防止燃料泵過熱的系統及方法

2023-10-06 20:27:24 1

專利名稱：防止燃料泵過熱的系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料噴射系統，特別是，但不排除其他，涉及一種控制兩個或多個 高壓燃料泵，將具有一定高壓的燃料泵入高壓燃料分配管線系統的方法。
背景技術：
現有的用於內燃發動機的燃料噴射系統，可能包括一個高壓燃料泵，將預定量 的高壓燃料供應給燃料噴射系統內的噴射嘴。根據發動機的類型及其額定功率(rated power)，可以使用一個以上的高壓燃料泵，將足夠多量的高壓燃料輸送給以所需的負荷量 在工作的發動機，特別是一個柴油發動機。所述高壓燃料泵可以直接由所述內燃發動機驅動。在這樣的安排下，在工作過程 中可能會不能關掉所述燃料泵。但是，可以通過流量控制閥來調節供應給所述燃料泵的泵 送部(pumping elements)的燃料的量。所述流量控制閥，可以由發動機控制模塊(ECM)來 控制，或者更寬泛地說，由控制單元來控制。眾所周知，一個高壓燃料泵可能有會發生燃料洩漏的一個泵送單元或者幾個泵送 部。例如，在一個活塞泵(piston pump)中，燃料洩漏的地方可能是在活塞和活塞引導部 (piston guide)之間。從泵送部洩漏的燃料不會被泵入所述高壓分配管線系統。典型的 情況是，從泵送部洩漏且沒有被泵送的燃料會被回收到所述高壓燃料泵的入料部(intake section)。由於要從所述泵送部回收所述洩漏的燃料，隨著所述泵送部洩漏的燃料量和燃 料壓力，產生熱量，這樣會使所述燃料以及所述高壓燃料泵中與這部分燃料接觸或者靠近 的部分變熱。只要高壓燃料泵在正常的泵送模式下，泵送足夠量的燃料使所述內燃發動機工 作，所述產生的熱可能實際上不會造成問題，因為，除了所述變熱的、洩漏的燃料，還有從燃 料槽輸送的具有較低溫度的新燃料，結果使洩漏的燃料和新燃料的混合物會具有低於臨界 極限(critical limit)的溫度。然而，如果所述內燃發動機以空載轉速(idling speed) 運轉，或者是以對應較少的燃料消耗的較低負載情況下，運轉過長的一段時間，情況就比較 嚴峻。在這種情況下，所述洩漏的燃料的量與所述供應的新燃料的量的比例相對會大些，造 成的後果是，這樣的混合物溫度上升。進而，所述高壓燃料泵與這樣的混合物相接觸部分的 溫度會升高，原因在於，從所述泵送部洩漏的燃料部分與從所述燃料槽送來的燃料相比溫 度較高。結果使所述高壓燃料泵的一些部分的溫度會升高到一定程度，造成危害。在DE19501475A1中，內燃發動機的燃料噴射系統包括一個燃料泵。根據其描述， 在這樣的燃料噴射系統中，燃料受熱是個問題。在這篇說明書中，燃料泵由內燃發動機進行 驅動。為了避免在燃料噴射系統中出現不希望的燃料受熱問題，該說明書提出在內燃發動 機與燃料泵之間設置一個耦合件(coupling)。一個控制單元與該耦合件相連，一經啟動，可 以調節燃料泵產生的耦合壓力以適應噴射壓力。在該說明書中指出，其所揭示的裝置減少 了通往噴射閥的壓力管道部分中的不希望的燃料受熱，因為內燃發動機為燃料泵提供的能 量僅用於產生必要的噴射壓力。剩餘的能量被分散到所述耦合件。這個已知的裝置需要一個耦合件和一個控制單元進行這種耦合。在EP1167731A2中，揭示一種監控具有至少兩個電力燃料泵的車輛的泵送功能工 作的方法。在該說明書中提到，在其中一個燃料泵失效的情況下，另外一個燃料泵會將一定 量的燃料泵送到最大值。然而，如果所述內燃發動機應當在全負荷的情況下工作，那么正處 於工作的那個燃料泵的壓力會降低。結果，可能會使溫度升高，而溫度升高會損壞部件，例 如，催化式排氣淨化器(catalyticconverter)或者排氣管(exhaust manifold)。因為這 個原因，該發明提出一種監控所述燃料泵的工作的方法，其中，所述燃料泵輪流工作。每個 燃料泵的輸出速率是確定的，並與設定點(set-point)進行比較。選擇所述發動機的一個 工作點，在該工作點，所選擇的、活動的燃料泵的功率僅足以滿足供給發動機燃料的需求。 從而，該方法可以識別一個出故障的燃料泵，即，通過確定其輸出速率低於一個相應的設定 點。因此，這種已知的方法不可避免溫度的升高，但是會使有可能受損的故障燃料泵從工作 中停下來。為了完整地說明，本發明提到以下文件。EP0204981A2(對應於US4，726，335)指的 是一種包括兩個燃料泵的裝置。在第一種工作模式下，兩個燃料泵都供應燃料。在第二種 工作模式下，只有其中的一個燃料泵供應燃料，另外一個燃料泵關掉。隨機選擇要關掉哪個 燃料泵。在第三種泵工作模式下，兩個燃料泵反向驅動，以吸取燃料而不是供應燃料。W02005/106239A1指的是一種給內燃發動機提供燃料的燃料供應裝置，包括兩個 低壓泵和一個高壓泵。在第一種工作模式下，第一低壓泵啟動，第二低壓泵不啟動。在燃料 完全由所述低壓燃料供給裝置提供的情況下，選擇所述的第一種工作模式。相應地，在所述 第一種工作模式下，也關掉高壓泵。在第二種工作模式下，不驅動第一和第二低壓泵，只有 高壓泵供應燃料。由於具有這種設置，從所述高壓泵產生的震顫(pulsation)應當不會傳 播到所述低壓燃料系統。JP03-074564涉及一種包括兩個燃料泵的燃料供給系統。這些泵被輪流驅動，防止 燃料中氣體的排放。最後，WO 2007/135545A1涉及一種燃料泵送系統，適用於各種不同的燃料。本發明旨在克服或者減少前面提到的一個或多個問題。

發明內容
根據本發明的一個示例方面，一種給內燃發動機供應高壓燃料的燃料噴射系統可 以包括至少兩個高壓燃料泵，每個高壓燃料泵被配置為將高壓燃料泵入與所述內燃發動機 流體連通的高壓燃料分配管線系統。每個高壓燃料泵都被配置為工作在第一泵送模式和 第二泵送模式下，使得在第一泵送模式下，所述各個高壓燃料泵分別泵送第一個量的燃料， 在第二泵送模式下，所述高壓燃料泵分別泵送第二個量的燃料。所述第二個量的燃料可以 多於所述第一個量的燃料，其中，所有高壓燃料泵同時泵送的燃料總量對應於使所述內燃 發動機以預定的發動機負荷工作所必須的燃料量。所述燃料噴射系統進一步包括控制單 元，被配置來使所述高壓燃料泵輪流工作，使得在第一時間段，所述高壓燃料泵中至少有一 個工作在所述第一泵送模式下，餘下的所有其他高壓燃料泵同時工作在所述第二泵送模式 下，這樣使得在第二時間段，剛才在所述第一時間段工作在第二泵送模式下的所述高壓燃 料泵中，至少有一個工作在所述第一泵送模式下，餘下的高壓燃料泵同時工作在所述第二泵送模式下。根據本發明揭示的另一個方面，提供一種控制至少兩個高壓燃料泵的方法，所述 高壓燃料泵被配置為將高壓燃料從燃料箱中並行地輸送到與內燃發動機流體連通的共用 軌道，所述方法包括在第一時間段，所述高壓燃料泵中至少有一個工作在第一泵送模式下， 同時餘下的其他高壓燃料泵工作在第二泵送模式下，其中，在第二泵送模式下，所述各高壓 燃料泵泵送給所述共用軌道的燃料量比在所述第一泵送模式下泵送的燃料量多，接著在第 二時間段，所述剛才在第一時間段工作在第二泵送模式下的高壓燃料泵中至少有一個工作 在第一泵送模式下，所有其他的高壓燃料泵同時工作在第二泵送模式下。在第一時間段和 第二時間段，所有高壓燃料泵同時泵送的燃料總量對應於所述內燃發動機以預定的發動機 負荷運轉，特別是當所述發動機空轉時，需要的燃料量。而且，根據本發明另一個示例性實施例，提供了一種給內燃發動機供應高壓燃料 的燃料噴射系統的控制單元。配置有所述控制單元的所述燃料噴射系統可以包括至少兩 個高壓燃料泵，用於將高壓燃料泵送到與所述內燃發動機流體連通的高壓燃料分配管線系 統。所述高壓燃料泵中的每一個都被配置為工作在第一泵送模式下和第二泵送模式下，使 它們在第一泵送模式下，泵送第一個量的燃料，且在第二泵送模式下泵送第二個量的燃料。 所述控制單元可以被配置為使所述高壓燃料泵輪流工作，使得在第一時間段，所述高壓燃 料泵中至少有一個是在第一泵送模式下工作，所有其他的高壓燃料泵同時在第二泵送模式 下工作，並且使得在第二時間段，在所述第一時間段工作在第二泵送模式下的高壓燃料泵 中，至少有一個工作在第一泵送模式，而所有其他的高壓燃料泵同時工作在第二泵送模式 下。可以僅在所述內燃發動機要以預定的發動機負荷或以比其低的負荷工作的情況下，較 佳的是在所述內燃發動機空轉時，選擇使所述高壓燃料泵輪流工作。根據本發明的另一個例子，提供一種燃料噴射系統，它可以包括至少兩個高壓燃 料泵，將從燃料箱供應的燃料並行地泵送到共用軌道，所述共用軌道配置為給內燃發動機 的多個燃料噴射器供應燃料，其中，每個高壓燃料泵具有流量控制閥，用來調節從所述燃料 箱供給所述各個高壓燃料泵的燃料量。本發明所揭示的燃料噴射系統進一步包括控制單 元，配置為控制所述流量控制閥的操作，使得當所述內燃發動機的實際負荷處於或低於一 個預定的負荷閾值時，所述高壓燃料泵輪流在第一模式下工作第一時間段，並在第二模式 下工作第二時間段。在所述第一模式下，所述高壓燃料泵中至少有一個會接收從所述燃料 箱供應的少量的燃料，而其他高壓燃料泵每個都接收從所述燃料箱供應的相對較大量的燃 料，在第二模式下，在所述第一時間段工作在第二模式下的高壓燃料泵中至少有一個接收 從所述燃料箱供應的少量燃料，而其餘的高壓燃料泵接收從所述燃料箱供應的較大量的燃 料。根據本發明的另一個方面，提供一種方法，控制由至少兩個高壓燃料泵並行地工 作而從燃料箱向共用軌道泵送燃料的量，所述共用軌道配置為將燃料供給內燃發動機的多 個燃料噴射器，其中，每個高壓燃料泵都附有流量控制閥，配置為從所述燃料箱給所述各個 高壓燃料泵輸送燃料，所述方法包括調節流量控制閥，使得當所述內燃發動機的實際負荷 處於或低於一個閾值時，所述高壓燃料泵輪流工作在第一模式和第二模式下。在所述第一 模式下，所述高壓燃料泵中至少有一個從所述燃料箱中接收少量的燃料，其餘的高壓燃料 泵從所述燃料箱接收較大量的燃料。在第二模式下，剛工作在所述第二模式下的所述高壓燃料箱中至少有一個從所述燃料箱中接收少量的燃料，而其餘的高壓燃料箱從所述燃料箱 接收相對大量的燃料。根據本發明的一個方面，一個電腦程式包括可執行的指令，用於執行上述所指 出的方法步驟。最後，根據本發明的另一個方面，用於發電機組(generatorset)或者交通工具， 例如船舶的控制單元，如上所述，可以具有存儲於其中的電腦程式，並有配置來執行所述 電腦程式的處理器。應當理解的是，前面的總體描述和接下來的具體描述僅用於示例，對本發明不構 成限制。根據下面的說明書、附圖和權利要求的描述，本領域技術人員對本發明的其他特 徵和方面會一目了然。


圖1是用於向內燃發動機供應高壓燃料的燃料噴射系統的一個實施例示意方塊 圖；圖2是包含兩個高壓燃料泵的燃料噴射系統的再一個實施例的系統示意圖；圖3所示為控制至少兩個高壓燃料泵，將高壓燃料泵入與內燃發動機連接的高壓 燃料分配管線系統的方法實施例流程圖；圖4所示為控制至少兩個高壓燃料泵，將高壓燃料泵入一個與內燃發動機連接的 高壓燃料分配管線系統的另一個方法實施例流程圖；以及圖5所示為圖1實施例的變化實施例，包括在所述泵和燃料回送管線上的溫度傳感器。
具體實施例方式圖1和圖2描述的是給內燃發動機500供應高壓燃料105、205的燃料噴射系統5 的第一實施例。其中，所述燃料噴射系統5包括第一高壓燃料泵100和第二高壓燃料泵200。 高壓燃料泵100和200可以都是相同類型的燃料泵。相應地，燃料泵100和200的基本結 構可以都是一致的。但是，在燃料噴射系統5的其他實施例中，燃料泵100、200的類型或者 結構可能會不同。而且，根據本發明，燃料泵100和200的數目至少有兩個。根據內燃發動 機及其額定功率輸出，可能適合帶有兩個或多個同樣類型或不同類型的燃料泵。在這裡，所述第一高壓燃料泵100包括一個泵送部115，該泵送部115可以包括2 至4個或甚至更多個由活塞引導部(未顯示)引導的活塞。一個入料(intake)部110可 以被設置在所述泵送部115的上遊處。所述入料部110可以包括一個吸入節流閥(suction throttle)或者流量控制閥120。回送管線125從所述泵送部115延伸到所述入料部110。 低壓燃料由附圖標記104表示。從所述高壓燃料泵100輸出的高壓燃料由附圖標記105表 示。燃料泵100和200每個可以具有一個單獨的流量控制閥120、220，或者使用單個共用的 流量控制閥，將燃料分配給兩個或多個燃料泵100、200。所述第二高壓燃料泵200可以也包括一個泵送部215，該泵送部215可以包括2至 4個，甚至更多個由活塞引導部(未示)引導的活塞。入料部210可以被設置在所述泵送部215的上遊部。入料部210可以包括一個流量控制閥220。回送管線225從所述泵送部 215延伸到所述入料部210。低壓燃料由附圖標記204表示。從高壓燃料泵200輸出的高 壓燃料由附圖標記205表示。兩個高壓燃料泵100和200及它們相關聯的部分，特別是，流控制閥120、220，可以 都與控制單元400 (例如，ECM)連接。另外，兩個燃料泵100和200可以，例如，通過一個機 械聯接，諸如曲軸聯接(crankshaft coupling)或者帶聯接，和/或傳動裝置而都由所述內 燃發動機500進行驅動。另外，或者可替換的是，所述第一和第二燃料泵100、200優選的是 被配置為輸出壓力等於或者大於500巴(bar)，更優選的是1000巴，再更優選的是1500巴 或者1800巴或者2000巴甚至更大壓力的燃料。圖2所示的是包含圖1所示的燃料噴射系統基本原理的燃料噴射系統5的系統 示意圖。此處，低壓泵15經由燃料供應管線20與所述高壓燃料泵100、200的燃料入料部 110、210連接。所述泵15與燃料槽10連接。高壓燃料分配管線系統300可以包括一個共用軌道305。所述共用軌道305依次 連接到高壓燃料噴射嘴505。所述噴射嘴505噴到內燃發動機500的一個或者多個燃燒室 510。如圖1所提到的，控制單元400與高壓燃料泵100和200連接，以及例如與入料部110、 210分別連接。壓力傳感器405可以設置在所述共用軌道305中，並且連接到所述控制單元 400。工業應用性所述低壓燃料泵15將低壓燃料104、204從燃料槽10經由燃料管線20泵入所述 高壓燃料泵100、200的入料部110、210。所述控制單元400可以這樣一種方式調節所述流 量控制閥120、220，使得由所述傳感器405檢測到的所述共用軌道305中的壓力增大、保持 或者降低到所述內燃發動機500的實際發動機負荷需要的一個值。所述的控制單元400可 以控制所述流量控制閥120、220，使得兩個高壓燃料泵100、200泵入所述高壓分配管線系 統300的燃料的量是所述發動機500以期望的實際負荷工作所需要的量。流經兩個流量控 制閥120、220的所述燃料104、204被所述高壓燃料泵100、200泵到所需要的高壓值，並且 可能流入所述的高壓分配管線系統300，進而，流入所述共用軌道305。所述高壓燃料從所 述共用軌道305噴射入所述內燃發動機500的內燃室510。參考圖3所示，顯示的是進一步詳細解釋低負荷泵切換控制模式或者程序的方法 的實施例流程圖。如上所示，當所述發動機的負荷高於一個預定的負荷閾值的情況下，所述兩個高 壓燃料泵100、200每個都將大量的燃料105、205泵入，使得從所述燃料槽10供應的新燃 料104、204和回收的洩漏的燃料的混合物的溫度保持低於一個臨界溫度，而不用管所述回 收的洩漏的燃料的高溫。所述預定的負荷閾值可以是所述內燃發動機500最大負荷的大約 5-10%或者1_20%，更特別是低於2%或者1%，甚至低於或者0.5%，或者更低。但是，如果所述發動機負荷相當低，例如，當所述發動機500以空轉的速度運轉 時，所述高壓燃料泵100、200每個泵泵入的相對較少量的燃料會變熱。所述變熱是由於從 所述高壓燃料泵100、200的泵送部115、215分別洩漏的燃料量與從所述燃料槽10中產生 並由所述泵15供應的、較低溫度的新燃料量比較而言相對較多。因此，在步驟S1，啟動低負荷泵切換控制模式。所述低負荷泵切換控制模式對應於上述的方法。在步驟S2中，可以檢查所述ECM電源是否打開超過5秒鐘。這個查詢是ECM 的標準過程，以保證ECM400正確工作。如果所述ECM400沒有被通電到一個充足的時間段， 例如，小於5秒鐘，所述步驟進行到步驟S12。在步驟S12，所述處理步驟返回步驟S1。如果在步驟S2中確定所述ECM400已經通電超過足夠的時間，例如，5秒鐘，所述處 理步驟進行到步驟S3。在步驟S3，保證所有的電器設備正常工作，例如，檢查所述的輸出是 否沒有活動徵候(active diagnostics) 0如果所有的輸出都是活動的，所述處理步驟進行 到步驟S4。否則，所述步驟進行到步驟S12。在步驟S4，檢查所述實際的發動機負荷是否低於一個預定的負荷閾值。在所述實 際的發動機負荷低於所述閾值時，每個高壓燃料泵100、200所泵送的燃料量會少到使得所 述每個高壓燃料泵100、200的泵送部110、210部分會出現變熱的問題。如果所述實際的發動機負荷低於所述的負荷閾值，所述處理步驟進行到步驟S5。 在步驟S5，檢查切換計時器(switch timer)或者計數器是否等於零。如果不為零，則所述 計數器在步驟S6遞減。然後處理步驟進行到S12和S1。如果所述計數器已經為零，則所述 處理步驟進行到步驟S7。在步驟S7，檢查所述的第一高壓燃料泵100的泵輸出(例如，圖 3的泵輸出1)是否為零或者是少量的燃料輸出(第一個量的燃料)(在圖3中，「0」可以表 示零或者是少量的輸出)。如果所述的實際發動機負荷先前比所述負荷閾值高，則所述第一 高壓燃料泵100的泵輸出不為零或為少量的輸出。因而，所述處理步驟進行到步驟S8。在步驟S8，所述高壓燃料泵100的泵輸出(圖3中的泵輸出1)被下調到零，或者 是少量的燃料。這可能意味著，在一個預定的時間段內，所述第一高壓燃料泵100的流量 控制閥120將會逐漸關閉，或者幾乎關閉。後果是，所述第一高壓燃料泵100的泵送部115 所泵送的燃料量大約為零，或者僅有少量的燃料(例如，對應於從所述泵送部115洩漏的燃 料)。然後，所述處理步驟進行到方法步驟S11。在步驟S11，設置所述計數器，即所述第一時間段現在開始。然後，所述處理步驟進 行到方法步驟S12，再到步驟S1。在方法步驟S5，再一次檢查所述計數器是否為零。由於所 述計數器是在步驟S11啟動的事實，當再次到步驟S5時，該計數器並非為零。因此，所述處 理步驟進行到步驟S6。包含所述方法步驟S1到S5和S6的所述循環一直持續到所述計數 器再次為零，即，所述第一時間段結束。在所述第一時間段結束後，所述處理步驟進行到方法步驟S7。由於所述第一高壓 燃料泵100的泵輸出當前為零或者很小的事實，所述處理步驟進行到方法步驟S9。相應地， 所述第二高壓燃料泵200的泵輸出(圖3中的泵輸出2)被下調到零或者是少量的燃料。在 一個實施例中，所述第二燃料泵200的下調方式與所述第一高壓燃料泵100的下調方式一 樣。在另一個實施例中，所述的下調方式可以不同。然後，所述處理步驟進行到方法步驟S10。相應地，所述第一高壓燃料泵100的泵 輸出(圖3中的泵輸出1)被上調，使得由所述高壓燃料泵100泵送的第二個量的燃料，使 所述內燃發動機500以需要的低負荷(例如，空轉模式)運轉。隨後，在所述方法步驟S11， 重新將所述計數器設置為一個預定的切換時間段(在圖3中，為切換時間)，例如，當一個或 者多個泵從一種模式切換到另一種模式後的時間段。之後，所述方法步驟S1至S5和S6持續進行，直到所述第二時間段已經結束。然 後，在方法步驟S8，所述高壓泵100的泵輸出(圖3中為泵輸出1)再次被下調。
只要在實際的發動機負荷低於所述預定的負荷閾值時，根據上述的包括方法步驟 S1-S12的循環，就啟動在所述兩個高壓燃料泵100、200的兩個泵送模式之間進行的切換。 否則，所述兩個高壓燃料泵100、200工作並進行泵送，使得所述內燃發動機500以所需負荷 運轉，即，例如，控制所述流量控制閥120、220，使得相關聯的高壓燃料泵100、200 —起泵送 與所述實際負荷相對應的總燃料量。上述方法也可以應用於兩個以上的高壓燃料泵100、200。在這種情況下，所述高壓 燃料泵100、200總數中至少有一個工作在所述第一泵送模式下，並且其他燃料泵100、200 中至少有一個工作在所述第二泵送模式。在一個實施例中，除了工作在所述第一泵送模式 下的高壓燃料泵以外，所有其他高壓燃料泵100、200都工作在所述第二泵送模式下。圖4所示的流程圖與圖3中的流程圖一致，除了省掉了方法步驟S10。在這個實施 例中，例如控制器400，作為，例如PID控制器(比例-積分-微分控制器)或者是壓力控制 器，基於所述的壓力傳感器405檢測到的、在所述共用軌道305中的壓力，實時操作所述流 量控制閥120、220。所述控制器400可以是工業控制系統中常見的控制迴路反饋機制。所 述控制器400可以通過計算試著糾正測量出的過程變量(process variable)和一個期望 的設置點之間的偏差，並且，然後相應地輸出一個可以調節所述過程的校正值。此處，所述 過程變量可以是所述共用軌道405中的壓力。根據上面描述的及圖4所示的方法，所述兩 個高壓燃料泵100、200其中一個的流量控制閥120、220的過程控制(process control)可 以暫時中止。根據圖4所示的處理步驟，在步驟S8中調節所述第一高壓燃料泵100的流量控制 閥120，使得沒有燃料或者僅有少量燃料可以通過並被所述泵送部115泵送。由於所述過 程控制，所述第二高壓燃料泵200的另外一個流量控制閥220由所述控制器自動調節，使所 述第二高壓燃料泵200泵送更多的燃料，以維持所述共用軌道305中所需要的壓力。只要 步驟S2-S6中的第一高壓燃料泵100的泵輸出1為零或者非常低，並且不會改變，根據所述 PID過程控制來控制所述第二高壓燃料泵200。在本發明的一個實施例中，所述過程控制可 以為PID過程控制。根據步驟S9，一旦所述第二高壓燃料泵200的流量控制閥220被主動減小，所述第 一高壓燃料泵的第一流量控制閥再次根據所述過程控制(例如PID過程控制)被控制。圖 4的處理步驟說明，根據本發明的當前實施例，所述流量控制閥120、220被集成在一個過程 控制中，優選的是在一個PID過程控制中。但是，當所述實際的發動機負荷低於所述發動機 的閾值時，主動輪流調節所述兩個流量控制閥120、220中的一個，在第一時間段或者是第 二時間段，使得零或者少量的燃料可以通過。最後，應當注意所述表述「第一燃料量」可以意思是，例如，所述高壓燃料泵100、 200所泵送的、通過相應的流量控制閥120、220的燃料最大量的30%或20%或10%或5% 或或0. 5%或0. 或0.01%或0.001%或更少。30%和0%之間的所有中間百分比顯 而易見是包含在本發明中的。另外，所述第一燃料量可以是所述第二燃料量的30%到0%之間的任何百分比。應當注意，上面所用的表述「燃料量」可以用「燃料率」來代替。相應地，所述表述 「第一燃料量」可以由「第一燃料率」代替，「第二燃料量」可以用「第二燃料率」代替。所述 的表述「燃料量」可以是燃料的絕對體積，例如，4ml。所述表述「燃料率」可以是體積/時間，例如，4ml/s。在一個揭示的實施例中，當實際的發動機負荷低於一個設置的負荷閾值時，所述 燃料泵可以在低負荷泵切換控制模式下工作。相應地，在所述第一泵送模式下工作時，高壓 燃料泵可能會變熱，而在所述第二泵送模式下工作時，高壓燃料泵不會那麼熱，甚至會冷卻 下來。由於所述高壓燃料泵在所述第一泵送模式和第二泵送模式下切換，所述高壓燃料泵 的平均溫度可能會高於以大流量速率工作時的高壓燃料泵的溫度，但是所有的高壓燃料泵 可以保持在可容忍的溫度範圍內，甚至是在空轉狀態時。某些優選實施例的一個優點是，所述燃料噴射系統的基本配置不需要改變。控制 單元可以不用過多的努力就可以很容易修改，因而，成本相對較低。以上描述的系統可以通過查看所述發動機負荷的方式得到控制。可替換的方式 是，所述系統可以通過測量溫度，例如，一個或多個泵的溫度，和/或一個或多個燃料回送 管線的溫度來控制。圖5所示的是這樣的實施例，它是圖1所示實施例的變形，因此不需要 描述兩者共同的部件。在該實施例中，一個或多個泵或者一個或多個燃料回送管線其中之 一的溫度信息或者是兩者的溫度信息都可以由一個或多個溫度傳感器150產生，並且溫度 信息可以被通信送給所述控制單元400。所述控制單元400然後可以使用所述溫度信息來 決定什麼時候開始切換，或者改變所述流量控制閥120、220和/或所述泵100、200的工作 模式。例如，如果燃料泵100和/或燃料回送管線125的溫度超過了一個預定的溫度閾值， 由於所述泵100在幾乎沒有或沒有泵送燃料的模式下工作，控制單元400可能會切換所述 泵100、200的工作模式，使得泵100泵送更多的燃料，從而使泵100冷卻下來，而泵200隻 泵送很少或沒有泵送燃料。另外，在一個可替換的例子中，當確定泵100和/或燃料回送管 線125已經超過一個預定的溫度閾值時，所述控制單元400會使流量控制閥120打開，並且 允許更多的燃料通過。同樣，如果控制單元400確定泵200和/或燃料回送管線225已經 超過一個預定的溫度界限，控制單元400會使流量控制閥220打開，並且/或者允許更多的 燃料通過，使泵200冷卻。最後，可以清楚本發明的基本點在於，如果所述內燃發動機需要少量的燃料，例如 當所述內燃發動機(例如，大型的柴油發動機)是在空閒狀態或者具有低負荷時，則使至少兩 個高壓燃料泵輪流工作。如果第一個高壓燃料泵接收最少量的燃料，例如，通過調節與該第一 個高壓燃料泵相關聯的控制閥，使所述控制閥中形成最小通道，所述第一個高壓燃料泵會變 熱。所述第二個高壓燃料泵同時給以希望的負荷運轉的發動機泵送所需要的(少量)燃料 量。相應地，所述第二個高壓燃料泵會冷卻。在過了一個預定的時間段之後(或者，如果所述 第一個高壓燃料泵的溫度達到一個定義的水平)，所述兩個泵的工作進行切換。現在，所述第 一個高壓燃料泵給以希望的負荷工作的發動機泵送所需要的(少量)燃料量。結果所述第一 個高壓燃料泵會冷卻。所述第二個高壓燃料泵同時泵送最少量的燃料，並會變熱。由於用所 述的輪流泵送模式，兩個泵會變熱和冷卻，而不會到達一個臨界溫度水平。應當注意到，本發明指的是一個閉環控制操作及一個簡單的控制。如果，例如，所 述的泵泵送的燃料量多於所述發動機噴射器所需的燃料量，在所述共用軌道中的一個閥門 會打開，以控制所述燃料的壓力。雖然此處只是描述的是本發明的優選實施例，但是對它們進行的改進和變化應該 被包含在內，而不脫離權利要求所保護的範圍。
權利要求
一種給內燃發動機(500)供應高壓燃料的燃料噴射系統(5)，包括至少兩個高壓燃料泵(100，200)，每個高壓燃料泵(100，200)被配置為將高壓燃料(105，205)泵入與所述內燃發動機(500)流體連通的高壓燃料分配管線系統(300)，其中，每個高壓燃料泵(100，200)都被配置為在第一泵送模式下和第二泵送模式下工作，使得在所述第一泵送模式下，泵送第一個量的燃料(105，205)，在所述第二泵送模式下，泵送第二個量的燃料(105，205)，所述第二個量的燃料比所述第一個量的燃料多，其中，所有高壓燃料泵(100，200)同時泵送的燃料總量對應於使所述內燃發動機(500)以預定的發動機負荷工作所必須的燃料量；以及控制單元(400)，被配置為使所述高壓燃料泵(100，200)輪流工作，使得在第一時間段，所述高壓燃料泵(100，200)中至少有一個工作在所述第一泵送模式下，其餘所有其他的高壓燃料泵(100，200)同時工作在所述第二泵送模式下，並且使得在第二時間段，剛才在所述第一時間段工作在所述第二泵送模式下的所述高壓燃料泵(100，200)中，至少有一個工作在所述第一泵送模式下，其餘的高壓燃料泵(100，200)同時工作在所述第二泵送模式下。
2.根據權利要求1的燃料噴射系統(5)，其中所述高壓燃料泵(100，200)被配置為由所述內燃發動機(500)機械驅動，優選的是通 過機械聯接和/或傳動裝置來驅動，並且所述高壓燃料泵(100，200)被配置為並行地工作，從而將由燃料箱(10)供應的燃料泵 入所述高壓燃料分配管線系統(300)的共用軌道(305)。
3.根據權利要求1或2所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的第一時間段和第二時間 段具有不同的長度。
4.根據權利要求1或2所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的第一時間段和第二時間 段具有同樣的長度。
5.根據前述任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的高壓燃料泵 (100，200)被配置為輸出的燃料壓力等於或大於500巴，更優選的是1000巴，甚至更優選的 是1500巴或1800巴或2000巴或更大。
6.根據前述任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其中每個高壓燃料泵(100， 200)都包括燃料入料部(110，210)、放置在所述燃料入料部(110，210)下遊的高壓泵送 部(115，215)、以及燃料回送管線(125，225)，所述燃料回送管線用於將所述泵送部(115， 215)和泵送部引導部之間洩漏的燃料回送到所述關聯的燃料入料部(110，210)。
7.根據前述任意一項權利要求的燃料噴射系統(5)，其進一步包括設置在燃料箱(10) 和每個高壓燃料泵(100，200)之間的流量控制閥(120，220)，所有的控制閥(120，220)由所 述控制單元(400)控制，以在所述第一泵送模式和第二泵送模式之間進行切換。
8.根據權利要求7所述的燃料噴射系統(5)，其中每個流量控制閥(120、220)可以調 節，以控制流入所述各個高壓燃料泵(100，200)的燃料量。
9.根據權利要求7或8所述的燃料噴射系統(5)，其中所述控制單元(400)被配置為使至少一個在所述第一泵送模式下的高壓燃料泵(100， 200)的流量控制閥(120，220)工作，使得所述第一個量的燃料通過所述相關聯的燃料入料 部(110,210)到所述相關的泵送部(115，215)，並且所述控制單元(400)被配置為使所述其餘在所述第二泵送模式下的高壓燃料泵(100， 200)的流量控制閥(125，225)工作，使得所述第二個量的燃料從所述相關的燃料入料部 (110，120)流到所述相關的泵送部(115，215)，其中所有高壓燃料泵(100，200)所泵送的燃 料總量對應於使所述內燃發動機(500)以所希望的發動機負荷工作時需要泵入的燃料總量。
10.根據權利要求7-9任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的高壓 燃料分配管線系統(300)包括共用軌道(305)和配置為檢測所述共用軌道(305)中的燃料 壓力的壓力傳感器(405)，其中所述壓力傳感器(405)與所述控制單元(400)進行通信，所 述控制單元(400)根據所述壓力傳感器(405)檢測到的燃料壓力來控制所述流量控制閥 (120,220)。
11.根據前述任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的控制單元(400) 被配置為，當所述內燃發動機(500)的實際負荷低於預定的負荷閾值時，優選的是當所述 內燃發動機(500)空轉時，使所述高壓燃料泵(100，200)輪流工作在所述第一泵送模式和第二泵送模式下。
12.根據前述任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的控制單元(400) 包括控制器，特別是PID控制器或壓力控制器，所述控制器被配置為操作所述流量控制閥 (120，220)，以根據從所述高壓燃料分配管線系統(300)的共用軌道(305)中檢測到的燃料 壓力，或者根據檢測到的與其中一個高壓燃料泵(100，200)相關的溫度來調節所述流量控 制閥(120，220)。
13.根據權利要求1-12任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的燃料 第一個量對應於所述第一和第二高壓燃料泵(100，200)所設計的要泵送的最少燃料量。
14.根據權利要求7-12任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的燃料 第一個量對應於所述控制閥(120、220)所設計的要限制的最少燃料量。
15.一種控制至少兩個高壓燃料泵(100，200)的方法，所述高壓燃料泵(100，200)被配 置為將高壓燃料(105，205)從燃料箱(10)並行地輸送到與內燃發動機(500)流體連通的 共用軌道(305)，所述方法包括在第一時間段，所述高壓燃料泵(100，200)中至少有一個工作在第一泵送模式下，同 時所有其他的高壓燃料泵(100，200)工作在第二泵送模式下，其中，在所述第二泵送模式 下，所述各高壓燃料泵(100，200)泵送的燃料量比在所述第一泵送模式下泵送的燃料量 多，並且接著在第二時間段工作，所述剛才在第一時間段工作在第二泵送模式下的高壓燃料泵 (100,200)中至少有一個工作在第一泵送模式下，同時所有其他的高壓燃料泵(100，200) 工作在第二泵送模式下，並且其中，在所述第一時間段和第二時間段，所有高壓燃料泵(100，200)同時泵送的燃料 總量對應於所述使內燃發動機(500)以預定的發動機負荷或低於預定的發動機負荷運轉 時，需要的燃料總量。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述的高壓燃料泵(100，200)由所述內燃發動 機(500)機械驅動，優選的是經由機械聯接和/或傳送裝置驅動，或者所述的高壓燃料泵 (100,200)是電控的，所述方法進一步包括只有當所述內燃發動機(500)的實際負荷等於或者小於一個預定的負荷閾值時，優選 的是當所述內燃發動機(500)空轉時，使所述高壓燃料泵(100，200)分別工作在所述第一 泵送模式和第二泵送模式下。
17.根據權利要求15或16所述的方法，其中所述的第一時間段和第二時間段具有不同 的長度。
18.根據權利要求15或16所述的方法，其中所述的第一時間段和第二時間段具有同樣 的長度。
19.根據權利要求15-18任意一項權利要求所述的方法，其中同時工作在所述第一泵 送模式下的高壓燃料泵(100，200)的總數等於或小於相同時間段工作在所述第二泵送模 式下的高壓燃料泵(100，200)的總數，優選的是，同時工作在所述第一泵送模式下的高壓 燃料泵(100，200)的總數為1。
20.根據權利要求15-19任意一項權利要求所述的方法，其中具有控制單元(400)，通 過從所述控制單元(400)給每個高壓燃料泵(100，200)發送對應的信號來執行從一個泵送 模式到另一個泵送模式的切換操作。
21.根據權利要求15-20任意一項權利要求所述的方法，其中所述每個高壓燃料泵 (100,200)包括流量控制閥(120，220)，被放置在關聯的燃料入料部(110，210)的下遊以及 在關聯的高壓泵送部(115，215)的上遊處，所述的流量控制閥(120，220)被配置為調整通 過所述關聯的燃料入料部(110，220)流到所述關聯的泵送部(115，215)的燃料的量，並且 所述方法進一步包括步驟調節所述流量控制閥(120，220)，使所述高壓燃料泵(100，200)輪流工作在所述第一 泵送模式和所述第二泵送模式下。
22.根據權利要求20或21的方法，其進一步包括步驟所述控制單元(400)將第一信號發送給所述流量控制閥(120，220)中的至少一個，使 所述關聯的高壓燃料泵(100，200)分別工作在所述的第一泵送模式下，以及所述控制單元(400)將第二信號發送給餘下的流量控制閥(120，220)，使所述關聯的 高壓燃料泵(100，200)分別工作在所述的第二泵送模式下。
23.根據權利要求15-22所述的方法，其中所述的第一泵送模式定義為，泵送少量的燃 料，特別是所述高壓燃料泵(100，200)能泵送的最少量燃料。
24.根據權利要求21-23任意一項權利要求所述的方法，進一步包括在所述的第一泵送模式下調節所述各個流量控制閥(120，220)，使到達所述關聯的高 壓燃料泵(100，200)的燃料量最少。
25.根據權利要求21-24任意一項權利要求所述的方法，所述的流量控制閥(120，220) 根據控制過程，特別是PID控制過程、根據檢測到的所述共用軌道(305)中的燃料壓力、或 者根據檢測到的與其中一個高壓燃料泵(100，200)相關聯的限定溫度進行工作。
26.一種適用於給內燃發動機(500)供應高壓燃料的燃料噴射系統(5)的控制單元，其 中所述燃料噴射系統(5)包括至少兩個高壓燃料泵(100，200)，用於將高壓燃料(105，205) 泵送到與所述內燃發動機(500)流體連通的高壓燃料分配管線系統(300)，其中所述高壓 燃料泵(100，200)中的每一個都被配置為工作在第一泵送模式下和第二泵送模式下，使得 高壓燃料泵(100，200)在第一泵送模式下，分別泵送第一個量的燃料(105，205)，且所述高壓燃料泵(100，200)在第二泵送模式下，分別泵送第二個量的燃料(105，205)，其中所述控制單元(400)可以被配置為使所述高壓燃料泵(100，200)輪流工作，使得在第 一時間段，所述高壓燃料泵(100，200)中至少有一個是在第一泵送模式下工作，所有其他 的高壓燃料泵(100，200)同時在第二泵送模式下工作，並使得，在第二時間段，在所述第一 時間段期間工作在第二泵送模式下的高壓燃料泵(100，200)中，至少有一個工作在第一泵 送模式，而所有其他的高壓燃料泵(100，200)同時工作在第二泵送模式下，其中，在所述內燃發動機(500)要以預定的發動機負荷或以比其低的負荷運轉的情況 下，較佳的是在所述內燃發動機(500)空轉時，選擇所述使高壓燃料泵(100，200)輪流工作 的方式。
27.一種電腦程式，包括可執行的指令，以根據權利要求15-25任意一項權利要求中 的方法執行所述方法步驟。
28.一種燃料噴射系統(5)，包括至少兩個高壓燃料泵(100，200)，將從燃料箱(10)供應的燃料並行地泵送到共用軌道 (305)，所述共用軌道(305)配置為給內燃發動機(500)的多個燃料噴射器(505)供應高壓 燃料，其中，每個高壓燃料泵(100，200)具有流量控制閥(120，220)，用來調節從所述燃料 箱(10)供應給所述各個高壓燃料泵(100，200)的燃料量；以及控制單元(400)，配置為控制所述流量控制閥(120、220)的操作，使得當所述內燃發動 機的實際負荷處於或低於一個預定的負荷閾值時，所述高壓燃料泵(100，200)輪流在第一 模式下工作第一時間段，在第二模式下工作第二時間段，其中，在所述第一模式下，所述高壓燃料泵(100)中至少有一個接收從所述燃料箱 (10)供應的少量的燃料，而餘下的其他高壓燃料泵(200)接收從所述燃料箱(10)供應的相 對較大量的燃料，並且其中，在所述第二模式下，在所述第一時間段工作在所述第二模式下的高壓燃料泵 (100)中至少有一個接收從所述燃料箱(10)供應的少量燃料，而所有其他的高壓燃料泵 (200)接收從所述燃料箱(10)供應的較大量的燃料。
29.根據權利要求28的燃料噴射系統(5)，其中所述的高壓燃料泵(100，200)由所述 內燃發動機機械驅動。
30.根據權利要求28或29的燃料噴射系統(5)，其中每個高壓燃料泵(100，200)包括 燃料回送管線(125，225)，被配置為將從所述燃料泵的活塞(115，215)與活塞引導部之間 洩漏的燃料回送到所述高壓燃料泵(100，200)的入料部(110，210)。
31.根據權利要求28-30任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的高壓 燃料泵(100，200)被配置為輸出等於或大於500巴、更優選的是1000巴、甚至更優選的是 1500巴或者1800巴或者2000巴或更大壓力的燃料。
32.根據權利要求28-31任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的預定 負荷閾值對應於發動機空轉模式。
33.根據權利要求28-32任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其進一步包括 至少一個溫度傳感器，與所述高壓燃料泵(100，200)中的至少一個熱連接，或者與至少一 個燃料回送管線(125，225)熱連接，燃料回送管線(125，225)將從所述高壓燃料泵(100， 200)的活塞(115，215)和活塞引導部之間洩漏的燃料流體連通到所述高壓燃料泵(100，200)的入料部(120，220)，所述溫度傳感器被配置為將溫度信息以電方式與所述控制單元 (400)通信，其中，當所述至少一個溫度傳感器檢測到的溫度超過預定溫度時，所述控制單 元(400)被配置為從所述第一模式改變到所述第二模式。
34.根據權利要求28-33任意一項權利要求所述的燃料噴射系統(5)，其中所述的控 制單元(400)被配置為控制所述流量控制閥(120，220)，使得，在所述第一模式和第二模式 下，將相同量的或基本相同量的燃料供應給所述共用軌道。
35.一種控制至少兩個高壓燃料泵(100，200)泵送的燃料量的方法，所述至少兩個高 壓燃料泵(100，200)並行地工作將從燃料箱(10)供應的燃料泵入共用軌道(305)，該共用 軌道(305)被配置為將燃料供應給內燃發動機(500)的多個燃料噴射器(505)，其中所述高 壓燃料泵(100，200)每個都附有流量控制閥(10)，所述流量控制閥配置為將燃料從所述燃 料箱(10)中供應給各個高壓燃料泵(100，200)，所述方法包括調節所述流量控制閥(120，220)，使得當所述內燃發動機的實際負荷是處於或低於預 定的負荷閾值時，所述高壓燃料泵(100，200)輪流工作在第一模式和第二模式，其中，在所述第一模式下，至少有一個高壓燃料泵(100)接收所述燃料箱(10)供應的 少量的燃料，而其餘的高壓燃料泵(200)接收所述燃料箱(10)供應的相對大量的燃料，並 且其中在所述第二模式下，所述剛才工作在第二模式下的高壓燃料泵(200)中至少有一 個接收燃料箱(10)供應的少量燃料，而所有其他的高壓燃料泵(100)從所述燃料箱(10) 接收相對大量的燃料。
36.根據權利要求35所述的方法，其中所述的第一和第二高壓燃料泵(100，200)由所 述內燃發動機(500)機械驅動。
37.根據權利要求35或36所述的方法，其中每個高壓燃料泵(100，200)包括燃料回送 管線(125，225)，配置為將從所述燃料泵的活塞(115，215)與活塞引導部之間洩漏的燃料 回送給所述高壓燃料泵(100，200)的入料部(110，210)。
38.根據權利要求35-37任意一項權利要求所述的方法，其中所述預定的負荷閾值對 應於發動機的空轉模式。
39.根據權利要求35-38任意一項權利要求所述的方法，其中所述的第一模式和第二 模式中至少有一個被執行一個預定的時間段。
40.根據權利要求35-39任意一項權利要求的方法，進一步包括檢測至少一個高壓燃料泵(100，200)、或者與所述各個高壓燃料泵(100，200)相關聯 的至少一個燃料回送管線(120，220)、或者至少在其中一個所述燃料回送管線(120，220) 中流動的燃料的溫度，以及當所述檢測到的溫度中有一個超過預定的溫度時，則從所述第一模式切換到所述第二 模式。
41.根據權利要求35-40任意一項權利要求所述的方法，其中所述的流量控制閥(120， 220)被控制為，使得所述高壓燃料泵(100，200)在第一模式和第二模式下供應給所述共用 軌道的燃料量相同或者基本上相同。
42.一種電腦程式，包括根據權利要求35-41任意一項權利要求中的方法執行方法 步驟的可執行指令。
43. 一種控制單元(400)，配置用於一個發電機機組，或者交通工具，存儲有權利要求 27或42中所述的電腦程式，以及具有配置來執行所述電腦程式的處理器。
全文摘要
一種燃料噴射系統(5)，通過至少兩個高壓燃料泵(100，200)和一個高壓燃料分配管線系統(300)給內燃發動機(500)供應高壓燃料，所述高壓燃料分配管線系統(300)與所述內燃發動機(500)流體連通。所述高壓燃料泵(100，200)被配置為工作在第一泵送模式和第二泵送模式下，使得在該第一泵送模式下，泵送第一個量的燃料(105，205)，在該第二泵送模式下，泵送第二個量的燃料(105，205)。控制單元(400)，被配置為使所述高壓燃料泵(100，200)輪流工作，使得在第一時間段，所述高壓燃料泵(100，200)中至少有一個工作在所述第一泵送模式下，其餘所有其他的高壓燃料泵(100，200)同時工作在所述第二泵送模式下，並且使得在第二時間段，剛才在所述第一時間段工作在所述第二泵送模式下的所述高壓燃料泵(100，200)中，至少有一個工作在第一泵送模式下，其餘的高壓燃料泵(100，200)同時工作在第二泵送模式下。
文檔編號F02D41/30GK101925732SQ200880126092
公開日2010年12月22日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年1月31日
發明者伯特·理查, 史蒂芬·哈斯, 傑爾根·希克, 沃爾夫岡·沙伊貝, 波多·格奈斯特, 霍斯特·瑞索 申請人:卡特彼勒發動機有限公司;洛蘭治有限公司