CN104736825A

CN104736825A - 用于通过燃料过滤器加热过程操作燃料喷射系统的方法以及燃料喷射系统

Info

Publication number: CN104736825A
Application number: CN201380053900.6A
Authority: CN
Inventors: U.林格纳; T.里奇
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: WO2014060292A1; KR20150067352A; KR102110631B1; US20150292430A1; DE102013213506B4; DE102013213506A1; CN104736825B

Abstract

本发明涉及一种用于操作用于内燃发动机的燃料喷射系统的方法，其具有以下步骤：使用燃料过滤器（20）过滤燃料；使用高压泵（24）将燃料递送到高压体积（52）内；将燃料从高压体积（52）中喷射到燃烧腔室内，其中，第一压力在喷射过程开始时存在于高压体积（52）内；并且通过再循环加热的燃料，使燃料过滤器加热。所述方法的特征在于，具有附加的以下步骤：将在高压体积（52）内的压力增大为大于第一压力的第二压力；并且将在高压体积（52）内的压力从第二压力减小为第一压力，在与喷射过程相同的内燃发动机的工作循环中进行压力的增大和减小。

Description

用于通过燃料过滤器加热过程操作燃料喷射系统的方法以及燃料喷射系统

技术领域

本发明涉及一种用于通过燃料过滤器加热过程操作燃料喷射系统的方法以及这种燃料喷射系统。用于汽油和柴油发动机的燃料喷射系统对在燃料内的甚至非常小的杂质敏感地作出反应。为了在整个所需使用寿命中避免燃料带来的污染物造成对燃料喷射系统的损害，需要几乎完全过滤出甚至微小的颗粒部分，所述颗粒部分的粒度在从3微米到5微米的范围内。其所需要的细小燃料过滤器在某些条件下能够容易阻塞。

背景技术

在非常低的操作温度下，出现特殊困难。例如，由于柴油燃料以及低于大约-25°C的温度，所以石蜡凝聚。所产生的石蜡晶体能够非常快速地阻塞燃料过滤器，并且大幅阻挡燃料流量，以便发动机停止。在燃料内的一部分水能够进一步促进阻塞燃料过滤器。例如，柴油燃料能够吸收能够在冬天冻结的高达大约8%的水。其他燃料类型也发生类似的问题，例如，高比例的生物燃料。

通过使燃料过滤器加热，可以克服所列出的问题。已知电动燃料过滤器加热系统，其为所谓的液压燃料过滤器加热系统。在液压燃料过滤器加热系统中，使用液压燃料喷射的功率损耗。通过燃料压缩和摩擦加热，燃料在燃料喷射系统内部加热。液压燃料过滤器加热系统使用通过这种方式加热的燃料，以使燃料过滤器加热。这能够通过使加热的燃料直接返回燃料过滤器中来实现。而且，能够使加热的燃料返回燃料箱中，据此，在燃料过滤器中产生高操作温度。

发明内容

在这个基础上，本发明的目标在于，提出了一种用于操作用于内燃发动机的燃料喷射系统的方法，通过该方法，液压燃料过滤器加热系统的加热功率能够增大，并且提出了一种用于内燃发动机的相应燃料喷射系统。

由具有权利要求1的特征的方法实现该目标。在后面的子权利要求内提供有利的实施例。

该方法用于操作用于内燃发动机的燃料喷射系统并且包括以下步骤：

-使用燃料过滤器过滤燃料，

-使用高压泵将燃料递送到高压体积内，

-将燃料从高压体积中喷射到燃烧腔室内，其中，第一压力在喷射开始时在高压体积内占主流地位，

-通过返回加热的燃料，使燃料过滤器加热，

-将在高压体积内的压力增大为大于第一压力的第二压力，

-将在高压体积内的压力从第二压力减小为第一压力，其中，在与喷射相同的内燃发动机的工作循环中发生压力上的上升和下降。

高压体积尤其可以是燃料储能器，在柴油内燃发动机内通常称为共轨。然而，还可以是没有储能器的喷射系统，其中，高压体积（例如）由高压燃料管线构成，从高压体积中提取燃料，用于喷射。

尤其通过连接至高压体积的至少一个喷射器，可以发生燃料从高压体积到燃烧腔室内的喷射。第一压力与在高压体积内的预先定义的标称值对应，在开始喷射时，应该可取地保持该标称值。第一压力取决于内燃发动机的操作状态。例如，在内燃发动机空转时，通过共轨柴油机，压力可以居于从150巴到300巴的范围内，同时，在全负荷压力之下，可以达到2000巴或更大的压力。

通过返回加热的燃料，使燃料过滤器加热，其中，使用燃料喷射系统的“液压功率损耗”，使燃料加热。燃料的压缩尤其有助于这个液压功率损耗。例如，通过每1000巴大约14 K来压缩，使柴油燃料加热。对加热的甚至更大的贡献来自摩擦，尤其在压力减小阀（例如，阻气门）中，据此，造成每1000巴大约55 K的加热。

从相互关系中出现可以用于使燃料过滤器加热的进入燃料内的热量输入ΔQ。

ΔQ = ΔT * ρ * c_v * 。

因此，热量输入ΔQ等于温度上升ΔT乘以燃料的密度ρ、燃料的比热容量c_v以及燃料的体积流量。因此，热量输入ΔQ取决于由液压功率损耗产生的温度差，该温度差反过来由在压缩上的压力差和压力减小决定。发明人发现了这个相互关系，确定在高压体积内的第一压力具有较低的值时，尤其在空转时，不充足的加热功率造成发生困难。这造成比较低的温度差，并且因此造成低热量输入。

本发明还基于以下发现：仅仅增大第一压力（尤其在空转模式）是不可取的，因为这种增大和相应地更高的喷射压力在空转时造成更高的噪声水平，这是不可取地。因此，在本发明中，第一压力对于喷射保持不变。同时，其可能显著增大加热功率，这是因为，喷射以第一压力发生的相同工作循环内，在高压体积内的压力增大为大于第一压力的第二压力，（然后）从第二压力降低为第一压力。这个附加的压缩和压力减小造成液压功率损耗增大，因此，造成从燃料喷射系统中可获得的加热功率增大。

在一个实施例中，压力上的上升和下降仅当燃料过滤器的区域内的温度居于预先定义的最小温度之下而发生。可以使用温度传感器检测在燃料过滤器的区域内的温度。可以设置温度传感器，以便该传感器检测燃料过滤器的温度和/或存在于燃料过滤器内的燃料的温度和/或在燃料过滤器的上游的燃料的温度。在这个实施例中，该系统的更高液压功率损耗仅当需要燃料过滤器的更强的加热而生成。

在一个实施例中，压力上的上升和下降仅当第一压力居于预先定义的最小值之下而发生。可以（例如）在从500巴到1000巴的范围内选择预先定义的最小值。第一压力是标称值，在任何情况下，该标称值都可用于控制系统中，用于控制燃料喷射系统。这个实施例造成特别简单地激活适应需求的更大加热功率。假设在高于预先定义的最小值的第一压力下，根据本发明，可使用充分的加热功率，甚至没有附加的压力上的上升和下降。

在一个实施例中，在第一压力与第二压力之间的压力差取决于在燃料过滤器的区域内的温度。可以检测在燃料过滤器的区域内的温度，如上面与预先定义的最小温度一起所解释的。附加可用的加热功率取决于这个压力差。因此，可用于选择这个，在燃料过滤器的区域内的低温下比在高温下尤其更高。这个措施确保尤其根据需求控制附加可用的加热功率。

在一个实施例中，在第一压力与第二压力之间的压力差是50巴或更大。压力差可以尤其居于大约100巴到200巴的范围内。这个数量级的压力差造成加热功率充分增大，并且比较易于实现。

在一个实施例中，通过增大高压泵的递送量，实现压力上升。通过这种方式，在高压体积内的压力能够通过针对性的方式容易增大。

在一个实施例中，通过控制高压泵的数字式入口阀的打开周期，控制递送量。与比例阀相比，数字式入口阀在操作时在完全打开的与完全关闭的位置之间来回切换。打开周期与数字式入口阀在打开位置内的周期对应。在这个周期内，高压泵的工作体积尤其可以装有燃料。由于能够非常快速并且精确地控制数字式入口阀，所以能够特别动态地并且精确地预先确定递送量。

在一个实施例中，将递送量设为使用高压泵在工作循环内能够实现的最大可能值。因此，在使用数字式入口阀时，打开周期可以构成整个工作行程，其中，能够填充高压泵的工作体积。这尽可能增大了附加功率损耗。

在一个实施例中，通过打开连接至高压体积的压力减小阀，实现压力下降。通过压力减小阀从高压体积中逸出的燃料能够返回，用于使燃料过滤器加热。除了上面解释的更高温度差以外，燃料通过压力减小阀从高压体积中的这种排放造成的压力上的下降还与用于压力上升的高压泵的更大递送量一起造成返回的加热燃料具有更大的体积流量。因此，在可能的热量输入中具有特别强烈的增大。在一个实施例中，压力减小阀是在打开的与关闭的位置之间来回切换的数字式压力减小阀。如上面与数字式入口阀一起所解释的，这允许特别精确地并且动态地控制在高压体积内的压力下降。

在一个实施例中，内燃发动机空转，并且第一压力居于100巴到400巴的范围内。如已经解释的，在空转时能够特别有利地并且在喷射时能够通过较低的压力使用根据本发明的方法。

补充：

压力上的上升和下降的短暂发展能够特别地选择，以便压力上升、压力下降以及燃料喷射的步骤按照这种顺序发生，并且或多或少地紧密连续。而且，对于内燃发动机的每个汽缸部分，即，对于每个汽缸以及相关联的喷射窗口，可以精确地具有一个压力上升和一个压力下降。因此，能够在内燃发动机的工作循环内反复发生压力上升和下降，尤其与（主要）喷射过程的数量对应。

在一个实施例中，高压泵是活塞泵，所述活塞泵比内燃发动机的活塞更早到上止点达内燃发动机的曲轴旋转的80°到20°。由内燃发动机的活塞和高压泵的活塞的上止点的这个相对设置造成的时间顺序表示，在到达高压泵的上止点之后，即，在高压体积内的压力上升结束时，在主要喷射到内燃发动机的相应燃烧腔室内之前，充足的时间依然可用于压力下降，大约在上部活塞的上止点发生这种情况。对于附加的压力上升和下降而可用的时间被利用至最佳。

上述目标也由具有权利要求13的特征的燃料喷射系统实现。燃料喷射系统旨在用于内燃发动机并且具有以下特征：

-燃料过滤器，

-高压泵，

-高压体积，其连接至高压泵的高压输出，

-至少一个喷射器，用于将燃料从高压体积中喷射到燃烧腔室内，

-压力减小阀，其连接至高压体积，

-燃料返回装置，其配置成返回加热的燃料，以便使燃料过滤器加热，

-控制系统，其配置成通过控制高压泵和/或压力减小阀，来控制在高压体积内的压力，以便第一压力在喷射之前在高压体积内占主流地位，其中，

-所述控制系统配置成将在高压体积内的压力增大为大于第一压力的第二压力，并且将这个压力从第二压力减少为第一压力，其中，在与喷射相同的内燃发动机的工作循环内发生压力上的上升和下降。

燃料喷射系统尤其旨在用于执行根据本发明的方法。为了解释燃料喷射系统的特征及其特定优点，参照相应地适用的该方法的以上解释。

显然，即使这在方法的解释中没有明确解释，燃料喷射系统的每个特征也可以与根据本发明的方法一起使用。例如，通过燃料返回装置等，可以在根据本发明的方法中发生燃料的返回。

内燃发动机能够依据柴油或汽油的原理运行。

在一个实施例中，高压泵是活塞泵，所述活塞泵由联接到内燃发动机的曲轴凸轮驱动，其中，在活塞泵的上止点与内燃发动机的活塞的上止点之间的安装阶段（installation phase）位置居于从曲轴旋转的-80°到-20°的范围内。尤其地，可以使用具有单个活塞的高压泵。与用于驱动活塞泵的每个曲轴旋转的两个凸轮一起，这个泵对于每个曲轴旋转具有两个递送周期。与四汽缸四冲程发动机一起，这个配置表示在每个汽缸部分内发生一次压力上升和下降。为了进一步解释，参照关于相应的方法权利要求的以上陈述。

在一个实施例中，燃料喷射系统配置成执行根据权利要求2到11中任一项所述的一个或多个方法步骤。在这些方法步骤描述一个具体的过程时，这表示燃料喷射系统的控制系统配置为执行相应的步骤。

附图说明

下面，参照在两个视图中显示的一个示例性实施例，更详细地解释本发明。这些示图示出了：

图1为根据本发明的燃料喷射系统的图解简化描述；

图2为在执行根据本发明的方法时在高压体积内的压力的短暂发展的示图。

具体实施方式

在图1中的燃料喷射系统10具有燃料箱12，电动预先递送泵14设置在该燃料箱内。燃料通过止回阀16和脱水器18从电动预先递送泵14的输出中传递到燃料过滤器20中，并且从其中传递到高压泵24的燃料供给22中。

低压传感器26和温度传感器28设置在燃料过滤器20与高压泵24的燃料供给22之间。这两个传感器测量在燃料过滤器20的区域内的压力和温度。高压泵24具有连接至燃料入口22的所谓的偏心腔室30。高压泵24的燃料返回32也连接至偏心腔室30。燃料返回32通过燃料管线34连接至燃料箱12，以便由实质上用于高压泵24的冷却和润滑的电动预先递送泵14递送的一部分燃料流量能够返回燃料箱12。

在偏心腔室30内具有凸轮（未显示），该凸轮联接到内燃发动机的曲轴并且驱动高压泵的活塞36。高压泵24的工作体积38能够由活塞36加压。为此，燃料供给22通过偏心腔室28、进一步的燃料过滤器40以及数字式入口阀42连接至工作体积38。

为了使用燃料填充工作体积38，在活塞36的向下运动期间，打开数字式入口阀42（DIV）。在活塞36的后续向上运动期间，在工作体积38内生成（例如）高达2000巴或更大的压力。工作体积38通过进一步的止回阀44连接至高压泵24的高压输出46。

高压泵24的高压输出46通过设置阻气门50的高压管线48连接至高压体积52，在这个示例中，连接至共轨。高压传感器54还连接至高压体积52并且允许在高压体积52中的压力监控以及相应的压力调节。而且，压力减小阀56连接至高压体积52。

用于使燃料过滤器20加热的燃料返回装置具有恒温阀58以及连接至压力减小阀56的出口的燃料管线60。恒温阀58在出口侧上连接至燃料管线，该燃料管线从电动预先递送泵14中引向燃料过滤器20，特别位于燃料过滤器20的上游并且与燃料过滤器20直接相邻。通过使用管线62检测在燃料过滤器20的入口的温度，恒温阀58发生与温度有关的控制。

四个喷射器64通过高压管线66与高压体积52连接，并且将燃料从高压体积52中喷射到燃烧腔室（未显示）内。喷射器64还通过共同的喷射器返回管线68连接至燃料返回管线34，以便源自喷射器64的泄漏流能够返回燃料箱12。

电子控制系统70在图1中由方框表示。该系统连接至电动预先递送泵14、高压泵24的数字式入口阀42、压力减小阀56、喷射器64、低压传感器26、温度传感器28以及高压传感器54。控制系统70尤其配置成控制数字式入口阀42，因此，控制由高压泵24递送的或者递送到高压体积52内的燃料量。通过增大这个递送量，在高压体积52内的压力能够增大。控制系统70还配置成通过控制压力减小阀56来降低在高压体积52内的压力。通过控制喷射器64和喷射到燃烧腔室内的燃料量，控制系统70还对从高压体积52中通过喷射器和喷射器返回管线68的燃料流出具有影响。尤其地，通过针对性控制数字式入口阀42和压力减小阀56，控制系统70控制在每次喷射到高压体积52内时占主流地位的第一压力。这可以与不同的预先定义的标称值对应，与内燃发动机的操作状态无关。

除了在高压体积52内的压力到在内燃发动机的每个工作循环内或者在每个汽缸部分内的第一压力的这种调节以外，在本发明中，在高压体积52内的压力还可以增大为大于第一压力的第二压力，然后，再次降低为第一压力。燃料的所产生的更大压力差造成在出口处从压力减小阀56中流出的燃料具有更强烈的加热。而且，在此处可使用的体积流量增大，以便可用于使燃料过滤器20加热并且能够通过燃料管线60和恒温阀58供应给燃料过滤器20的热量大幅增大。

参照图2，更详细地解释根据本发明的方法的短暂发展。随着时间t，显示在高压体积52内的压力p。在示图的最左边，第一压力p₁在高压体积52中占主流地位。这与在每个喷射过程开始时应该在高压体积52中占主流地位的压力的标称值对应。在内燃发动机空转时，这个第一压力p₁（例如）可以居于从150到300巴的范围内。

在时间OT1，内燃发动机的第一活塞在上止点，并且通常在到达第一上止点之后不久，发生进入属于这个活塞的汽缸内的燃料喷射。第一压力p₁继续在相关联的喷射窗口内的高压体积52中占主流地位，在该窗口内能够发生这种喷射。

在由t₁表示的时间，高压泵24开始将燃料递送到高压体积52内。这在高压体积52内产生最初更快速的、然后更缓慢的压力上升，直到第二压力p₂。在由OTP表示的时间，完成高达第二压力p₂的在高压体积52内的这种压力上升。在t₁与OTP之间的时间段与大约90°的曲轴旋转对应。

在示例中，在曲轴的90°运动期间，取消从高压泵24中的可能最大的递送量，这直接造成压力增大为第二压力p₂。

在由OTP表示的时间，打开压力减小阀56，以便在接下来的时间段内，发生大幅线性压力下降，降低到第一压力p₁。在此处控制压力减小阀56，以便在内燃发动机的进一步的活塞到达上止点OT2之前，压力及时地减少为值p₁。在这个示例中，大约60°的曲轴旋转可用于压力下降。在进一步的活塞到达上止点OT2时，第一压力p₁再次稳定，并且能够在相关联的燃烧腔室内发生燃料喷射。对此具有决定性的时间在图2中表示为SOI，用于开始喷射。然后，在高压体积52内的压力再次增大，并且在下一次喷射之前，及时地再次减少为值p₁。在内燃发动机的相同工作循环内发生在示图中显示的所有步骤，在这个示例中，这仅仅在两个完整的曲轴旋转（即，720°）之后完成。从图2中显而易见，选择高压泵24相对于内燃发动机的活塞的安装阶段位置，以便在内燃发动机的活塞的上止点（OT2）之前，高压泵24的活塞的上止点（OTP）达到大约60°的曲轴旋转。

Claims

1.一种用于操作用于内燃发动机的燃料喷射系统的方法，具有以下步骤：

-使用燃料过滤器（20）过滤燃料，

-使用高压泵（24）将燃料递送到高压体积（52）内，

-将燃料从高压体积（52）中喷射到燃烧腔室内，其中，第一压力在喷射开始时在高压体积（52）内占主流地位，

-通过返回加热的燃料，使燃料过滤器加热，

其特征在于另外的步骤：

-将在高压体积（52）内的压力增大为大于第一压力的第二压力，

-将在高压体积（52）内的压力从第二压力减小为第一压力，其中，在与喷射相同的内燃发动机的工作循环中发生压力上的上升和下降。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，压力上的上升和下降仅当在燃料过滤器（20）的区域内的温度居于预先定义的最小温度之下而发生。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，压力上的上升和下降仅当第一压力居于预先定义的最小值之下而发生。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，在第一压力与第二压力之间的压力差取决于在燃料过滤器（20）的区域内的温度。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，在第一压力与第二压力之间的压力差是50巴或更大。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，通过增大高压泵（24）的递送量，实现压力上升。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过控制高压泵（24）的数字式入口阀（42）的打开周期，控制所述递送量。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，将所述递送量设为使用高压泵（24）在工作循环内所能够实现的最大可能值。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其特征在于，通过打开连接至高压体积（52）的压力减小阀（56），实现所述压力下降。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压力减小阀（56）是在打开的与关闭的位置之间来回切换的数字式压力减小阀。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的方法，其特征在于，所述内燃发动机空转，并且所述第一压力居于100巴到400巴的范围内。

12.根据权利要求1到11中任一项所述的方法，其特征在于，所述高压泵（24）是活塞泵，所述活塞泵比内燃发动机的活塞更早到上止点达内燃发动机的曲轴旋转的80°到20°。

13.一种用于内燃发动机的燃料喷射系统，其具有：

-燃料过滤器（20），

-高压泵（24），

-高压体积（52），其连接至高压泵（24）的高压输出，

-至少一个喷射器（64），用于将燃料从高压体积（52）中喷射到燃烧腔室内，

-压力减小阀（56），其连接至高压体积（52），

-燃料返回装置，其配置成返回加热的燃料，以便使燃料过滤器（20）加热，以及

-控制系统，其配置成通过控制高压泵（20）和/或压力减小阀（56），来控制在高压体积（52）内的压力，以便第一压力在喷射之前在高压体积（52）内占主流地位，

其特征在于，

-所述控制系统配置成将在高压体积（52）内的压力增大为大于第一压力的第二压力，并且将这个压力从第二压力减少为第一压力，其中，在与喷射相同的内燃发动机的工作循环内发生压力上的上升和下降。

14.根据权利要求13所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述高压泵（20）是活塞泵，所述活塞泵由联接到内燃发动机的曲轴凸轮驱动，其中，在活塞泵的上止点与内燃发动机的活塞的上止点之间的安装阶段位置居于从曲轴旋转的-80°到-20°的范围内。

15.根据权利要求13或14所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述燃料喷射系统配置成执行根据权利要求2到11中任一项所述的方法步骤中的一个或多个。