技术领域
[0001] 本
发明涉及用于内燃机的燃料系统和控制燃料系统的方法。本发明还涉及根据所附
权利要求的内燃机和车辆。
背景技术
[0002] 内燃机，例如柴油
发动机机或奥托发动机，配备有燃料系统，用于从一个或多个
燃料箱将燃料输送至内燃机的喷射系统。燃料系统包括一个或多个燃料
泵，它可以由内燃机机械驱动或者由
电机驱动。燃料泵产生燃料流量和压
力将燃料输送至内燃机的喷射系统，由此向内燃机的
燃烧室供应燃料。
[0003] 燃料系统经常只包含由内燃机驱动和控制的机械燃料泵。如果该燃料泵出现故障或提供的燃料流量过低，则会中断向内燃机供应燃料，内燃机也随之停止工作。如果燃料系统仅包含电驱动的燃料泵，会发生同样的操作中断，在这种情况下，内燃机停止工作。
风险之处在于车辆可能会在路上或沿着
马路突然停顿下来，因此期待燃料系统包含某种类型的冗余，以便车辆可以在内燃机的帮助下移动。借助所谓的跛行回家功能，车辆可以以这种方式移动并被运输到最近的修车厂。
[0004] 根据
现有技术，可以在燃料系统中布置电机驱动的两个燃料泵，如果其中一个燃料泵故障或者向内燃机提供的燃料流量或压力过低，则有冗余的燃料泵可用。
[0005] 文献US2003/0183205A1示出了用于内燃机的燃料系统，该系统包括一个低压泵和两个燃料泵。第一燃料泵由第一电机驱动，第二燃料泵由第二电机驱动。在正常运转的过程中，只有第一电机和第一燃料泵是工作的，而第二电机关闭，第二燃料泵位于旁路。当第一电机或第一燃料泵产生故障，第二电机被致动来驱动第二燃料泵。第一燃料泵位于旁路，同时仍然可以将燃料供应给内燃机。然而，文献US2003/0183205A1没有公开在低压泵出现故障的情况下如何向内燃机供应燃料。
[0006] 根据现有技术，还可以在燃料系统中布置由电机驱动的燃料泵，该燃料系统包括内燃机机械驱动的燃料泵。
[0007] 文献WO2004/037595A1示出了用于内燃机的包含两个燃料泵的燃料系统。其中一个泵是由内燃机驱动的燃料泵，另一个泵是传送泵，用于将燃料从第一燃料箱传送至第二燃料箱。根据一个
实施例，传送泵可以经由三通
阀与由内燃机操作的燃料泵
串联地引导燃料，从而实现在内燃机空转的过程中燃料流量增加的目的。在内燃机空转的过程中，由内燃机操作的燃料泵不能产生充足的燃料流量。然而，文献WO2004/037595A1没有提及在由内燃机驱动的燃料泵出现故障的情况下燃料系统如何工作。
[0008] 在这一领域尽管现有技术中存在解决方案，但仍然需要开发一种燃料系统，使得在操作中断的情况下减少不充分或不能向内燃机供应燃料的风险。
发明内容
[0009] 本发明的目的是实现用于内燃机的燃料系统，该系统在操作中断的情况下减少了不充分或不能向内燃机供应燃料的风险。
[0010] 本发明的另一个目的是实现一种内燃机的燃料系统，使得在操作中断的情况下，其允许对操作中断进行简单管理，使车辆驾驶员能够移动车辆并驾驶车辆到修车厂。
[0011] 另一个目的是实现一种简单且体积不庞大的燃料系统。
[0012] 这些目的由前述提及的类型的燃料系统实现，其特征在于如权利要求1所
指定的特征。相应的目的还由根据所附权利要求的控制燃料系统的方法来实现。相似的目的也由带有这种燃料系统的内燃机和车辆实现。
[0013] 因此本发明涉及一种用于内燃机的燃料系统，该燃料系统包括第一燃料箱、第二燃料箱、主供给泵和传送泵。第一电机设置成操作主供给泵，第二电机设置成操作传送泵。主供给泵和传送泵是可逆的，即表明可以通过改变与燃料泵相连的电机的转动方向来改变泵的转动方向。燃料系统还包括用于燃料的第一流路，在燃料系统正常运转的情况下，燃料在该流路内流动。在第一流路中，传送泵设置成沿第一方向操作，并从第二燃料箱经由第一燃料管道向第一燃料箱供应燃料，其中所述第一燃料管道设置成与第一燃料箱连接。主供给泵设置成沿第一方向操作，并从第一燃料箱经由第二燃料管道向内燃机供应燃料。该燃料系统还包括用于燃料流动的第二流路，在主供给泵中出现操作中断的情况下，燃料在该第二流路内流动。在第二流路中，传送泵是可逆的，其被设置成沿第二方向操作，并从第二燃料箱经由第三燃料管道向内燃机供应燃料，这里燃料流绕过主供给泵。该燃料系统还包括用于燃料的第三流路，在传送泵中出现操作中断的情况下，燃料在该第三流路内流动。在第三流路中，主供给泵是可逆的，其被设置成沿第二方向操作，并从第二燃料箱经由第四燃料管道向内燃机供应燃料，这里燃料流绕过传送泵。第二方向与第一方向相反。由于该燃料系统，可以实现上述目的。
[0014] 本发明还涉及控制上述燃料系统的方法，包括下列步骤：
[0015] a)识别主供给泵和/或传送泵的功能性，
[0016] -在主供给泵和传送泵的功能性良好的情况下；
[0017] b)从第二燃料箱经由第一进入通道向与传送泵连接的第一燃料管道供应燃料，[0018] c)通过利用第二电机使传送泵沿第一方向操作，向第一燃料箱供应燃料，这里是从第二燃料箱经由第一燃料管道向第一燃料箱供应燃料，
[0019] d)通过利用第一电机使沿主供给泵第一方向操作，从第一燃料箱通过第二燃料管道供应燃料，
[0020] -在主供给泵中识别到操作中断的情况下；
[0021] e)可选地，指示驾驶员已经识别到操作中断，
[0022] f)利用第二电机操作传送泵，由此从第二燃料箱经由第二进入通道向传送泵供应燃料，以及
[0023] g)使传送泵变向至第二方向，并向与传送泵连接的第三燃料管道供应燃料，并且因此利用传送泵从第二燃料箱向内燃机供应燃料，或者
[0024] -在传送泵中识别到操作中断的情况下；
[0025] h)可选地，指示驾驶员已经识别到操作中断，
[0026] i)利用第一电机操作主供给泵，由此从第二燃料箱经由第三进入通道向主供给泵供应燃料，
[0027] j)使主供给泵变向至第二方向，并向与主供给泵连接的第四燃料管道供应燃料，并且因此利用主供给泵从第二燃料箱向内燃机供应燃料。
[0028] 在下面详细的介绍中展示本发明的其他特征和优点。
附图说明
[0029] 下面，参照所附附图描述本发明的优选实施例，其中：
[0030] 图1示出了车辆的示意性侧视图，其中包括根据本发明的用于内燃机的燃料系统，[0031] 图2示出了根据本发明的在正常操作的情况下燃料系统的连接图，以及[0032] 图3示出了根据本发明的在燃料系统的主供给泵中出现操作中断的情况下的连接图，以及
[0033] 图4示出了根据本发明的在燃料系统的传送泵中出现操作中断的情况下的连接图的实施例，以及
具体实施方式
[0035] 根据本发明，燃料系统包括三个流路，其中可以借助于可反向的主供给泵和传送泵控制燃料的流动方向，这取决于燃料系统中的部件是否功能正常，即，在正常操作下，和/或在燃料系统的主供给泵或传送泵中是否出现操作中断。这样，在燃料系统中实现冗余。
[0036] 在燃料系统中，通过将由电机操作的主供给泵和由电机操作的传送泵设置在低压回路中，相比于在燃料系统中仅设置一个燃料泵，可以获得冗余。通过设置三个流路，从而在主供给泵出现操作中断的情况下，传送泵可以直接从第二燃料箱向内燃机供应燃料，以及在传送泵中出现操作中断的情况下，主供给泵可以直接从第二燃料箱向内燃机供应燃料，从而在燃料系统中获得有效的冗余。万一由电机操作的主供给泵发生故障或提供过低的燃料流量，就利用传送泵向内燃机输送燃料。主供给泵和传送泵适宜是低压泵。传送泵和/或主供给泵靠其自身能够向内燃机供应的燃料流和压力足以用于内燃机使其产生全部或减小的效能，以便将车辆驱使到修车厂进行修理。因此，获得了用于内燃机的燃料系统，减少了在操作中断的情况下不充分或不能向内燃机供应燃料的风险。类似地，获得了燃料系统，其提供了所谓的跛行回家功能，尽管主供给泵发生了故障，驾驶员也能够驾驶车辆到最近的修车厂。
[0037] 第一流路优选包括与第二燃料箱连接的第一进入通道，第二流路包括与第二燃料箱连接的第二进入通道，以及第三流路包括与第二燃料箱连接的第三进入通道。这样，能够以简单的方式从第二燃料箱控制各自流路的燃料流，而无需复杂的阀结构。
[0038] 对燃料而言，为了确保正确的流动方向，流路优选设置成具有一个或几个止回阀。止回阀具有简单的设计，可以有效地防止非所期望方向的燃料流。止回阀可以是被动的，即，不需要为其功能提供动力进给，由此得到非常简单和牢固的设计。或者，所述阀可以是电控的，由此可以通过车辆中的控制装置电动控制。
[0039] 主供给泵和传送泵优选通过改变电机的转向实现反向。这样，可以快速有效地改变流动方向。
[0040] 适宜的，主供给泵和传送泵经由CAN总线连接至控制装置。因此，获得易于控制的紧凑的燃料系统，并因此向内燃机提供正确的燃料供给。
[0041] 通过设置与第二燃料管道连接的
传感器装置，可以识别主供给泵的功能性。传感器装置适宜是流量
液位传感器或
压力传感器，其检测主供给泵下游和内燃机上游的燃料流量，并且经由CAN总线与控制装置连接。
[0042] 或者，通过检测第一电机的功能来识别主供给泵中的操作中断。在第一电机停止作用或以减少的功率操作的情况下，大的可能性是主供给泵中可能出现操作中断。在这种情况下，传感器装置可以由检测电机(该电机操作泵)的功能的元件构成，其适宜通过检测发动机的
能量消耗来检测。
[0043] 在主供给泵中识别到操作中断的情况下，燃料流流过第二流路。这样，燃料流可以绕过主供给泵，传送泵靠其自身能够向内燃机供应的燃料流和压力足以用于内燃机，以便实现将车辆驱使到修车厂进行修理的目的。
[0044] 以与连接到主供给泵相同的方式，识别传送泵功能性的传感器装置可以设置在第一燃料箱中，并经由CAN总线与控制装置连接。传感器装置优选包括检测第一燃料箱中的燃料液位的液位传感器。通过从液位传感器向控制装置发送
信号可以检测到传送泵中的操作中断，并且如果不管是否有动力信号给传送泵，第一燃料箱中的燃料液位都没有升高，则确定在传送泵中出现操作中断。这样，可以以简单的方式得到传送泵功能性的指示。或者，传感器装置可以设置成优选通过检测第二电机(用来操作传送泵)的能量消耗来检测该第二电机的功能。
[0045] 在传送泵中识别到操作中断的情况下，燃料流过第三流路。这样，燃料流可以绕过传送泵，主供给泵靠其自身能够向内燃机供应的燃料流和压力足以用于内燃机，以便实现将车辆驱使到修车厂进行修理的目的。
[0046] 适宜地，在主供给泵和/或传送泵中识别到操作中断时，会向驾驶员激活一些形式的指示。驾驶员接到警报，可以采取措施驾驶车辆到修车厂。因此，得到这样的燃料系统，其允许对中断操作进行简单的管理。
[0047] 适宜地，第一燃料箱被调整使得相比于第二燃料箱具有较小的容积。优选第一燃料箱可以容纳20-50升，第二燃料箱容纳300-1000升。因此，获得体积不庞大的燃料系统。
[0048] 主供给泵可以设置在第一燃料箱中。通过将主供给泵设置在第一燃料箱中，主供给泵得到保护，不会受到环境的侵害，并且在第一燃料箱中实现了燃料的自然冷却。或者，传送泵也设置在第一燃料箱中。当主供给泵和传送泵设置在第一燃料箱内，获得了体积不庞大的燃料系统。
[0049] 以下参照所附附图进一步描述本发明。
[0050] 图1示出了车辆1的示意性侧视图，车辆1包括用于内燃机2的燃料系统4。内燃机2与变速箱6连接，变速箱6通过传动装置与车辆1的
驱动轮8连接。车辆还包括底盘10。
[0051] 图2、图3和图4示出了用于燃料系统4的连接图。燃料系统4为通常称作共轨的类型，包括若干个部件。主燃料
过滤器12布置在内燃机2的下游或位于内燃机2处，在内燃机2处优选布置燃料系统的高压回路(未示出)。高压回路通常包括若干个部件，这些部件没有详细示出，例如有高压泵、所谓共轨形式的
蓄能器和喷射系统。或者，燃料系统可以由其它形式的喷射系统代替，例如压电式或单元喷射系统。
[0052] 燃料系统4在其低压回路中还包括第一燃料箱20和第二燃料箱22、主供给泵26、传送泵28和预滤器33、34。这些部件可以设置在车辆的底盘10上。在燃料系统4中，主燃料过滤器12布置在主供给泵26的下游，内燃机的上游。主供给泵26为低压泵，用于向高压回路中的高压泵供应燃料。
[0053] 第一燃料箱20适于具有比第二燃料箱22小的容积。根据图2，传送泵28设置在第一燃料箱20和第二燃料箱22之间。传送泵28由第二电机M2操作，其主要任务是从第二燃料箱22经由第一燃料管道36向第一燃料箱20供应燃料。图2、3和4中的主供给泵26设置在止回阀
53的下游，不过主供给泵26也可以布置在第一燃料箱20内，这样可以免受环境的侵害并由燃料对其冷却。主供给泵26由第一电机M1操作，并且从第一燃料箱20经由第二燃料管道40穿过主燃料过滤器12进一步向内燃机2供给燃料。接下来以高压的形式将燃料供应给共轨并更向前至喷射系统。主供给泵26和传送泵28由控制装置62通过CAN总线64控制，其中为清楚起见，仅在图2中示出。信号经由CAN总线64从液位传感器46发送至控制装置62用以指示传送泵的功能性，信号经由CAN总线64从压力传感器48发送至控制装置62用以指示主供给泵的功能性。
[0054] 预滤器33布置在传送泵28的下游，其与第一燃料管道36连接，预先过滤从第二燃料箱22供给的燃料。预滤器34布置在传送泵28的下游，其与第三燃料管道42连接，预先过滤从第二燃料箱22供给的燃料。在第二燃料箱中布置有三个进入通道30，31和32，这三个进入通道分别包含在各自的第一、第二和第三流路100，200，300中。
[0055] 图2示出了正常操作下的燃料系统4的功能，流路100标记为粗实线。第二燃料箱22包括第一进入通道30，其中第一进入通道30布置在止回阀51和传送泵28的上游。传送泵28经由止回阀52和预滤器33与第一燃料管道36连接。进入通道30配备有过滤器37a，用于过滤引导入燃料系统4之前的燃料。在正常操作的情况下，如图2所示，利用第二电机M2操作传送泵28，将燃料从第二燃料箱22供给至第一燃料箱20。再利用第一电机M1操作主供给泵26，从第一燃料箱20进一步供给燃料，并且经由过滤器37d和配备有止回阀53的第四进入通道35从第一燃料箱20向第二燃料管道40供应燃料，其中所述第二燃料管道40配备有止回阀54用以进一步确保流向。然后通过主燃料过滤器12进一步将燃料引导至内燃机2。压力传感器48设置成与第二燃料管道40连接。压力传感器48识别第二燃料管道40中的燃料流量，并由此确定在主供给泵26中是否出现操作中断。还可以利用检测第一电机M1功能的传感器装置识别主供给泵26中的操作中断，例如通过检测电机的能量消耗。在第一电机M1停止作用或以降低的功率操作的情况下，很大的可能性是主供给泵26中可能出现操作中断。在主供给泵26的操作中断或停止的情况下，燃料流被引导入第二流路200。在第一燃料箱20中，液位传感器46设置成识别第一燃料箱20中的燃料液位。该液位传感器46连接CAN总线64和控制装置62，其中所述控制装置62控制传送泵28和主供给泵26。液位传感器46识别第一燃料箱20中的液位，并因此确定在传送泵中是否产生操作中断。例如，在向传送泵28提供了功率但第一燃料箱20的液位下降的情形下，很可能是传送泵28中出现操作中断。在传送泵28的操作中断或停止的情况下，燃料流被引导入第三流路300。
[0056] 在图3中示出了主供给泵26中出现操作中断以及当燃料流被引导至第二流路200时燃料系统4的功能。在图3中第二流路200标记为粗实线。第二燃料箱22包括第二进入通道31，其布置在止回阀55和传送泵28的上游。传送泵28相比于流路100中的方向，变向为第二方向，即与第一方向相反的方向，以便燃料流经由第三燃料管道42绕过主供给泵26。止回阀
56布置在传送泵28的下游，以便额外确保燃料的流动方向，并且燃料经由第三燃料管道42穿过预滤器34，进一步向前至主燃料过滤器12供给到内燃机2。第二进入通道31配备有过滤器37b，用来过滤引导入燃料系统4之前的燃料。在主供给泵中出现操作中断的情况下，通过由第二电机M2操作传送泵28，从第二燃料箱22向内燃机2供应燃料。传送泵28能够向内燃机
2供应的燃料流和压力足以用于内燃机2以全部或减小的效能驱动，从而实现将车辆驱使到修车厂进行修理的目的。在一个实施例中，控制装置62可以根据关于发动机的平均燃料消耗和发动机的燃料需要的知识，计算车辆以跛行回家的功能行驶的距离，并将该可用的距离呈现给驾驶员。为了延长该距离，控制装置可以关掉一些发动机的附件，例如
空调单元和类似的装置，以减少发动机的燃料消耗。
[0057] 在图4中示出了传送泵28中出现操作中断以及当燃料流被引导至第三流路300时燃料系统4的功能。在图4中第三流路300标记为粗实线。第二燃料箱22包括第三进入通道32，其布置在止回阀57和主供给泵26的上游。主供给泵26相比于流路100中的方向，变向为第二方向，即与第一方向相反的方向，以便燃料流经由第四燃料管道44绕过传送泵28。止回阀58布置在主供给泵26的下游，以便额外确保燃料的流动方向，并且燃料经由第四燃料管道44穿过预滤器34，进一步向前至主燃料过滤器12供给到内燃机2。第三进入通道32配备有过滤器37c，用来过滤引导入燃料系统4之前的燃料。在传送泵28中出现操作中断的情况下，通过由第一电机M1操作主供给泵26，从第二燃料箱22向内燃机2供应燃料。主供给泵26能够向内燃机2供应的燃料流和压力足以用于内燃机2以全部或减小的效能驱动，从而实现将车辆驱使到修车厂进行修理的目的。对于控制装置62而言，还可以根据关于发动机的平均燃料消耗和发动机的燃料需要的知识，计算车辆能以跛行回家的功能行驶的距离，并将该可用的距离呈现给驾驶员。为了延长该距离，控制装置可以关掉一些发动机的附件，例如空调单元和类似的装置，以减少发动机的燃料消耗。
[0058] 图5示出了控制燃料系统4的方法的流程图。该方法包括步骤：
[0059] a)识别主供给泵26和传送泵28的功能性，
[0060] -在主供给泵26和传送泵28的功能性良好的情况下；
[0061] b)从第二燃料箱22经由第一进入通道30向与传送泵28连接的第一燃料管道36供应燃料，
[0062] c)利用第二电机M2沿第一方向操作传送泵28，向第一燃料箱20供应燃料，这里是从第二燃料箱22经由第一燃料管道36向第一燃料箱
[0063] 20供应燃料，
[0064] d)利用第一电机M1操作主供给泵26，从第一燃料箱20通过第二燃料管道40供应燃料，
[0065] -在主供给泵26中识别到操作中断的情况下；
[0066] e)可选地，指示驾驶员已经识别到操作中断，
[0067] f)利用第二电机M2操作传送泵28，由此从第二燃料箱22经由第二进入通道31向传送泵28供应燃料，以及
[0068] g)使传送泵28变向至第二方向，并向与传送泵28连接的第三燃料管道42供应燃料，并且因此从第二燃料箱22向内燃机2供应燃料，或者
[0069] -在传送泵28中识别到操作中断的情况下；
[0070] h)可选地，指示驾驶员已经识别到操作中断，
[0071] i)利用第一电机M1操作主供给泵26，由此从第二燃料箱22经由第三进入通道32向主供给泵26供应燃料，
[0072] j)使主供给泵26变向至第二方向，并向与主供给泵26连接的第四燃料管道44供应燃料，并且因此从第二燃料箱22向内燃机2供应燃料。
[0073] 在进一步展开的实施例中，识别操作中断的指示包括向驾驶员指示车辆能被驱动的可用距离。在这种情况下，所述方法可包括基于已知的燃料消耗计算可用的驾驶距离的步骤。类似地，在应用于其它场合的内燃机中，当根据指示的操作中断而驱动时，可以呈现出内燃机的剩余操作时间。在这种情况下，所述方法可包括计算剩余操作时间的步骤。
[0074] 在进一步发展的实施例中，在指示识别操作中断的情况下，所述方法可包括通过切断发动机驱使的一些附件(例如空调的
压缩机)来减少发动机燃料消耗的步骤。
[0075] 在本发明的
框架内上述特定部件和特征可以在不同的特定实施例之间结合。
