CN108474322B - 确定二甲醚（dme）燃料质量 - Google Patents

Abstract

一种具有用于内燃机的二甲醚(DME)燃料存储和输送系统的车辆，该车辆包括：在所述DME燃料存储和输送系统中的DME燃料过滤器；DME燃料泵，该DME燃料泵具有在所述过滤器下游的燃料入口；和至少一个传感器，所述至少一个传感器具有至少一个换能器，所述至少一个换能器被设置在所述过滤器处，并且所述至少一个传感器能够操作以检测所述至少一个换能器的至少一个电特性的变化，用于根据DME燃料状况的二次效应来确定DME燃料质量。

Description

确定二甲醚（DME）燃料质量

技术领域

本发明涉及将二甲醚(DME)用作用于内燃机的燃料，更具体地，涉及确定车辆的燃料存储和输送系统中的DME燃料的质量。

背景技术和发明内容

二甲醚(DME)是一种通常被用作用于个人护理和烹饪产品的气溶胶喷射剂的无色无毒气体。最近，DME已经作为用于内燃机的燃料被引入。

与更传统的诸如汽油或柴油燃料的燃料相比，DME燃料提供了许多优点。例如，具有消耗柴油燃料的内燃机的车辆(例如拖车挂车组合式车辆)已知会产生作为燃烧过程的副产物的微粒物质和碳烟。这些车辆通常设有相对昂贵的排气后处理设备，例如柴油微粒过滤器，以减少这种排放。相比之下，来自具有使用DME燃料的内燃机的车辆的排放物相对清洁，尤其是不含有微粒物质或碳烟。因此，对于消耗 DME燃料的车辆，对于排气后处理设备的需求和相关的成本可以显著降低，甚至完全消除。此外，DME燃料具有比柴油燃料更高的十六烷值，因此，可以在不对经过验证的重型压燃式发动机设计进行大量改动的情况下就实现DME燃料的益处。

当使用DME作为用于内燃机的燃料时，在DME燃料中加入添加剂包，以提供用于燃料系统部件的润滑剂和帮助泄漏检测的气味剂。在车辆设计规定将某些试剂包含到DME添加剂包中的情况下，这些试剂的缺失或不足可能会损害DME燃料质量和车辆的运行。DME燃料质量还会因污染物(例如水)的引入而受到损害。本发明提供了一种用于确定车辆的DME燃料存储和输送系统中的DME燃料的质量的改进方案。特别地，示例性实施例提供了一种解决方案：其用于确定车辆的燃料存储和输送系统的保护和正确操作何时会因为DME燃料中的润滑剂的缺少或减少水平而受到损害。

附图说明

结合附图阅读，参考下面的详细描述，将更好地理解本发明，其中：

图1为车辆的示意图；

图2为DME燃料罐的横截面图的示意图；

图3为DME燃料过滤器和磁体的示意图；

图4为根据本发明的、包括换能器垫的电阻型DME燃料质量传感器的示例性实施例的示意图；

图5为图4中所示的换能器垫的示意图；

图6为换能器垫的另一示例性实施例的示意图；

图7为根据本发明的感应型DME燃料质量传感器的另一示例性实施例的示意图；

图8为根据本发明的电容型DME燃料质量传感器的示例性实施例的示意图；

图9为根据本发明的另一传感器的示例性实施例的示意图。

具体实施方式

图1中示意性地示出了包括内燃机12的车辆10的示例性实施例，该内燃机12被布置成消耗由DME存储和输送系统14提供的二甲醚 (DME)燃料。如图2的横截面图所示，DME存储和输送系统14可包括呈大致圆筒形压力容器形式的DME燃料储罐20。

尤其是，为了制造经济性、耐久性和抗冲击损坏性，燃料存储和输送系统14的罐20及其它部件可由诸如钢或钢合金的铁金属构成。为了抑制腐蚀，罐20内的DME燃料可以被提供有包括润滑剂和防腐剂的添加剂包。然而，如果该添加剂包不足或如果DME燃料被污染(例如，被水污染)，那么，燃料存储和输送系统14的罐20或其它部件的暴露表面可能氧化(生锈)并将含铁微粒释放到DME中。这种微粒会损坏DME燃料存储和输送系统14及发动机12的部件。此外，如果 DME燃料被提供有硫基气味剂，那么，含铁微粒(特别是氧化铁)可能氧化或以其它方式与气味剂中的硫反应，从而使气味剂的气味消失。

为了防止DME燃料气味剂的这种损害和潜在的功效损失，可以进行车载DME燃料的定期提取和测试，以确定DME燃料生产商是否提供了符合要求的添加剂包或者DME燃料是否已经被污染。然而，DME 燃料在环境温度和压力下会显著挥发，因此，DME存储和输送系统14(特别是DME储罐20)通常维持在封闭的且持续加压的状态。因此， DME燃料样品的提取可能需要专业设备以及经过专业培训的人员。另外，可能需要将提取的样品发送至远程实验室进行分析。在此期间，在收到证明所提取的DME燃料样品的质量令人满意的实验室结果之前，可能需要车主或操作员维持车辆不使用。

与在远程实验室对提取的DME燃料的测试相比，示例性实施例提供了用于检测DME燃料问题的间接证据或二次效应(secondary effect)，以提供对DME燃料质量进行车载确定的解决方案。上述含铁微粒的形成可以认为是由DME燃料问题引起的二次效应。

DME燃料生产及DME燃料供应链的某些方面和特点对根据二次效应确定车载二甲醚燃料质量提出了挑战。例如，罐20可以填充具有适当添加剂包的DME燃料。如果罐20随后被填充了具有不足的添加剂包的或者以其它方式被污染的(例如，被水污染的)DME燃料，那么，残留的添加剂可以为燃料存储和输送系统14的部件提供一些保护，从而降低与有问题DME燃料有关的二次效应的形成速率。如果添加剂包仅是不足的而不是完全不存在，那么二次效应的形成速率也可能会减慢。这些因素可能会导致更难以检测车载DME燃料中的二次效应。

即使在存在这种因素的情况下，示例性实施例也可以有利地最小化由这种问题引起的DME燃料问题的开始与二次效应的检测之间的延迟。早期检测可允许及时采取补救措施来防止损坏车辆10，特别是燃料存储和输送系统14的部件。

如图2中的罐20的横截面图所示，潜液式DME燃料泵22可设置在罐20中，用于将来自罐20的DME燃料泵送到DME燃料存储和输送系统(图2中未示出)。泵22可设有连接在泵入口30处的过滤器 42。在罐20的内表面上形成的含铁微粒可能进入液态DME燃料并沉降在罐20的底部。DME过滤器42的布置可以有利地最小化含铁微粒从罐20的底部到过滤器42的行进距离。通过最小化含铁微粒到过滤器42的行进距离，可以降低在泵22运行期间DME燃料被朝着过滤器 42抽吸时、这种微粒分散在罐20周围的可能性。此外，如果这种含铁微粒在罐20的底部形成沉积物，那么，罐20在车辆10移动期间的搅动还会促进含铁微粒在过滤器42处的积聚。另外，如图2中所示，可在过滤器42处布置有磁体40，以增强过滤器42吸引和保持含铁微粒的能力。例如，磁体40可以固定到罐20，使得过滤器42可在磁体的顶部上延伸，如图2所示。有利的是，在发动机12不运转时被磁体40 吸引并保持的含铁微粒可以释放，并在车辆运行期间在泵22的抽吸下流向过滤器42。作为另一实例，如图3中所示，磁体40也可布置在过滤器42内。从以上描述可以理解，示例性实施例可以促进含铁微粒在车载DME燃料过滤器42处的汇聚和积聚。

含铁微粒在过滤器42处的收集可允许它们被有利地布置在过滤器42处的传感器进行早期检测。例如，如图4中所示，电阻型传感器 48可设有一对端子52和54，这一对端子52和54朝着被结合到过滤器42的换能器垫50延伸。换能器垫50可以配置有已知的电阻，通过与换能器垫50上由过滤器42积聚的含铁微粒46接触，该电阻减小。传感器48可检测换能器垫50在端子52和54之间的降低的电阻，以提供DME燃料质量的判定。这种电阻型传感器的操作是已知的，例如参见美国专利No.5,216,409，该美国专利通过引用的方式并入本文。

如图5中所示，换能器垫50可以被整体地结合到过滤器42。例如，过滤器42可以由诸如编织纤维的非导电材料构成，并且换能器垫 50可以通过用电阻材料(例如金属膜或碳膜)涂覆过滤器42的一部分来形成。换能器垫50也可以由电阻性编织纤维构成。或者，可以移除过滤器42的一部分并用对应尺寸的换能器垫50代替。换能器垫50的孔隙率可以与过滤器42的孔隙率相同或不同。如图6的示例性实施例所示，换能器垫50也可作为在过滤器42的下游例如通过DME兼容粘合剂连接至过滤器42的层来结合到过滤器42。

图7中示意性地示出了传感器的另一个示例性实施例。传感器66 是电感式传感器，并且可包括延伸到位于过滤器42处的换能器68的引线72和74。传感器66可通过换能器68的电感变化来检测过滤器 42中的含铁微粒46的积聚。更具体地，朝着过滤器42流动或由过滤器42捕获的含铁微粒46可以穿过磁场，从而引起换能器68中的可被传感器66检测到的磁导率变化。传感器66可含有在换能器68中的罐式磁体，以增强对所积聚的含铁微粒46的灵敏度。与传感器48类似，传感器66与过滤器42接近可促进对DME燃料中积聚的含铁微粒46的早期检测。更具体地，在通过DME存储和输送系统14的DME燃料流中可能难以检测到的微量含铁微粒会在过滤器42处被收集足够的量，以供换能器68和传感器66检测。有利地，该特征可允许使用具有相应低成本的相对低灵敏度的电感式传感器。电感式传感器的操作是已知的，例如美国专利No.5608316所公开的，该美国专利通过引用的方式并入本文。

如图7中进一步示出的，通过将上述换能器垫50可选地包含在过滤器42中，在换能器68的检测场中，可以进一步促进传感器66对含铁微粒的早期检测。更具体地，换能器垫50可被配置成将含铁微粒进一步集中在过滤器42的在换能器68的检测场内的区域处。含铁微粒的相对密集的积聚可进一步降低传感器66确定存在DME燃料问题所需的灵敏度。

图8示出了另一个示例性实施例的示意图。传感器76为电容式传感器，例如美国专利公开No.2004/149023中所示的类型的电容式传感器，该美国专利公开通过引用的方式并入本文。传感器76可包括两个引线78和80，每个引线都延伸到换能器82的一对电容器板84和86 中的相应一个电容器板。如果包括含铁微粒60及非含铁微粒62的微粒或污染物64(例如水)进入板84和86之间的DME燃料流中，那么，在板82和84之间流动的DME燃料的介电常数的变化可被传感器 76检测到。换能器82可在过滤器42的泵入口30侧设置在过滤器42 处，因此，传感器76对DME燃料中的微粒或其它污染物的检测可指示过滤器42已经被损害。此外，如果向DME燃料添加了不正确的或不足的添加剂包，那么，DME燃料的介电常数的变化可被传感器76 检测，以便在DME燃料存储和输送系统14中形成含铁微粒之前提供关于DME燃料问题的指示。

从以上讨论可以理解，换能器50、68和82中的每个换能器都可以设置成远离其相应的传感器48、66和76。图9示出了示例性实施例的示意图，其中单个模块88包含电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。模块88可连接到相应的换能器50、68和82，并设置成远离相应的换能器50、68和82。

此外，每个传感器和相应的换能器可构造成易于更换。例如，在定期维护期间，或者如果在净化和清洁DME燃料存储和输送系统14 期间检测到污染，具有用过的换能器垫50的、用过的过滤器40可以作为一个单元被更换。

已经根据优选的原理、实施例和部件描述了本发明；然而，本领域技术人员将会理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行一些替换。

Claims (13)

1.一种车辆，所述车辆具有用于内燃机的二甲醚(DME)燃料存储和输送系统，所述车辆包括：

在所述DME燃料存储和输送系统中的DME燃料过滤器，所述DME燃料过滤器被构造成收集含铁微粒；

DME燃料泵，所述DME燃料泵具有在所述DME燃料过滤器下游的燃料入口，所述泵能够操作以抽吸DME燃料穿过所述DME燃料过滤器到达所述入口；以及

至少一个传感器，所述至少一个传感器具有至少一个换能器，所述至少一个换能器被设置在所述DME燃料过滤器处，并具有响应于在所述DME燃料过滤器处收集的含铁微粒的量而变化的至少一个电特性，所述含铁微粒的量代表了DME燃料质量，所述至少一个传感器能够操作以检测所述至少一个换能器的所述至少一个电特性的变化，并根据所述换能器的所述至少一个电特性的变化来产生表示所述DME燃料质量下降的信号。

2.根据权利要求1所述的车辆，还包括在所述DME燃料存储和输送系统中的磁体，并且其中，所述DME燃料过滤器的至少一部分被设置在所述磁体的磁场内。

3.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述DME燃料存储和输送系统还包括DME燃料罐，并且其中，所述DME燃料入口和所述DME燃料过滤器被设置在所述罐中。

4.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述磁体被连接到所述罐并设置在所述DME燃料过滤器的上游。

5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个传感器能够操作以检测所述至少一个换能器的电阻、电容和电感中的至少一个的变化。

6.根据权利要求5所述的车辆，其中，所述至少一个换能器包括在所述DME燃料过滤器处的一对端子，并且所述至少一个传感器能够操作以检测所述端子之间的电阻的变化。

7.根据权利要求6所述的车辆，其中，所述至少一个换能器还包括换能器垫，所述换能器垫形成所述DME燃料过滤器的至少一部分的金属涂层。

8.根据权利要求5所述的车辆，其中，所述至少一个换能器包括电感线圈，并且所述至少一个传感器能够操作以检测所述电感线圈的振荡频率的变化。

9.根据权利要求5所述的车辆，其中，所述至少一个换能器包括第一电容器端子以及与所述第一电容器端子间隔开的第二电容器端子，并且所述至少一个传感器能够操作以检测在所述换能器的所述第一电容器端子和所述第二电容器端子之间流动的DME燃料的介电常数的变化。

10.根据权利要求9所述的车辆，其中，所述换能器被设置在所述DME燃料过滤器的下游侧，用于指示所述DME燃料过滤器是否已经被损害。

11.根据权利要求1所述的车辆，包括与所述DME燃料过滤器相关联的换能器垫。

12.根据权利要求11所述的车辆，其中，所述换能器垫包括所述DME燃料过滤器的至少一部分的电阻涂层。

13.根据权利要求11所述的车辆，其中，所述换能器垫包括被设置在所述DME燃料过滤器上的一层电阻性编织纤维。

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