燃料泵送系统、运行燃料泵送系统的方法和包括燃料泵送系统的燃料喷射系统

摘要

本发明涉及一种燃料泵送系统，该燃料泵送系统包括：至少一个贮料器(10；20)，所述至少一个贮料器(10；20)设置有用于燃料的第一容纳部(12；22)和用于压缩流体的第二容纳部(14；24)；隔离膜(16；26)，所述隔离膜(16；26)位于第一容纳部(12；22)和第二容纳部(14；24)之间；至少一个贮料器(10；20)的入口(18；28)，所述入口(18；28)用于将燃料供给到第一容纳部(12；22)；至少一个贮料器(10；20)的出口(38；48)，所述出口(38；48)用于将燃料以高压从第一容纳部(12；22)排出；至少一个贮料器(10；20)的流体口(30a；40a)，所述流体口(30a；40a)用于将压缩流体供应到第二容纳部(14；24)或从第二容纳部(14；24)去除。本发明还涉及一种运行方法和一种用于此燃料的燃料喷射系统。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分的燃料泵送系统，运行燃料泵送系统的方法和包括燃料泵送系统的燃料喷射系统。

背景技术

也已知为DME的二甲醚是替代柴油燃料的清洁燃料。二甲醚可由天然气、煤炭或生物质制造。在现代车辆中，共轨系统用于内燃机的更好的性能。在此共轨系统中，燃料被共轨泵压缩到高压且供应到发动机。然而，DME的泵送是困难的，因为DME具有非常低的粘性，从而导致高的内部泄漏，且液体DME的润滑性能非常差。因此，泵的故障是商用发动机应用的主要障碍之一。

也需要将喷射压力增大到大约1000巴以改进循环效率，这例如通过由喷射导致的湍流生成而导致的改进的燃烧正时和改进的燃烧效率来实现。因此，为使DME可用作车用清洁燃烧燃料，必须解决这些问题。

US 6,742,479 B2公开了一种用于内燃机的燃料供应系统。燃料喷射系统特别地适合于例如DME的低粘性燃料。系统的目的是避免损坏燃料泵，这通过仅当通过监测DME燃料的状态来确保泵的润滑的情况时才使用泵来实现。

发明内容

本发明的任务是提供带有高可靠性和稳定性的燃料泵送系统，特别地用于与柴油燃料相比润滑特性差和/或粘性特性不利的燃料，例如DME。另一个目的是提供用于这样的燃料泵送系统的运行方法。本发明的另一个目的是提供带有这样的燃料泵送系统的燃料喷射系统。

此任务通过独立权利要求的特征实现。其他权利要求和描述公开了本发明的有利的实施例。

根据本发明建议了用于燃料的燃料泵送系统，其中至少一个贮料器设置有：用于燃料的第一容纳部和用于压缩流体的第二容纳部，第一容纳部和第二容纳部之间的隔离膜，用于将燃料供应到第一容纳部内的入口，用于将燃料以高压排出的出口，和用于将压缩流体供应到第二容纳部或从第二容纳部去除的流体口。

通过提供两个隔开的容纳部，即一个容纳部用于燃料且一个容纳部用于压缩流体，可避免燃料和泵之间的接触。泵，例如泵的活塞衬仅接触压缩流体。此压缩流体可具有对于泵有利的润滑特性和粘性。因此，可使用任何燃料而与所述燃料的润滑特性和/或粘性特性等无关。燃料可对于其意图中的使用，例如对于燃烧目的而优化。压缩流体在闭环内移动。因此，压缩流体可对于泵和压缩动作优化而与其燃烧特性无关。

压缩流体和燃料通过柔性膜隔开。此膜可优选地由强化橡胶制造，例如由用于火箭导弹内存储燃料的类型的强化橡胶。例如，膜可以是横膈膜或折囊等。此膜将通过施加到压缩流体的压力被压缩，且因此需要抵抗此系统容许的最大压力。然而，在优选的设置中，燃料和压缩流体之间的压力差是低的，因此主要须考虑所述膜的压缩，且其保持在合理的范围内的膨胀或延长的考虑程度较小。因此，避免了施加到膜的可能限制膜的耐久性的应力。

本发明可用于任何类型的燃料，但特别地用于与柴油相比具有不良润滑特性或低粘性的燃料，或具有低粘性和不良润滑特性的燃料。二甲醚(DME)是这样的比柴油粘性低且润滑特性差的燃料的一个例子。DME以已知为具有大变化的压力和温度相关性，这对于使用在必须在温度非常低和水的冰点以上温度中工作的汽车系统内是不方便的。另一方面，对于粘性非常高的燃料的已知的问题是在通常高压泵内压缩燃料。本发明甚至可以应用于这样的应用，特别地用于需要进一步加热以在进入到喷射器喷嘴前降低粘性的燃料。优选地，所述燃料具有比柴油燃料更差的润滑特性，和/或在可比较的环境条件下具有至少比柴油燃料高或低50％，优选比柴油燃料高或低两倍的粘性。例如，DME已知为仅具有柴油燃料的粘性的10％。如果使用所谓的船用油，则船用油的粘性非常高。船用油经常用作例如船只的燃料。船用油的粘性大约比柴油燃料的粘性高五倍。此类型的流体需要被预热，使得它可以在正常的泵内被泵送。优选地，当使用在根据本发明的高压级的泵送系统内时，加热需要更低，这通过优选地仅将通过喷射器的燃料加热到在使用在共轨喷射系统内时在喷射喷嘴内形成喷雾可接受的粘性即可。

流体口可联接到压缩流体泵单元，用于向贮料器供给压缩流体或从贮料器去除压缩流体。可使用能够输送直至1000巴或更高的高压的标准共轨泵，所述高压对于车辆内的标准共轨装置是合适的。泵完全地与燃料隔离且仅与压缩流体接触。

优选地，衰减单元可布置在流体口和压缩流体泵单元之间。这避免了压力峰值，且消除了施加到膜和系统的其他部件的应力。

通过将控制阀布置在流体口和泵单元之间的流体管道内，泵的泵送方向可切换。优选地，控制阀可布置在衰减单元和泵单元之间。因此，衰减单元可补偿泵单元和贮料器之间的压力尖峰。

优选地，燃料出口可连接到共轨单元。共轨单元可将燃料在高压下例如输送到内燃机，所述内燃机因此可在稀薄的环境下以友好的条件运行。

第一止回阀可安装在燃料储存箱和贮料器之间的流体管道内。有利地，贮料器可再填充以燃料，而贮料器处于低压，即无通过压缩燃料所施加的额外压力。供应到贮料器的燃料可被预先加压。

第二止回阀可安装在贮料器和高压装置之间的流体管道内。这优选地使得能将高压燃料供给到高压装置而在系统内无压力下降。优选地，止回阀是压力可调整的，使得阀仅在预定压力值以上才打开。

衰减单元可优选地包括热交换器。热交换器可将压缩流体冷却，且衰减燃料泵送系统运行期间的可能的压力尖峰或压力下降。

根据优选实施例，可提供至少两个贮料器，每个贮料器具有：用于燃料的第一容纳部和用于压缩流体的第二容纳部，第一和第二容纳部可通过柔性膜隔开，用于燃料的入口，用于高压下燃料的出口，和用于供应或去除压缩流体的流体口。有利地，在一个贮料器内建立期望的压力时，而另一个贮料器在已将燃料排出到高压装置之后可再填充以燃料。特别地，压缩流体从一个贮料器泵送到另一个贮料器用于将燃料压缩。当一个贮料器内达到期望的燃料压力时，第一贮料器可排出燃料，且在另一个贮料器内通过将压缩流体供应到其内而发生燃料的压缩。

有利地，压缩流体泵单元共同联接到贮料器。泵可切换为出入两个或更多的贮料器。切换期间可能出现的压力尖峰可容易地通过衰减单元降低。

有利地，燃料储存箱可共同联接到贮料器，从而产生燃料泵送装置的紧凑的布置。

当高压装置可共同联接到贮料器时，高压装置可连续地或至少准连续地供应以高压燃料，这简单地通过将压缩循环从一个贮料器切换到另一个贮料器来实现。在将泵从一个贮料器切换到另一个贮料器期间，系统的高压侧的压力下降可有利地通过贮料器和高压装置之间的止回阀防止。

有利地，压缩流体可以是润滑剂。压缩流体泵可容易地处理此介质。燃料的可能的不良润滑特性不引起泵的磨损。特别地，柴油可用作压缩流体。

根据本发明的独立的另外的方便，建议了用于运行泵送系统的方法，其中在第一容纳部内进行燃料的压缩，其中容纳在贮料器内的压缩流体的第二容纳部增大，且容纳在贮料器内第一容纳部内的燃料通过柔性膜在第一容纳部和第二容纳部之间的膨胀而被压缩。优选地，可使用例如共轨泵的标准泵，因为压缩燃料泵被保护不受可能具有不良润滑特性的燃料的损害，所述燃料特别地比柴油燃料润滑特性差和/或具有比柴油燃料更高或更低的粘性。燃料可靠地与压缩流体隔开，且因此与泵的易损零件隔开。

有利地，压缩流体可在至少两个贮料器之间泵入泵出，每个贮料器提供用于燃料的第一容纳部和用于压缩流体的第二容纳部。每个贮料器交替地提供处于高压的燃料。

贮料器的一个可再填充以低压燃料，而燃料可在另一个贮料器内压缩直至期望的压力。便于高压装置的连续或至少准连续的运行。

有利地，燃料被压缩直至超过500巴的压力，优选直至1000巴或甚至更高，特别直至1500巴，优选直至2000巴，优选直至3000巴，更优选直至4000巴。

另外，建议了包括用于在高压下将燃料供应到内燃机的共轨的系统，其中使用了用于燃料的燃料泵送装置，所述燃料泵送装置包括至少一个贮料器，所述贮料器设置有：用于燃料的第一容纳部和用于压缩流体的第二容纳部，第一容纳部和第二容纳部之间的隔离膜，联接到燃料储存箱的用于燃料的入口，联接到高压装置的用于燃料的出口，和用于供应和去除压缩流体的流体口。

优选地，可提供至少两个贮料器，特别地严格地提供两个贮料器，每个贮料器具有：用于燃料的第一容纳部和用于压缩流体的第二容纳部，第一容纳部和第二容纳部之间的隔离膜，联接到燃料储存箱的用于燃料的入口，联接到高压装置的用于燃料的出口，和用于供应和去除压缩流体的流体口。

在本发明的有利的实施例中，压缩流体泵单元可共同联接到贮料器，将压缩流体泵送到一个贮料器内用于在贮料器的第一容纳部内压缩燃料，同时将压缩流体从至少一个另外的贮料器排空。

优选地，燃料储存箱可共同联接到贮料器，从而允许紧凑的系统设置。

共轨可共同联接到贮料器。通过将燃料的压缩从一个贮料器切换到另一个贮料器，可实现燃料喷射系统以加压流体的连续的、分别准连续的供应。如果压力可增大到500巴以上，优选直至1000巴或甚至更高，特别直至1500巴，优选直至2000巴，优选直至3000巴，更优选直至4000巴，可实现例如通过改进的点燃正时而改进的循环效率，和通过喷射导致的在发动机气缸的燃烧室内的湍流生成而改进的燃烧效率。

当止回阀可布置在共轨和贮料器之间的流体管道内时，可避免共轨内的压力下降。

附图说明

结合以上所述和其他的任务和优点可最好地从如下实施例但不限于实施例的详细描述来理解本发明，其中附图为：

图1示意性地示出了根据本发明的优选的燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括根据本发明的优选的燃料泵送系统，该燃料泵送系统处于根据本发明的第一优选运行模式中；并且

图2示意性地示出了图1的优选的燃料喷射系统，该燃料喷射系统具有处于根据本发明的第二优选运行模式中的优选的燃料泵送系统。

具体实施方式

在附图中，相同的或类似的元件优选通过相同的附图标记表示。附图仅是示意性表示，不意图于展示本发明的特定的参数。此外，附图意图于仅描绘本发明的典型实施例，且因此不应考虑为限制本发明的范围。

图1和图2图示了本发明的优选实施例，且示意性地描绘了燃料喷射系统110，包括用于特别地为DME的燃料的优选的燃料泵送系统100。燃料喷射系统110可以联接到内燃机(未示出)。图1示出了第一运行模式，其中燃料在第一贮料器10内被压缩到高压力，且图2示出了第二运行模式，其中燃料在第二贮料器20内被压缩到高压力。

例如，从燃料储存箱60通过流体管道62为两个贮料器10、20供应燃料，所述管道62分为两个分支62a、62b，一个分支(62a)连接到第一贮料器10的入口18，且另一个分支(62b)连接到第二贮料器20的入口28。第一贮料器10的燃料出口38和第二贮料器20的燃料出口48分别通过流体管道72a、72b和72连接到高压装置70，所述高压装置70在此实施例中为共轨70，其中两个分支72a、72b汇合到流体管道72内。在每个分支72a、72b中安装了单向阀36、46，所述单向阀36、46对于从贮料器10、20到共轨70的流动方向打开，且对于相反的流动方向关闭。优选地，阀36、46在预定的压力以上打开。

压缩流体泵单元50通过通向第一贮料器10的流体口30a的第一流体管道30连接到第一贮料器10，且通过通向第二贮料器20的流体口40a的第二流体管道40连接到第二贮料器20。在第一流体管道30a内布置了控制阀52和压缩流体泵单元50和第一贮料器10之间的衰减器单元32。衰减器32优选地是热交换器。与此对称地，控制阀54和压缩流体泵单元50和第二贮料器20之间的优选地作为热交换器的衰减器单元42布置在第二流体管道40内。

压缩流体泵单元50包括促动器56和压缩流体贮料器58，其中压缩流体可以根据控制阀52、54的设定泵送到第一贮料器10或第二贮料器20内。为此目的，控制阀52、54能够以使得压缩流体泵单元50的泵送方向逆转的方式切换。优选地，压缩流体泵单元50能够是标准的共轨泵。控制阀52、54的类型例如能够是封装的电磁阀类型、滑阀类型或共轨喷射器类型。压缩流体例如能够是润滑的柴油燃料或其他类似流体。

贮料器10、20优选地相等地设置。贮料器10提供用于燃料的第一容纳部12和用于压缩流体的第二容纳部14，其中隔离膜16布置在第一容纳部12和第二容纳部14之间。贮料器20提供用于低粘性燃料的第一容纳部22和用于压缩流体的第二容纳部24，其中隔离膜26布置在第一容纳部22和第二容纳部24之间。

每个第一容纳部12、22与各贮料器10、20的各燃料入口18、28分别连接，且每个第二容纳部14、24与各贮料器10、20的各燃料出口38、48分别连接。在燃料供给管道62a内布置有止回阀34，所述止回阀34允许再低于排放压力的低压下从燃料储存箱60再填充燃料，在所述排放压力下燃料被提供到共轨70。燃料可通过预压缩泵(未示出)被预先压缩，或处于储存箱的压力。

膜16、26是柔性的，且将各贮料器10、20的第一容纳部12、22从第二容纳部14、24隔离。膜16、26能够是横隔膜或折囊。用于此膜的合适的材料能够是强化橡胶，例如以芳纶纤维(芳纶＝芳香族聚酰胺)强化的橡胶等。膜16、26固定在各贮料器10、20内侧。只要各贮料器10、20的第二容纳部14、24内的压缩流体的量增大，则相应的膜16、26膨胀且将各贮料器10、20的第一容纳部12、22内的流体压缩。

根据图1中描绘的第一运行，压缩流体泵单元50的控制阀52、54切换到其中第一贮料器10的第二容纳部14被压缩且燃料从贮料器10的第一容纳部12通过出口38和止回阀36进入共轨70的状态。为实现此目的，压缩流体被泵单元50泵送到第一贮料器10的第二容纳部14内，同时第二贮料器20的第二容纳部24内的压缩流体排放到泵单元50内。同时，流体通过止回阀44和入口28再填充到第二贮料器20的第一容纳部22内。这意味着压缩流体从第二贮料器20泵送到第一贮料器10。燃料和压缩流体的各流动方向在图中通过箭头指示。

当第二贮料器20的第二容纳部24几乎完全排放时，阀52、54切换到图2中描绘的状态，且泵单元50开始填充第二贮料器20的第二容纳部24。此正时通过从第一贮料器10流向共轨70且随发动机运行和燃料消耗而改变的燃料体积来设定。

提供了控制单元监测容纳部14、24内的压缩流体的量和体积、燃料压力、切换时间等的控制单元，但所述控制单元未示出。

现在参考图2，阀52、54的设置选择为将第二贮料器20的第二容纳部24填充，且将第一贮料器10的第二容纳部14排放。第二贮料器20的第二容纳部24增大，将第二贮料器20的第一容纳部22内的燃料压缩，同时燃料再填充到第一贮料器10的第一容纳部12内。燃料通过出口48和止回阀46从第二贮料器20的第一容纳部22排放到共轨70。

例如液态DME的加压的燃料通过预压缩泵或以燃料箱压力供给到系统100。作为泵单元50的共轨泵和例如泵介质的润滑的压缩流体用于生成贮料器10、20的第一容纳部12、22内的高压。

压缩流体用于建立压力，且在两个贮料器10、20的第二容纳部14、24之间根据阀52、54的设置被往复泵送。此阀52、54可通过例如可有利地布置在高压区域外侧的电磁阀促动。可使用数个阀解决方案，例如滑阀或常规的共轨喷射器。阀切换时间优选地选择为短的时间，以最小化阀促动期间的压力降低/建立。压缩流体通过热交换器冷却，所述热交换器起到各贮料器10、20的衰减单元32、42的作用，且能够降低阀切换期间的压力尖峰。

在流体管道72a、72b内的止回阀36、46优选地是压力可调整的，且用于防止在阀切换期间共轨70内的压力下降，且允许以燃料将不工作的第一贮料器22再填充。

与例如柴油的目前标准燃料的典型粘性值和/或润滑特性相比，本发明允许实现了用于例如DME的低粘性燃料或用于带有不良润滑特性的燃料(或用于带有低粘性和不良润滑特性的燃料)的泵送系统，否则根据现有技术不能通过内燃机共轨系统内的标准部件合理地处理所述燃料。根据本发明的教示，标准部件可用于提供处于高压下的DME，所述高压超过500巴、优选直至1000巴或甚至更高，特别直至1500巴，优选直至2000巴，优选直至3000巴，更优选直至4000巴，这允许了内燃机的改进的运行模式。共轨系统不限制于使用低粘性DME，而是可利用在标准共轨系统中已知的发动机的运行条件。

本发明提供了通过使用主要为标准共轨部件在高压下将不具有或具有不良润滑的例如DME燃料输送到喷射系统的可能性。这些标准部件被很好地验证和测试。另外，使用这样的部件比开发新的专用的DME泵更廉价。