到30巴，以使DME燃料可以保持在液态保持条件下。

为此，根据本发明的各个实施方案的用于DME燃料的共轨系统包括低压燃料系统100、中压燃料系统200以及高压燃料系统300，低压燃料系统100储存气态的DME燃料，中压燃料系统200使从低压燃料系统100供应到高压燃料系统300的DME燃料和从高压燃料系统300回流到低压燃料系统100的DME燃料保持在液态，高压燃料系统300从中压燃料系统200接收保持在液态中的DME燃料并最终将DME燃料供应到喷射器303。

低压燃料系统100包括燃料箱101、第一和第二最终回流管线102和103、调节器104和止回阀105，以及清除阀106和止回阀107，燃料箱101储存气态的DME燃料，第一和第二最终回流管线102和103连接到燃料箱101的回流端口，调节器104和止回阀105安装在第一最终回流管线102上，清除阀106和止回阀107安装在第二最终回流管线103上。在该情况下，燃料箱101可以是用于液态丙烷喷射（LPI）系统的气体储存箱。

高压燃料系统300具有与应用在用于柴油发动机的共轨系统中的结构类似或基本上相同的结构。高压燃料系统300包括高压泵301、共轨件302以及喷射器303，高压泵301以高压泵送来自中压燃料系统200的DME燃料，共轨件302容纳通过高压泵301泵送的DME燃料并且将DME燃料供应到喷射器303，喷射器303将来自共轨件302的DME燃料喷射到燃烧室中，以便进行发动机燃烧。

特别地，中压燃料系统200配置为具有液态保持条件（例如，燃料温度90℃，燃料供应和回流压力30巴）不使供应到高压燃料系统300的DME燃料和回流到低压燃料系统100的DME燃料气化。

作为中压燃料系统200的一个构造，低压泵202安装在燃料供应管线201上，燃料供应管线201从燃料箱101的供应端口延伸并且连接到高压泵301。

低压泵202对DME燃料（DME燃料可能既以气态存在又以液态存在）加压到大约20到30巴的压力，以使DME燃料保持在液态中，DME燃料以大约6到10巴的压力从燃料箱101排出。

在该情况下，调整或控制低压泵202的行驶每分钟转速（RPM）以便通过反馈由喷射器303喷射的燃料量和从高压泵301供应到共轨件302的燃料量而仅供应所需要的流量，从而能够防止由不必要的流量的供应所造成的泵送损失。

此外，冷却风扇203进一步设置在低压泵202和高压泵301之间，以便冷却在低压力（大约30巴）加压的DME燃料，使其不上升到参考温度。

当在共轨件302中的压力超过参考值时燃料回流，通过第一、第二和第三回流管线304、305和306来排出来自喷射器303的剩余燃料和来自高压泵301的剩余燃料。因此，冷却模块204安装在第一、第二和第三回流管线304、305和306的端部。

在该情况下，因为从共轨件302和喷射器303回流的燃料被通过高压加热，所以冷却模块204使从共轨件302和喷射器303回流的燃料冷却到预定的温度。

作为中压燃料系统200的另一个构造，储液器（accumulator）205安装在冷却模块204的排出端口上。

第一和第二最终回流管线102和103连接到储液器205以使DME燃料回流到燃料箱101，而调节器104和止回阀105安装在连接至燃料箱101的第一最终回流管线102上，如上所述，清除阀106和止回阀107顺序地安装在第二最终回流管线103上。

同样，连接到燃料供应管线201的燃料供应辅助管线206连接到储液器205，燃料供应管线201从低压泵202连接到高压泵301。

在该情况下，储液器205储存从冷却模块204回流的燃料并且储存可以从低压泵202供应到高压泵301的剩余燃料。

作为中压燃料系统200的另一个构造，压力调节装置207（比如背压调节器（back pressure regulator）或压力控制阀（PCV））设置在储液器205和第一最终回流管线102的调节器104之间并且将回流的燃料调整在预定压力以便保持回流的燃料处于液态。

此处，具有上述结构的用于DME燃料的共轨系统的运行的流程将被描述如下。

首先，如果用于发动机运行的发动机启动（IG On），则低压泵202通过发动机控制单元（ECU）的控制在最大流量条件下运行，以使中压燃料系统200在中等压力下得以配置。

也即，低压泵202对DME燃料（DME燃料可以既以气态存在又以液态存在）加压到大约30巴的压力，以使DME燃料保持在液态中，DME燃料以大约6到10巴的压力从燃料箱101排出。

可以调整或控制低压泵202的行驶RPM以便通过反馈由喷射器303喷射的燃料量和从高压泵301供应到共轨件302的燃料量而仅供应所需要的流量或燃料量，从而能够防止由不必要的流量的供应所造成的泵送损失。

将燃料以30巴从低压泵202到高压泵301加压的原因在于，在FIE（高压泵、共轨件、喷射器等）中的燃料得以保持在液态，以便能够改善FIE的平滑的润滑性和耐久性。

在该情况下，如图2的①所示，在启动的早期阶段或燃料切断条件下，除了供应到高压泵301，从低压泵202供应的DME燃料还沿着燃料供应辅助管线206供应到储液器205，以便能够将从低压泵202供应到高压泵301的DME燃料的供应压力调整到预定压力（20到30巴）。

更具体而言，在可能发生快速燃料压力变化的运行条件下，类似于由于汽车快速停车或空载驾驶（燃料切断行驶）使得消耗的燃料量快速减少的情况，或由于快速加速使得消耗的燃料量增加的情况，将从低压泵202供应的DME燃料供应到储液器205。因此，储液器205使燃料供应压力调整到预定压力（20到30巴）。因此，能够改善FIE的部件的耐用性和稳定性。

通过该方式，当低压泵202以20到30巴的压力对DME燃料加压并且将DME燃料供应到高压泵301时，高压泵301以大约800巴的高压对DME燃料加压并且将DME燃料供应到共轨件302。在共轨件302中的DME燃料通过喷射器303喷射到发动机燃烧室中。

在该情况下，从低压泵202供应到高压泵301的全部燃料中没有进入共轨件302的剩余燃料通过第三回流管线306回流到冷却模块204，并且当共轨件302中的压力超过预定值时从共轨件302清除的燃料通过第二回流管线305回流到冷却模块204。来自喷射器303的剩余燃料以气态回流到冷却模块204。

除了高压泵301，从共轨件302和喷射器303回流的剩余DME燃料通过冷却模块204聚集到储液器205。在该情况下，通过压力调节装置207（比如背压调节器或压力控制阀（PCV））均匀地调整储液器205的压力。而且，在储液器205中聚集的燃料不直接回流到燃料箱101而作为用于将燃料再次供应到高压泵301的容器。

因此，如图2的②所示，除了从低压泵202供应到高压泵301的燃料之外，储存在储液器205中的燃料也供应到高压泵301。因此，低压泵202仅供应全部燃料供应量的除了从储液器205供应的燃料之外的燃料量，以便能够降低低压泵202的泵送损失。

如果储存在储液器205的燃料量超过参考值，则超过参考值的燃料通过第二最终回流管线103得以排出，然后经过清除阀106和止回阀107并且回流到燃料箱101。

同时，从压力调节装置207排出以便均匀调整储液器205的压力的燃料量经过安装在第一最终回流管线102上的调节器104和止回阀105，然后回流到燃料箱101。

如上所述，本发明的各个方面提供了许多优点。例如，中压燃料系统配置为使得DME燃料能够保持液态，该中压燃料系统设置在高压燃料系统（高压泵、共轨件，以及喷射器）和低压燃料系统（燃料箱）之间并且将燃料的供应和回流压力保持在大约20到30巴。由于DME燃料保持在液态，因此能够改善高压燃料系统的润滑性和耐久性。

用于储存供应和回流燃料的储液器设置在中压燃料系统中，并且通过使用压力调节装置（比如背压调节器或压力控制阀（PCV））对包括储液器的中压燃料系统的管线压力均匀地进行调整，从而使燃料能够保持在液态。

在快速运行条件-变化（快速加速、燃料切断）条件下，储液器储存部分供应燃料，从而作为保护高压燃料系统的部件的阻尼器（damper）。

在回流的燃料得以冷却并且储存在储液器中之后，燃料再次供应至高压泵，并且仅将全部供应燃料量中除了从储液器供应的燃料之外的燃料量从低压泵供应到高压泵，从而能够降低低压泵的泵送损失。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前表面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (8)

1.一种用于二甲醚燃料的共轨系统，包括：

低压燃料系统，所述低压燃料系统以气态储存二甲醚燃料；

中压燃料系统，所述中压燃料系统以液态保持从所述低压燃料系统供应到高压燃料系统或从所述高压燃料系统回流到所述低压燃料系统的二甲醚燃料；以及

所述高压燃料系统，所述高压燃料系统接收来自所述中压燃料系统保持在液态的二甲醚燃料，并且将二甲醚燃料供应到喷射器。

2.根据权利要求1所述的用于二甲醚燃料的共轨系统，其中所述低压燃料系统包括：

燃料箱，所述燃料箱以气态储存二甲醚燃料；

第一最终回流管线和第二最终回流管线，所述第一最终回流管线和所述第二最终回流管线连接到所述燃料箱的回流端口；

调节器和止回阀，所述调节器和所述止回阀安装在所述第一最终回流管线上；以及

清除阀和止回阀，所述清除阀和所述止回阀安装在所述第二最终回流管线上。

3.根据权利要求1所述的用于二甲醚燃料的共轨系统，其中所述高压燃料系统包括：

高压泵，所述高压泵以高压泵送来自所述中压燃料系统的二甲醚燃料；

共轨件，所述共轨件容纳通过所述高压泵泵送的二甲醚燃料，并且将二甲醚燃料供应到喷射器；以及

所述喷射器，所述喷射器将来自所述共轨件的二甲醚燃料喷射到燃烧室中以便进行发动机燃烧。

4.根据权利要求1所述的用于二甲醚燃料的共轨系统，其中所述中压燃料系统包括：

低压泵，所述低压泵以使二甲醚燃料保持在液态的压力将在所述燃料箱中的二甲醚燃料供应到所述高压泵；

储液器，所述储液器储存从所述低压泵供应到所述高压泵的二甲醚燃料的部分和从所述高压燃料系统回流的二甲醚燃料；

燃料供应辅助管线，所述燃料供应辅助管线从燃料供应管线分叉并且流体连接到所述储液器，其中所述燃料供应管线设置在所述低压泵和所述高压泵之间；以及

压力调节装置，所述压力调节装置设置在所述储液器和所述第一最终回流管线之间并且以预定压力保持所述储液器的压力，回流的燃料在所述预定压力下保持液态。

5.根据权利要求4所述的用于二甲醚燃料的共轨系统，其中所述第一最终回流管线和所述第二最终回流管线设置在所述储液器和所述燃料箱之间，用于使二甲醚燃料回流到所述燃料箱。

6.根据权利要求4所述的用于二甲醚燃料的共轨系统，其中所述低压泵的行驶每分钟转速调整为通过反馈由所述喷射器喷射的燃料量和从所述高压泵供应到所述共轨件的燃料量而供应所需要的燃料量。

7.根据权利要求4所述的用于二甲醚燃料的共轨系统，进一步包括冷却模块，在从所述共轨件回流的燃料、从所述喷射器回流的剩余燃料，以及从所述高压泵回流的剩余燃料流入所述储液器之前，所述冷却模块对这些燃料进行冷却。

8.根据权利要求4所述的用于二甲醚燃料的共轨系统，其中所述压力调节装置包括背压调节器或压力控制阀。