CN107917027A - 燃油供应系统和发动机系统 - Google Patents
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Abstract
一种燃油供应系统包括：供油泵，用于从油罐吸入燃油，特别是柴油燃油；计量单元，用于以计量的方式从供油泵直接或间接地向发动机供应燃油；出油通道，其连接在供油泵和计量单元之间；溢流通道，其连接着出油通道；电磁溢流阀，其布置在溢流通道中；和分支通道，其连接着出油通道并且延伸到在发动机运转期间临时操作的附加耗油装置；其中，所述电磁溢流阀配置成至少在第一阀位和第二阀位之间切换，在第一阀位，所述出油通道中产生支持发动机运行的第一燃油压力，在第二阀位，所述出油通道中产生比第一燃油压力高的支持发动机运行和附加耗油装置临时操作的第二燃油压力。
Description
技术领域
本申请涉及一种燃油供应系统。本申请还涉及包括这种燃油供应系统的发动机系统。
背景技术
共轨燃油供应系统通常用于向发动机供应柴油燃料。一种典型的共轨燃油供应系统包括供油泵、高压泵和共轨。供油泵将燃油从油罐经计量单元输送到高压泵，高压泵加压燃油并将燃油以高压供应到共轨。共轨中的高压燃油将被喷射到发动机中。机械式溢流阀被用于将供油泵输出的燃油中的未被输送通过计量单元的一部分返回到油罐。溢流阀通常具有固定的设定压力。
在燃油供应系统的操作期间，计量单元前侧的燃油压力在一定范围内变化，这个范围主要取决于供油泵的燃油输送量、高压泵的燃油输送量、溢流阀的设定压力以及溢流阀的特性曲线。
为了节约燃油消耗量，溢流阀的设定压力(其也形成供油泵的背压)应当尽可能低，但需要足够高以便实现相关的各种功能，例如燃油润滑型泵的润滑和冷却，充满各种高压元件，确保足够的回流以支持主过滤器的多通效果等等。
在除了发动机以外还设有临时耗用燃油的附加耗油装置的情况下，供油泵需要以一定的压力将燃油供应给附加耗油装置。在这种情况下，同没有附加耗油装置时的情况相比，溢流阀的设定压力需要增加，因而供油泵的背压在发动机的整个运转过程中都是高的，这导致供油泵的负荷和能耗增大，并且产生的CO2增多。
发明内容
本申请的目的是在设有临时耗用燃油的附加耗油装置的情况下避免溢流阀的高设定压力引起的问题。
为此，根据本申请的一个方面，提供了一种燃油供应系统，包括：供油泵，用于从油罐吸入燃油，特别是柴油燃油；计量单元，用于以计量的方式从供油泵直接或间接地向发动机供应燃油；出油通道，其连接在供油泵和计量单元之间；溢流通道，其连接着出油通道；电磁溢流阀，其布置在溢流通道中；和分支通道，其连接着出油通道并且延伸到在发动机运转期间临时操作的附加耗油装置；其中，所述电磁溢流阀配置成至少在第一阀位和第二阀位之间切换，其中，在第一阀位，使得所述出油通道中产生支持发动机运行的第一燃油压力，在第二阀位，使得所述出油通道中产生比第一燃油压力高的支持发动机运行和附加耗油装置临时操作的第二燃油压力。
根据一种可行实施方式，所述电磁溢流阀具有至少两个阀路，其中第一阀路在所述第一阀位连接在溢流通道中，第二阀路在所述第二阀位连接在溢流通道中；其中，第一阀路具有第一开启压力和/或第一流量；并且，第二阀路是关闭的，或者具有比第一开启压力高的第二开启压力和/或比第一流量小的第二流量。
根据一种可行实施方式，所述第一阀路中包含弹簧加载的单向阀。
根据一种可行实施方式，所述电磁溢流阀常态下处在第一阀位，在开始附加耗油装置的操作前被电动切换到第二阀位，并且一旦附加耗油装置的操作结束就电动切换回第一阀位。
根据一种可行实施方式，所述燃油供应系统还包括压力传感器，其连接着出油通道用以检测其内的燃油压力。
根据一种可行实施方式，来自压力传感器的压力数据被用于启动附加耗油装置的操作。
根据一种可行实施方式，所述燃油供应系统还包括布置在出油通道中的主过滤器，所述主过滤器将出油通道分为上游段和下游段。
根据一种可行实施方式，所述溢流通道连接着出油通道的下游段。
根据一种可行实施方式，所述燃油供应系统还包括在电磁溢流阀的上游布置在溢流通道中的辅助过滤器。
根据一种可行实施方式，所述燃油供应系统还包括连接着计量单元的高压泵，使得来自供油泵的燃油经高压泵输送到发动机。
根据一种可行实施方式，所述燃油供应系统还包括设置在所述高压泵和发动机之间的共轨。
本申请在其另一方面提供了一种发动机系统，尤其是柴油发动机系统，包括：发动机，其配备有排气管；前面描述的燃油供应系统，用于向发动机供应燃油；依次布置在排气管中的氧化催化转化器和颗粒过滤器；和再生燃油喷射单元，其用作所述附加耗油装置，在氧化催化转化器的上游位置连接着排气管，用于将出油通道中的燃油的一部分喷射到排气管中以便再生颗粒过滤器。
根据一种可行实施方式，所述发动机系统还包括再生计量单元，其布置在所述分支通道中，用于将燃油以计量的方式供应到再生燃油喷射单元。
根据一种可行实施方式，所述第二燃油压力设置为等于或高于大约4巴相对压力。
根据本申请，燃油供应系统包括电磁溢流阀，其能够实现计量单元前侧不同的燃油压力。在供油泵只向发动机供给燃油时，供油泵的背压不会升高，因此可以避免供油泵的高负荷和高能耗以及高CO2产生量。
附图说明
本申请的前述和其他方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更完整地理解，其中：
图1是根据本申请的一种可行实施方式的发动机系统的示意性布局图；以及
图2是根据本申请的另一种可行实施方式的发动机系统的示意性布局图。
具体实施方式
图1展示了根据本申请的一种可行实施方式的发动机系统的总体构造。该发动机系统包含燃油供应系统，如下面描述。
燃油供应系统主要包括供油泵1，该供油泵1的入口连接着延伸到油罐2的吸油通道L1，出口连接着出油通道L2，出油通道L2中布置着主过滤器3，用于过滤燃油中的脏物，并且出油通道L2延伸到计量单元4的引入端口，主过滤器3将出油通道L2分为上游段和下游段。
需要指出，本申请中所用的术语“上游”和“下游”是参照发动机系统操作时燃油或发动机尾气在相应通道或管道中的流动定义的。
计量单元4一般为常开型的，但本申请也覆盖使用常闭型计量单元的实施方式。计量单元4以预定的占空比交替地打开和关闭。计量单元4的输出端口连接着输送通道L3。
回流通道L4延伸到油箱2，用于使燃油供应系统的各个部件泄露的燃油返回到油箱2中。溢流通道L5的上游端在溢流点“A”连接着出油通道L2，下游端连接着回流通道L4。电磁溢流阀5，如下面描述，布置于溢流通道L5中，用于将多余的燃油从出油通道L2排放到回流通道L4，溢流阀5将溢流通道L5分为上游段和下游段。
节流通道L6的上游端在节流点“B”连接着输送通道L3，下游端连接着溢流通道L5的下游段，如图所示，或者连接到回流通道L4。节流器6布置于节流通道L6中，用于将多余燃油从输送通道L3排放到回流通道L4。
用于排放供油泵1和主过滤器3以及与它们相连的通道中的空气(可能借助于未示出的手动泵)的排气阀7和用于保护供油泵1和主过滤器3的安全阀8均靠近供油泵1的入口和出口连接着吸油通道L1和出油通道L2。
燃油供应系统还包括高压泵9，其包括一或多个高压组件，所述高压组件被从供油泵1供应预加压燃油。图1中所示的高压组件为柱塞型的；然而，其他类型的高压组件也可以用于本申请中。
高压组件具有连接着输送通道L3的入口端口和经供应通道L7、L8连接着共轨10的出口端口。共轨10经高压通道L9连接着发动机11，用于从共轨10向发动机11供应高压燃油。此外，共轨10经溢流阀12连接着回流通道L4，使得共轨10中的多余或泄漏燃油可返回到油罐2。
燃油供应系统还包括分支通道L11，其第一端在分支点“C”连接着出油通道L2的下游段。分支点“C”可以位于溢流点“A”的上游、下游或与之重合。分支通道L11的第二端连接着附加耗油装置13，该附加耗油装置利用供油泵1供应的燃油工作，但只在发动机11的运转期间临时工作。换言之，附加耗油装置13可在发动机13的连续操作期间被启动，但只工作一段时间(相对于发动机11运转时间而言的短时间)，然后被关掉。附加耗油装置13可以是周期性启动的或非周期性启动的，并且可以与发动机的操作有关或无关。通过将燃油从出油通道L2的下游段以一定的工作燃油压力供应到附加耗油装置13，附加耗油装置13耗用从供油泵1供应的燃油的一部分。
可选的压力传感器14可以连接着出油通道L2的下游段，用于检测其内的燃油压力，并且可选的辅助过滤器15可以布置在溢流通道L5的上游段中，用于防止颗粒物进入电磁溢流阀5。
图1中以虚线圈入的各个元件，例如供油泵1、计量单元4、电磁溢流阀5、节流器6和高压泵9，以及相应的通道(或通道段)，可以集成于一个公共的壳体，从而构成集成式燃油供应系统的主体部分。主过滤器3优选可拆装地连接着该壳体，以便容易更换。
电磁溢流阀5是电致动的二通阀，包括两个阀路，其中第一阀路可在一定的设定压力(开启压力)下打开，第二阀路总是关闭的。如图所示的弹簧加载的单向阀5a设置在第一阀路中，用于产生所述设定压力；或者，能够产生电磁溢流阀5的设定压力的任何其他类型的元件可在此采用。
电磁溢流阀5可以是常开型的，在其常态阀位(可开启状态)，第一阀路常规连接着溢流通道L5，使得来自出油通道L2的燃油可在燃油压力等于或高于设定压力的状态下迫使第一阀路打开，并且可在电磁溢流阀5被电致动时切换到致动阀位(截断状态)，使得第一阀路脱离溢流通道L5，而第二阀路进入与溢流通道L5连接从而切断溢流通道L5。
作为未示出的一种替代方案，电磁溢流阀5是常闭型的，在其常态阀位，其第二阀路连接在溢流通道L5中，因此而切断溢流通道L5(截断状态)，并且可在电磁溢流阀5被电致动时切换到致动阀位，使得第一阀路进入与溢流通道L5连接，从而溢流通道L5可在等于或高于所述设定压力的燃油压力的作用下被打开(可开启状态)。
作为示例，电磁溢流阀5的设定压力位于大约2.5到4巴相对压力的范围内，例如，大约3.3巴相对压力。该设定压力可以是固定的，或者是可调的。
在发动机11的运转期间，附加耗油装置13不操作时，电磁溢流阀5的阀位处在可开启状态，在出油通道L2的下游段中的燃油压力等于或高于所述设定压力时，电磁溢流阀5被打开，使得出油通道L2的下游段中的燃油的一部分经出油通道L2和回流通道L4返回到油罐2，因此供油泵1的背压维持在相对低压(等于或略高于电磁溢流阀5的设定压力)。
另一方面，在发动机11的运转期间，如果附加耗油装置13需要投入工作，电磁溢流阀5被切换到其截断状态的阀位从而切断溢流通道L5，使得没有燃油从出油通道L2的下游段返回油罐2，并且出油通道L2的下游段中的燃油压力升高到或维持在等于或高于附加耗油装置13的工作燃油压力的级别，附加耗油装置13被启动而操作，与此同时，高压泵9保持以足够的压力输送燃油，从而发动机11的操作不受影响。换言之，在电磁溢流阀5的截断状态，出油通道L2的下游段中的燃油压力足以支持附加耗油装置13和发动机11二者的工作。
来自压力传感器14的压力数据可被用于启动附加耗油装置13的操作。
一旦附加耗油装置13的操作结束，电磁溢流阀5被切换到其可开启状态，并且出油通道L2的下游段中的燃油压力回落到维持发动机11操作所需的级别。
在图1所示的实施方式中，电磁溢流阀5的第二阀路总是关闭的；然而，第二阀路也可以构造为可开启的，在相同流动条件下具有比第一阀路高的设定压力(开启压力)和/或比第一阀路小的流量。例如，第二阀路可以构造成类似于前面描述的第一阀路，所包含的弹簧加载的单向阀的开启压力高于第二阀路中布置的弹簧加载的单向阀5a和/或流量低于弹簧加载的单向阀5a。在这种实施方式中，电磁溢流阀5可以在限定用于发动机11操作的第一燃油压力的第一可开启状态和限定比第一燃油压力高的用于发动机11和附加耗油装置13二者操作的第二燃油压力的第二可开启状态之间切换。
电磁溢流阀5的各种其他构造可认为包含在本申请的主旨内。
在所示的实施方式中，附加耗油装置13在主过滤器3的下游连接着出油通道L2；然而，作为替代方案，其也可在主过滤器3的上游连接于出油通道L2。
概括地讲，燃油供应系统中的电磁溢流阀5的功能有：
1)在第一阀位限定较低的第一设定压力和/或较高的第一流量以在出油通道L2中产生较低的第一燃油压力(供油泵1的第一背压)，用于支持发动机11的连续操作；和
2)在第二阀位在相同流动条件下限定较高的第二设定压力和/或较低的第二流量，甚至限定截断状态，以在出油通道L2中产生较高的第二燃油压力(供油泵1的第二背压)，用于同时支持发动机11的连续操作和附加耗油装置13的临时操作。
应注意，较低的第一燃油压力和较高的第二输燃油压力都是随着供油泵1、计量单元4和高压泵9操作而波动的。
电磁溢流阀5常态下处在其第一阀位，只在附加耗油装置13需要工作时切换到其第二阀位，并且一旦附加耗油装置13的工作结束就又切换回其第一阀位。
通过这种方式，在发动机10运转期间，供油泵1的背压只在附加耗油装置13临时工作时升高。在发动机10运转期间的其余时间内，供油泵1的背压维持在较低的水准(只需要足以维持燃油供应系统的各种功能即可)，因而供油泵1的负荷和油耗不会升高，CO2产生量不会增加。
附加耗油装置13可以是在发动机11的运转期间临时工作并且也耗用从供油泵1供应的燃油的任何装置。在图2所示的实施方式中，附加耗油装置13体现为再生燃油喷射单元16，用在发动机11的排气系统中，用于颗粒过滤器的再生。
具体地讲，发动机11优选为柴油发动机，并且配备有排气管17，在排气管中布置着氧化催化转化器(例如，DOC-柴油氧化催化转化器)18和相对于尾气在排气管17中的流动方向位于氧化催化转化器18下游的颗粒过滤器(例如，DPF-柴油颗粒过滤器)19。再生燃油喷射单元16一方面经分支通道L11连接着出油通道L2的下游段并从其被供应燃油，另一方面在氧化催化转化器18上游的位置连接着排气管17。再生计量单元20布置在分支通道L11中，用于以计量的方式将燃油供应到再生燃油喷射单元16。
在发动机11操作时，氧化催化转化器18通过氧化催化反应将从发动机11排入排气管17的尾气中的有毒污染物转化成毒性较小的成分，而颗粒过滤器19从尾气中捕获颗粒物或碳烟。随着捕集在颗粒过滤器19中的碳烟增多，排气系统中的背压也会增大。这样，需要定期再生颗粒过滤器19以降低尾气背压。
为了再生颗粒过滤器19，电磁溢流阀5被切换到其第二阀位，使得出油通道L2的下游段中的燃油压力升高到一定程度。然后，再生计量单元20被启动，使得燃油以计量方式通过分支通道L11流到再生燃油喷射单元16。再生燃油喷射单元16将燃油喷射到排气管17中，燃油与尾气混合并雾化，并且在氧化催化转化器18中被氧化而产生热量。加热了的尾气达到颗粒过滤器19中捕获的颗粒物的点燃温度，使得颗粒物燃烧，从而将颗粒过滤器19再生。
上述颗粒过滤器再生过程可称作HCI(碳氢化合物喷射)再生，在其间需要等于或高于大约4巴相对压力的工作燃油压力。因此，为了启动并维持再生燃油喷射单元16的操作，应通过将电磁溢流阀5切换到第二阀位而使得出油通道L2的下游段中的燃油压力升高到等于或高于所述工作燃油压力。
在本申请的主旨内，其他类型的附加耗油装置也能构想出来。
另外，在所示的实施方式中，供油泵1输送燃油到高压泵9，高压泵9将高压燃油供应到共轨10，然后，燃油被供给到发动机11；然而，取决于应用，共轨10有可能被省略，并且燃油直接从高压泵9供给到发动机11。此外，在一些特定应用中，共轨10和高压泵9可都省略，而燃油直接从供油泵9供给到发动机11。
另外，一个以上的附加耗油装置可由供油泵供应燃油。在这种状况下，可以采用前面描述的电磁溢流阀5，或者，可以采用具有两个以上阀路的电磁溢流阀，或是采用带有设定压力不同的电磁溢流阀的两个或更多个溢流通道，以便在供油泵1下游产生两个以上不同的燃油压力。
整个发动机系统，包括燃油供应系统，被发动机ECU(电子控制单元)控制。
根据本申请，燃油供应系统包括电磁溢流阀，其可在不同的阀位之间切换，以产生不同的供油泵背压。在仅有发动机11运转时，供油泵1的背压可维持在较低级别，可以避免供油泵1的较高负荷和增大能耗以及增多的CO2产生量。
虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。
Claims (12)
1.一种燃油供应系统，包括：
供油泵(1)，用于从油罐(2)吸入燃油，特别是柴油燃油；
计量单元(4)，用于以计量的方式从供油泵(1)直接或间接地向发动机(11)供应燃油；
出油通道(L2)，其连接在供油泵(1)和计量单元(4)之间；
溢流通道(L5)，其连接着出油通道(L2)；
电磁溢流阀(5)，其布置在溢流通道(L5)中；和
分支通道(L11)，其连接着出油通道(L2)并且延伸到在发动机(11)运转期间临时操作的附加耗油装置(13)；
其中，所述电磁溢流阀(5)配置成至少在第一阀位和第二阀位之间切换，其中，在第一阀位，使得所述出油通道(L2)中产生支持发动机(11)运行的第一燃油压力，在第二阀位，使得所述出油通道(L2)中产生比第一燃油压力高的支持发动机(11)运行和附加耗油装置(13)临时操作的第二燃油压力。
2.如权利要求1所述的燃油供应系统，其中，所述电磁溢流阀(5)具有至少两个阀路，其中第一阀路在所述第一阀位连接在溢流通道(L5)中，第二阀路在所述第二阀位连接在溢流通道(L5)中；
其中，第一阀路具有第一开启压力和/或第一流量；以及
其中，第二阀路是关闭的，或者具有比第一开启压力高的第二开启压力和/或比第一流量小的第二流量。
3.如权利要求2所述的燃油供应系统，其中，所述第一阀路中包含弹簧加载的单向阀(5a)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的燃油供应系统，其中，所述电磁溢流阀(5)常态下处在第一阀位，在开始附加耗油装置(13)的操作前被电动切换到第二阀位，并且一旦附加耗油装置(13)的操作结束就电动切换回第一阀位。
5.如权利要求1至4中任一项所述的燃油供应系统，还包括压力传感器(14)，其连接着出油通道(L2)用以检测其内的燃油压力；优选地，来自压力传感器(14)的压力数据被用于启动附加耗油装置(13)的操作。
6.如权利要求1至5中任一项所述的燃油供应系统，还包括布置在出油通道(L2)中的主过滤器(3)，所述主过滤器(3)将出油通道(L2)分为上游段和下游段，其中，所述溢流通道(L5)优选连接着出油通道(L2)的下游段。
7.如权利要求1至6中任一项所述的燃油供应系统，还包括在电磁溢流阀(5)的上游布置在溢流通道(L5)中的辅助过滤器(15)。
8.如权利要求1所述的燃油供应系统，还包括连接着计量单元(4)的高压泵(9)，使得来自供油泵(1)的燃油经高压泵(9)输送到发动机(11)。
9.如权利要求1至8中任一项所述的燃油供应系统，还包括设置在所述高压泵(9)和发动机(11)之间的共轨(10)。
10.一种发动机系统，尤其是柴油发动机系统，包括：
发动机(11)，其配备有排气管(17)；
如权利要求1至9中任一项所述的燃油供应系统，用于向发动机(11)供应燃油；
依次布置在排气管(17)中的氧化催化转化器(18)和颗粒过滤器(19)；和
再生燃油喷射单元(16)，其用作所述附加耗油装置，在氧化催化转化器(18)的上游位置连接着排气管(17)，用于将出油通道(L2)中的燃油的一部分喷射到排气管(17)中以便再生颗粒过滤器(19)。
11.如权利要求10所述的发动机系统，还包括再生计量单元(20)，其布置在所述分支通道(L11)中，用于将燃油以计量的方式供应到再生燃油喷射单元(16)。
12.如权利要求10或11所述的发动机系统，其中，所述第二燃油压力设置为等于或高于大约4巴相对压力。
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