RU2621191C2

RU2621191C2 - Контур подачи дизельного топлива

Info

Publication number: RU2621191C2
Application number: RU2013115890A
Authority: RU
Inventors: Натан Р. Вандайк; Майкл У. ДЕРЬЮ; ХАЛ Тодд Е. ВАН; Гаррик У. ХЕРБСТ
Original assignee: Дир Энд Компани
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2017-06-01
Also published as: DE102013205415B4; DE102013205415A1; IN2013MU01304A; CN103375313A; BR102013009814B1; CN103375313B; AR090744A1; US8800538B2; US20130284156A1; BR102013009814A2; RU2013115890A

Abstract

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Предложен контур подачи дизельного топлива, содержащий дизельный двигатель (100); охладитель (104) топлива; топливный бак (102) и клапан (114). Клапан (114) выполнен с возможностью переключения между двумя положениями. В одном положении клапана охладитель (104) топлива включен в контур, в котором он охлаждает топливо, выходящее из дизельного двигателя (100) и входящее в топливный бак (102). Во втором положении клапана охладитель (104) топлива включен в контур, в котором он охлаждает топливо, выходящее из топливного бака (102) и входящее в дизельный двигатель (100). 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к контурам подачи дизельного топлива для рабочих транспортных средств.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В типичной компоновке дизельного двигателя обеспечен резервуар или бак с дизельным топливом, которое подается в дизельный двигатель. Контур рециркулирующего дизельного топлива продолжается между двигателем и топливным баком, при этом одна топливная магистраль продолжается из топливного бака в дизельный двигатель для снабжения двигателя топливом, а еще одна топливная магистраль продолжается из дизельного двигателя назад в топливный бак для возврата избыточного топлива в бак.

Вследствие значительного тепла, выделяемого двигателем, обычно обеспечен охладитель топлива для охлаждения топлива. Без охладителя топлива дизельное топливо может стать настолько горячим, что оно повреждает инжекторный насос или другие компоненты или вызывает «ухудшение» или снижение выходной мощности двигателя (посредством других элементов управления).

Как правило, для охлаждения избыточного топлива, которое течет назад из двигателя в топливный бак, устанавливают охладитель топлива.

В US 2003/005913 A1 показана компоновка для переключения местоположения охладителя топлива в контуре подачи топлива. Охладитель топлива переключается с охлаждения топлива, выходящего из двигателя внутреннего сгорания, с полным извлечением из контура подачи топлива. Данная компоновка не раскрывает применение охладителя топлива для охлаждения топлива, протекающего из топливного бака в двигатель. Кроме того, она не раскрывает охладитель, расположенный между двигателем и топливным баком для охлаждения топлива, выходящего из двигателя и возвращающегося в топливном баке.

В US 6457460 B1 предложен охладитель для охлаждения находящегося под давлением топлива, когда оно движется в противоположном направлении: из топливного бака в двигатель. Задачей является извлечение тепла из топлива и предотвращение посредством этого испарения топлива.

В US 6234151 показаны два охладителя топлива (19, 21), расположенные между форсунками и топливным баком. Один (21) включен в контур для обеспечения охлаждения, когда давление в клапане (17) превышает заданное значение.

В некоторых компоновках этого может быть недостаточно, особенно, когда сам топливный бак находится в жаркой окружающей среде и может поглощать тепловую энергию. В таких случаях топливо в топливном баке может поглощать столько тепла после поступления в бак, что к тому времени, когда топливо возвращается в двигатель, оно становится очень горячим и вызывает повреждение двигателя или ухудшение работы (т.е. автоматическое уменьшение мощности) двигателя.

В ситуации наподобие этой было бы полезным иметь охладитель топлива, расположенный между топливным баком и двигателем. Однако, когда двигатель холодный и температура топлива уже ниже предпочтительной температуры, охлаждение топлива из топливного бака перед его поступлением в двигатель может являться причиной того, что топливо становится слишком холодным и «гелеобразным».

Соответственно, если топливо горячее, может быть полезным охлаждение топлива, когда оно движется из топливного бака в двигатель. Если топливо холодное, может быть полезным охлаждение топлива, когда оно движется из двигателя в топливный бак.

Было бы полезно иметь контур подачи дизельного топлива, в котором охладитель топлива может альтернативно располагаться между двигателем и топливным баком для охлаждения топлива на его обратном пути в бак, и охладитель топлива может альтернативно располагаться между топливным баком и двигателем для охлаждения топлива по пути из топливного бака в двигатель.

Данные преимущества обеспечены посредством компоновки, описанной в п. 1 формулы изобретения. Дополнительные преимущества обеспечены посредством альтернативных компоновок, описанных в зависимых пунктах формулы изобретения.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним аспектом изобретения предложена топливная система для дизельного двигателя, содержащая двигатель, охладитель топлива, топливный бак и средство для соединения охладителя топлива между двигателем и топливным баком в первом положении, в котором охладитель топлива охлаждает топливо, выходящее из двигателя, перед тем, как оно возвращается в топливный бак, и во втором положении, в котором охладитель топлива охлаждает топливо, выходящее из топливного бака, перед тем, как оно возвращается в двигатель.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен контур подачи дизельного топлива, содержащий: двигатель, имеющий впуск двигателя для топлива и выпуск двигателя для топлива; охладитель топлива, имеющий впуск охладителя для топлива и выпуск охладителя для топлива; топливный бак, имеющий впуск топливного бака и выпуск топливного бака; и клапан, соединенный с двигателем, охладителем топлива и топливным баком, при этом клапан содержит по меньшей мере две конфигурации, причем по меньшей мере две конфигурации содержат первую конфигурацию, в которой клапан соединяет охладитель топлива между двигателем и топливным баком для приема топлива из выпуска двигателя для топлива и предоставления топлива во впуск топливного бака, и вторую конфигурацию, в которой клапан соединяет охладитель топлива между топливным баком и двигателем для приема топлива из выпуска топливного бака и предоставления топлива во впуск двигателя для топлива.

Клапан может дополнительно соединять выпуск топливного бака со впуском двигателя для топлива в первой конфигурации и соединять выпуск двигателя для топлива со впуском топливного бака во второй конфигурации.

Контур подачи дизельного топлива может дополнительно содержать электронный блок управления (ECU) и по меньшей мере один температурный датчик, соединенный с ECU, при этом по меньшей мере один температурный датчик может быть расположен для измерения температуры топлива в контуре подачи дизельного топлива.

По меньшей мере один температурный датчик может представлять собой температурный датчик, расположенный для измерения температуры топлива, поступающего в двигатель.

По меньшей мере один температурный датчик может представлять собой температурный датчик, расположенный для измерения температуры топлива, выходящего из охладителя топлива.

По меньшей мере один температурный датчик может представлять собой температурный датчик, расположенный для измерения температуры топлива, выходящего из топливного бака.

Клапаном может быть золотниковый клапан, содержащий по меньшей мере один золотник, выполненный с возможностью перемещения в корпусе клапана.

Золотник может быть выполнен с возможностью перемещения по меньшей мере между двумя положениями, при этом по меньшей мере два положения могут включать по меньшей мере первое положение, соответствующее первой конфигурации, и по меньшей мере второе положение, соответствующее второй конфигурации.

Контур подачи дизельного топлива может дополнительно содержать электродвигатель, выполненный с возможностью приведения в движение дополнительной охлаждающей текучей среды через охладитель топлива, при этом ECU выполнен с возможностью осуществления мониторинга по меньшей мере одного температурного датчика и изменения скорости вращения электродвигателя для уменьшения охлаждающей способности охладителя топлива, когда по меньшей мере один температурный датчик указывает, что температура топлива достигла пороговой температуры.

По меньшей мере одним температурным датчиком может быть температурный датчик, расположенный для измерения температуры топлива на впуске двигателя.

ECU может быть выполнен с возможностью осуществления мониторинга по меньшей мере одного температурного датчика и переключения клапана в первую конфигурацию, когда по меньшей мере один температурный датчик указывает, что температура топлива достигла пороговой температуры.

По меньшей мере одним температурным датчиком может быть температурный датчик, расположенный для измерения температуры топлива на выпуске топливного бака.

ECU может быть выполнен с возможностью осуществления мониторинга по меньшей мере одного температурного датчика и переключения клапана во вторую конфигурацию, когда по меньшей мере один температурный датчик указывает, что температура топлива достигла пороговой температуры.

ECU может быть выполнен с возможностью осуществления мониторинга температуры топлива в топливном баке и переключения клапана из второй конфигурации в первую конфигурацию, когда температура топлива в топливном баке достигает первой пороговой температуры, и переключения клапана из первой конфигурации во вторую конфигурацию, когда температура топлива в топливном баке достигает второй пороговой температуры.

Первая пороговая температура может быть меньше, чем вторая пороговая температура.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

Фиг.1 представляет собой схематичный чертеж контура подачи дизельного топлива в соответствии с настоящим изобретением.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фигура 1 иллюстрирует двигатель 100, топливный бак 102, охладитель 104 топлива, ECU 106, температурный датчик 108, температурный датчик 110, температурный датчик 112 и клапан 114.

Клапан 114 имеет два положения. В своем первом положении, положении «A», клапан 114 направляет избыточное топливо, которое выходит из двигателя 100 в охладитель 104 топлива. Клапан 114 направляет топливо из охладителя 104 топлива в топливный бак 102. Клапан 114 направляет топливо из топливного бака 102 в двигатель 100.

Данная компоновка вызывает протекание топлива из двигателя через охладитель топлива для охлаждения, затем в бак, а затем назад в двигатель. Когда температура топлива повышается, например, когда двигатель был задействован по меньшей мере в течение времени разогрева, это является предпочтительным местоположением охладителя топлива в контуре подачи дизельного топлива.

В своем втором положении, положении «B», клапан 114 направляет избыточное топливо, которое выходит из двигателя 102, в топливный бак 102. Клапан 114 направляет топливо из топливного бака 102 в охладитель 104 топлива. Клапан 114 направляет топливо из охладителя 104 топлива в двигатель 100.

Данная компоновка вызывает протекание топлива из двигателя в топливный бак, затем через охладитель топлива и назад в двигатель. Когда температура топлива низкая, например, когда двигатель был только что запущен, это является предпочтительным местоположением охладителя топлива в контуре подачи дизельного топлива.

Клапаном 114 управляет ECU 106, который функционально соединен с исполнительным механизмом для клапана 114. Исполнительным механизмом предпочтительно является соленоид. Клапаном 114 предпочтительно является золотниковый клапан. Золотник клапана 114 переключается между двумя положениями, положением «A» и положением «B». Данные два положения соответствуют двум местоположениям охладителя 104 топлива внутри контура.

Охладитель 104 топлива охлаждает топливо посредством пропускания дополнительной охлаждающей текучей среды через теплообменник. Дополнительная охлаждающая текучая среда (обозначенная на фигуре 1 тремя стрелками) приводится в движение через теплообменник вентилятором, приводимым в действие электродвигателем 116. Электродвигатель 116 соединен с ECU 106, чтобы быть под его управлением.

По команде ECU скорость вращения электродвигателя 116 изменяется, и, следовательно, изменяется скорость потока дополнительной охлаждающей текучей среды через теплообменник (как усиленный поток, так и уменьшенный поток, когда электродвигатель повышает или понижает скорость вращения соответственно) и, следовательно, также изменяется охлаждение, обеспечиваемое охладителем топлива. Таким образом, ECU 106 может регулировать величину охлаждения, обеспечиваемого охладителем 104 топлива. Хотя охладитель 104 топлива показан в данном случае содержащим теплообменник с охлаждением окружающим воздухом, в котором воздух втягивается через элемент охладителя 104 топлива вентилятором, который, в свою очередь, приводится в действие электродвигателем 116, охлаждающей средой может быть жидкость, а вместо двигателя и вентилятора может быть обеспечен насос для подачи жидкости.

ECU 106 имеет по меньшей мере один соединенный с ним температурный датчик, который указывает в ECU 106, какая температура топлива содержится по меньшей мере в одной точке в контуре подачи дизельного топлива.

По меньшей мере один температурный датчик может представлять собой температурный датчик 112, расположенный для измерения температуры топлива, выходящего из топливного бака, и сигнализирования о данной температуры в ECU 106. Он может представлять собой температурный датчик 110, расположенный для измерения температуры топлива, выходящего из охладителя 104 топлива, и сигнализирования о данной температуре в ECU 106. Он может представлять собой температурный датчик 108, расположенный для измерения температуры топлива, выходящего из двигателя 100, и сигнализирования о ней в ECU 106.

ECU 106 содержит цифровой микропроцессор, который запрограммирован выполнять последовательность цифровых команд, хранящихся в запоминающей схеме. ECU 106 выполняет данные команды для осуществления операций, описанных в данном документе. ECU 106 контролирует один или более из трех температурных датчиков 108, 110, 112 для определения температуры топлива в различных точках в контуре. Температурный датчик 108 расположен на впуске двигателя 100 для измерения температуры топлива, когда оно поступает в двигатель 100. Температурный датчик 110 расположен на выпуске охладителя 104 топлива для измерения температуры топлива, когда оно выходит из охладителя 104 топлива. Температурный датчик 112 расположен на выпуске топливного бака 102 для измерения температуры топлива, когда оно поступает в топливный бак 102.

Компоновка, показанная на фигуре 1, может быть задействована в одном или более режимах работы. Данные различные режимы работы могут быть обеспечены за счет программирования ECU 106 должным образом и хранения запрограммированных команд для работы ECU в связанной запоминающей схеме.

В первом режиме работы ECU 106 запрограммирован для осуществления мониторинга по меньшей мере одного из трех температурных датчиков 108, 110, 112, и если ECU 106 определяет, что по меньшей мере один температурный датчик достиг или находится ниже первой пороговой температуры, ECU 106 запрограммирован для уменьшения скорости вращения электродвигателя 116 (т.е. замедляя или выключая его). Таким образом, ECU 106 снижает или устраняет охлаждающую способность охладителя 104 топлива, эффективно удаляя охладитель 104 топлива из контура. Это наиболее полезно, когда двигатель запускают, а топливо является равномерно холодным. В данном случае ECU 106 предпочтительно осуществляет мониторинг температурного датчика 108 на впуске двигателя. Первой пороговой температурой будет температура топлива около температуры гелеобразования, при которой всякое охлаждение топлива может опускать температуру топлива до температуры гелеобразования.

В альтернативной конфигурации для уменьшения или прекращения охлаждения перепускной контур 120 обеспечивает параллельный путь прохождения топлива вокруг охладителя 104 топлива. Поток по данному пути прохождения регулирует клапан 122, который избирательно приводится в действие ECU 106 для направления потока топлива либо через охладитель 104 топлива, либо через перепускной контур 120, либо и туда и туда в соотношениях, которые определяются ECU 106.

Во втором режиме работы ECU 106 запрограммирован для осуществления мониторинга по меньшей мере одного из трех температурных датчиков 108, 110, 112, и, если ECU 106 определяет, что по меньшей мере один температурный датчик достиг или находится ниже второй пороговой температуры, ECU 106 запрограммирован для переключения клапана 114 в положение «A», в котором охладитель 104 топлива включен в путь прохождения топлива, продолжающийся между двигателем 100 и топливным баком 102, для охлаждения потока топлива, выходящего из двигателя 100 в топливный бак 102, и в котором охладитель 104 топлива удален из пути прохождения, продолжающегося между топливным баком 102 и двигателем 100, так что он больше не охлаждает поток топлива, выходящий из топливного бака 102 в двигатель 100. В данном случае ECU 106 предпочтительно осуществляет мониторинг температурного датчика 108 на впуске двигателя или температурного датчика 112 на выпуске топливного бака 102. Данное положение охладителя 104 топлива подходит, если температурой является нормальная рабочая температура, если температура топлива и топливного бака не является избыточной.

В третьем режиме работы ECU 106 запрограммирован для осуществления мониторинга по меньшей мере одного из трех температурных датчиков 108, 110, 112, и, если ECU 106 определяет, что по меньшей мере один температурный датчик 108, 110, 112 выше третьей пороговой температуры, ECU 106 запрограммирован для переключения клапана 114 в положение «B», в котором охладитель 104 топлива включен в путь прохождения топлива, продолжающийся между двигателем 100 и топливным баком 102, для охлаждения потока топлива, выходящего из топливного бака 102 в двигатель 100, и в котором охладитель 104 топлива удален из пути прохождения, продолжающегося между двигателем 100 и топливным баком 102, так что он больше не охлаждает поток топлива, выходящий из двигателя 100 в топливный бак 102. Данное положение охладителя 104 топлива подходит, если температура топлива в топливном баке является избыточной и если без дополнительного охлаждения будет поврежден топливный насос высокого давления в двигателе.

В одной предпочтительной компоновке ECU 106 осуществляет мониторинг температуры топлива в топливном баке 102, используя температурный датчик 112, и ECU 106 выполнен с возможностью переключения клапана 114 в положение «B», в котором охладитель 104 топлива установлен между выпуском топливного бака и впуском двигателя, когда температура, указанная температурным датчиком 112, выше третьей пороговой температуры. Это предотвращает непосредственное сообщение избыточно нагретого в топливном баке топлива в двигатель без того, чтобы сначала охладить его до температуры, которая предотвращает и существенно снижает повреждение топливного насоса высокого давления в двигателе.

Аналогичным образом в данной компоновке ECU 106 осуществляет мониторинг температуры топлива в топливном баке 102, используя температурный датчик 112, и ECU 106 выполнен с возможностью переключения клапана 114 в положение «A», в котором охладитель 104 топлива установлен между выпуском двигателя и впуском топливного бака, если температура, указанная температурным датчиком 112, ниже второй пороговой температуры (которая достигнута или находится ниже третьей пороговой температуры). Это особенно предпочтительно, когда транспортное средство работает в окружающих условиях, в которых топливный бак не получает избыточную тепловую энергию непосредственно из окружающей среды, но получает по существу все свое тепло из топлива, проходящего через двигатель, возвращаемого в топливный бак 102.

В описании выше авторы изобретения упоминают ECU 106 и клапан 114. Следует понимать, что это предпочтительная компоновка. Однако клапан 114 использован в данном случае в качестве термина и формула изобретения может содержать множество клапанных элементов и клапанных корпусов, работающих вместе, для обеспечения характеристик, описанных в данном документе. Аналогичным образом, ECU 106 может содержать множество цифровых микроконтроллеров или микропроцессоров, соединенных вместе с использонием схемы связи, например шины CAN. В описании выше авторы изобретения также упоминают охладитель 104 топлива.

Claims

1. Контур подачи дизельного топлива, содержащий:

двигатель (100), содержащий впуск двигателя для топлива и выпуск двигателя для топлива;

охладитель (104) топлива, содержащий впуск охладителя для топлива и выпуск охладителя для топлива;

топливный бак (102), содержащий впуск топливного бака и выпуск топливного бака; и

клапан (114), соединенный с двигателем (100), охладителем (104) топлива и топливным баком (102), при этом клапан (114) имеет по меньшей мере две конфигурации, причем по меньшей мере две конфигурации содержат первую конфигурацию, в которой клапан (114) соединяет охладитель (104) топлива между двигателем (100) и топливным баком (102) для приема топлива из выпуска двигателя для топлива и подачи топлива во впуск топливного бака, и вторую конфигурацию, в которой клапан (114) соединяет охладитель (104) топлива между топливным баком (102) и двигателем (100) для приема топлива из выпуска топливного бака и подачи топлива во впуск двигателя для топлива.

2. Контур подачи дизельного топлива по п. 1, в котором клапан (114) дополнительно соединяет выпуск топливного бака со впуском двигателя для топлива в первой конфигурации, при этом клапан (114) дополнительно соединяет выпуск двигателя для топлива со впуском топливного бака во второй конфигурации.

3. Контур подачи дизельного топлива по п. 1, дополнительно содержащий электронный блок управления (ECU) (106) и по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112), соединенный с ECU (106), при этом по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112) расположен для измерения температуры топлива в контуре подачи дизельного топлива.

4. Контур подачи дизельного топлива по п. 3, в котором по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112) представляет собой температурный датчик (108), расположенный для измерения температуры топлива, поступающего в двигатель (100).

5. Контур подачи дизельного топлива по п. 3, в котором по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112) представляет собой температурный датчик (110), расположенный для измерения температуры топлива, выходящего из охладителя (104) топлива.

6. Контур подачи дизельного топлива по п. 3, в котором по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112) представляет собой температурный датчик (112), расположенный для измерения температуры топлива, выходящего из топливного бака (102).

7. Контур подачи дизельного топлива по п. 1, в котором клапан (114) представляет собой золотниковый клапан, содержащий по меньшей мере один золотник, выполненный с возможностью перемещения в корпусе клапана.

8. Контур подачи дизельного топлива по п. 7, в котором по меньшей мере один золотник выполнен с возможностью переключения между по меньшей мере двумя положениями, при этом по меньшей мере два положения включают в себя по меньшей мере первое положение, соответствующее первой конфигурации, и дополнительно включают в себя по меньшей мере второе положение, соответствующее второй конфигурации.

9. Контур подачи дизельного топлива по п. 3, дополнительно содержащий электродвигатель (116), расположенный для приведения в движение дополнительной охлаждающей текучей среды через охладитель (104) топлива, при этом ECU (106) выполнен с возможностью осуществления мониторинга по меньшей мере одного температурного датчика (108, 110, 112) и изменения скорости вращения электродвигателя для уменьшения охлаждающей способности охладителя (104) топлива, когда по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112) указывает, что температура топлива достигла пороговой температуры.

10. Контур подачи дизельного топлива по п. 9, в котором по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112) представляет собой температурный датчик (108), расположенный для измерения температуры топлива на впуске двигателя.

11. Контур подачи дизельного топлива по п. 3, в котором ECU (106) выполнен с возможностью осуществления мониторинга по меньшей мере одного температурного датчика (108, 110, 112) и переключения клапана (114) в первую конфигурацию, когда по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112) указывает, что температура топлива достигла пороговой температуры.

12. Контур подачи дизельного топлива по п. 11, в котором по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112) представляет собой температурный датчик (112), расположенный для измерения температуры топлива на выпуске топливного бака (102).

13. Контур подачи дизельного топлива по п. 3, в котором ECU (106) выполнен с возможностью осуществления мониторинга по меньшей мере одного температурного датчика (108, 110, 112) и переключения клапана (114) во вторую конфигурацию, когда по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112) указывает, что температура топлива достигла пороговой температуры.

14. Контур подачи дизельного топлива по п. 13, в котором по меньшей мере один температурный датчик (108, 110, 112) представляет собой температурный датчик (112), расположенный для измерения температуры топлива на выпуске топливного бака (102).

15. Контур подачи дизельного топлива по п. 3, в котором ECU (106) выполнен с возможностью осуществления мониторинга температуры топлива в топливном баке (102) и переключения клапана (114) из второй конфигурации в первую конфигурацию, когда температура топлива в топливном баке (102) достигает первой пороговой температуры, и переключения клапана (114) из первой конфигурации во вторую конфигурацию, когда температура топлива в топливном баке (102) достигает второй пороговой температуры.

16. Контур подачи дизельного топлива по п. 15, в котором первая пороговая температура меньше, чем вторая пороговая температура.