CN103835805B - 用于发动机的气体燃料系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于发动机的气体燃料系统和方法。气体燃料损失检测的车辆方法包括：针对包括气体燃料的燃料系统的高压部分和低压部分中的每一个，基于所述燃料系统的质量损失指示退化，所述质量损失是基于在发动机关闭状况之后，根据第一和第二时刻的相应的温度和压力分别跟踪每个部分中的燃料质量。本方法可以使用相应的压力和温度来确定燃料系统的哪些部分正在损失质量，并且进一步识别燃料系统阀退化。

Description

用于发动机的气体燃料系统和方法
背景技术
可以用气体燃料（例如天然气）操作发动机。液体天然气（LNG）和气体压缩天然气（CNG）均用于汽车应用。对于CNG，气体可以被压缩并且在高压下存储在气缸内，从而使用调压阀将燃料供应至处于较低压力的发动机燃烧室。CNG燃料可以用于各种发动机系统，包括将CNG用作单一燃料源的单燃料系统以及被配置为将CNG与一种或更多其他燃料一起使用的多燃料系统，其他燃料包括液体燃料，例如石油、柴油或者石油-乙醇混合燃料。
液体燃料系统受制于与防止和检测燃料蒸汽损失有关的要求。这被称为蒸发排放控制。虽然已经针对混合相（液体和蒸汽）燃料广泛地开发了这些系统，但它们不是针对诸如CNG的气体燃料开发的。
蒸发排放可以大致分成三类：1）再加燃料期间的燃料蒸汽损失；2）接通状况期间的运行损失或者燃料损失；以及3）关闭状况期间的每日损失或者燃料损失。本发明涉及气体燃料未处于使用时的燃料损失，在关闭状况期间，或者在气体燃料未处于使用时的接通状况下，例如以另一燃料（例如石油）运行的多燃料系统或者混合系统运行在仅电力模式下。
发明内容
此处本发明人已认识到针对天然气车辆（NGV）的排放测试和泄漏检测的一些独特挑战。例如，当系统温度和压力处于稳态平衡时，测试可以更准确。可能存在以各种压力下收集气体的各种箱或室。因此，用于测试的最佳正时或者用于进行测量的系统内的最佳位置对于气体燃料系统都不是显而易见的。
在一个示例中，可以通过以下方法解决上述问题，该方法包含：针对包括气体燃料的燃料系统的高压部分和低压部分中的每一个，基于自燃料系统的质量损失指示退化，质量损失是基于在发动机关闭状况之后，根据第一和第二时刻的相应的温度和压力分别跟踪每个部分中的燃料质量。可以响应于退化指示以各种方式调节本系统，包括设置诊断代码、向车辆操作者显示消息和/或限制发动机输出和/或至发动机的燃料输送。
在另一个示例中，提供了一种用于指示车辆系统退化的方法。车辆包含带有燃料系统的发动机，燃料系统至少具有与低压部分流体连通的高压部分，所述方法包含：针对高压部分和低压部分中的每一个，根据所包括的燃料在第一时刻的温度和压力产生第一信号，该第一信号随着所包括的燃料质量的增加而增加；针对高压部分和低压部分中的每一个，根据所包括的燃料在第二时刻的温度和压力产生第二信号，该第二信号随着所包括的燃料质量的增加而增加；以及针对高压部分和低压部分中的每一个，根据每个部分中所包括的燃料质量的变化产生第三信号，该第三信号随着燃料质量的增加而增加，质量变化是在第一和第二时刻产生的信号的函数。
在另一个示例中，本方法还包含：针对燃料系统，根据系统内所包括的燃料质量的变化产生第四信号，该第四信号随着燃料质量的增加而增加，质量变化是在第一和第二时刻产生的信号的函数；当第四信号大于第一阈值时，指示故障；当第四信号大于第二阈值时，通过约束最大功率输出，限制车辆操作；以及当低压系统的第三信号大约等于高压系统的第三信号的负值时，指示管阀退化。
在另一个示例中，车辆还包含与燃料系统的高压部分流体连通的燃料箱。
在另一个示例中，低压系统的第三信号大约等于第四信号，方法还包含以下步骤：将自低压部分的质量损失归因于喷射器顶端泄漏；产生第五信号，该第五信号随着在第一和第二时刻之间的持续时间内扩散至大气的燃料质量的增加而增加。
在另一个示例中，方法包含：针对包括气体燃料的气体燃料系统的高压部分和低压部分中的每一个，基于自燃料系统的质量损失指示退化，质量损失是基于在车辆关闭状况之后，根据第一和第二时间点的相应的温度和压力分别跟踪每个部分中的燃料质量。
在另一个示例中，气体燃料是CNG燃料。
在另一个示例中，车辆关闭状况包括发动机处于静止以及车辆处于静止。
在另一个示例中，第一时间点是在发动机停止运行之后多于3小时，第二时间点是在第一时间点之后多于24小时。
在另一个示例中，本方法还包含以下步骤：产生随着每日净质量损失增加而增加的信号；比较所述信号和阈值；当信号大于阈值时指示故障。
通过单独或结合附图考虑以下具体实施方式，本发明的上述优势和其他优势以及特征将显而易见。
应理解，提供上述发明内容是为了以简化的形式引入一组概念，这些概念将在具体实施方式中进一步说明。这并不意味着识别所要求的主题的关键或基本特征，主题的范围仅由具体实施方式后的权利要求限定。另外，所要求的主题不限制于解决上述指出的或在本发明中任何部分指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1是本公开的发动机系统和燃料系统的示例性实施例的示意图。
图2是本公开的车辆的发动机系统和燃料系统的第二示例性实施例的示意图。
图3示出用于基于燃料系统中的燃料在第一和第二时间点时的燃料管路压力和燃料管路温度确定第一和第二时间点之间的自燃料系统和其高压部分及低压部分的气体燃料损失质量的示例性流程图。
图4示出用于基于燃料系统中的燃料在第一和第二时间点时的燃料管路压力和燃料管路温度确定第一和第二时间点之间的自燃料系统和其高压部分及低压部分的气体燃料损失质量的第二示例性流程图。
具体实施方式
图1和图2示出车辆系统6的示意图。车辆系统6包括发动机系统8、控制系统14以及燃料系统18。发动机系统8可以包括具有多个气缸30的发动机10。发动机10可以包括发动机进气口和发动机排气口。发动机进气口可以包括经由进气通道流体耦合至发动机进气歧管的节气门。发动机排气口可以包括通向排气通道的排气歧管，其通过排气控制装置经通道将排气引导至大气。应明白，其他组件可以被包括在发动机内，例如各种阀门和传感器。
燃料系统18可以包括一个或更多燃料箱。在所示示例中，燃料系统是包括燃料箱20的单燃料系统，燃料箱20被配置为沿第一燃料管路52输送具有第一化学和物理性质的第一燃料。燃料系统18还可以包括第二燃料箱，其被配置为沿第二燃料管路输送具有不同的第二化学和物理性质的第二燃料。各种燃料系统组件，例如各种阀门、调压器、过滤器以及传感器，可以沿燃料管路52耦合。燃料箱20可以容纳多种燃料或燃料混合物。例如，燃料可以是气体燃料，例如压缩天然气（CNG）或者液化石油气（LPS）。在第二燃料箱的示例中，第二燃料可以是液体燃料，例如汽油，具有一定范围的酒精浓度的燃料、各种乙醇-汽油燃料混合物（例如E10、E85）以及它们的组合。
存储在燃料箱20内的燃料可以经由燃料导轨123被输送至发动机气缸30的喷射器66。在燃料系统18包括直接喷射系统的一个示例中，喷射器66可以被配置为直接燃料喷射器。在替换实施例中，燃料系统18可以包括端口喷射系统，其中喷射器66可以被配置为端口燃料喷射器。在又一个实施例中，每个气缸可以包括一个或更多喷射器，包括直接喷射器和端口喷射器。燃料系统还可以包括调节燃料从燃料箱20至喷射器66的供应的一个或更多阀门。
直接喷射在高负荷状况期间提供多种优势。例如，在高负荷下，通过直接喷射以及高热蒸发引入氧化的液体燃料为增加的空气充气提供充气冷却，为燃烧温度控制提供稀释，以及抗爆震性能。另一方面，端口喷射可以在低负荷状况期间提供优势。例如，在低负荷下，通过进气口喷射引入高挥发性燃料可以使起动性增强，微粒排放减少，以及未汽化燃料较少。通过在速度负荷图的各种区域上使用直接或者端口喷射，可以使由两种系统提供的益处最大化。
在所示示例中，燃料管路52以及相关组件可以被配置为将气体燃料输送至发动机气缸。因此，燃料箱20可以耦合至调压器34和电磁阀36，从而能够以固定低压方式供应要被提供至喷射器66的燃料。箱阀32（例如，止回阀）可以设置在燃料箱20和调压器34之间，从而确保燃料从燃料箱正确流出。箱输出管路压力传感器33可以设置在调压器34的上游以及燃料箱20的下游，从而在调压器34调节压力之前提供燃料压力估计值。也就是，压力传感器33可以提供调压器34的较高压力侧上输入的燃料压力的估计值。装料口37可以设置在罐阀32的上游以及调压器34的下游，从而允许再加燃料。电磁阀36（也被称为锁定阀或者管阀）可以耦合在调压器34和燃料导轨123之间。在另一个示例中，如图2所示，调压器34可以耦合在电磁阀36和燃料导轨123之间。减压阀64可以耦合至燃料管路52，在调压器34的下游。
在一个示例中，燃料箱20可以存储压力范围为10-700巴的气体燃料（例如，LNG燃料为0-100+psi，ANG燃料为500psi，CNG燃料为3000-6000psi，以及氢燃料为5000-10000psi），而调压器34可以将燃料导轨压力调节至固定范围10-40bar（例如，CNG燃料为2-10bar）。另一个止回阀（未显示）可以耦合在调压器34的下游和燃料喷射器66的上游。因此，这种燃料系统18可以是非回流式燃料系统、回流式燃料系统或者各种其他类型的燃料系统。应明白，虽然本实施例将燃料系统18示为单燃料系统，但是在替换实施例中，燃料系统18可以是多燃料系统，其中发动机10被配置为以来自额外的燃料箱的液体燃料运行。
车辆系统6还可以包括控制系统14。控制系统14被示为接收来自多个传感器16（此处描述了多个传感器的各种示例）的信息，并且将控制信号发送至多个致动器81（此处描述了多个致动器的各种示例）。作为一个示例，传感器16可以包括进气口内的MAP和MAF传感器、位于排气口内的排气传感器和温度传感器、耦合至燃料导轨123并且被配置为提供燃料导轨压力的估计值的压力传感器102、耦合至燃料导轨123并且被配置为提供燃料导轨温度的估计值的温度传感器103、耦合至燃料箱20并且被配置为提供燃料箱温度的估计值的温度传感器114等。诸如压力、温度、燃料水平、空燃比的其他传感器以及合成传感器可以耦合至车辆系统6中的各个位置。作为另一个示例，致动器可以包括燃料泵21、燃料喷射器66、电磁阀36、调压器34、节气门62、箱阀32以及泄压阀64。控制系统14可以包括控制器12。控制器可以基于被编程到其中的对应一个或更多程序的指令或者代码接收来自各种传感器的输入数据、处理输入数据以及响应于所处理的输入数据而触发致动器。图3-4示出示例性程序。
图3示出具有气体燃料箱的车辆排放测试的示例性程序300。可以重复执行程序300，作为量化燃料质量损失的手段。在一个示例中，程序300在发动机关闭后可以运行24小时或者更多小时，从而量化每日循环中的蒸发排放。
程序300可以开始于305，在这里控制器12可以评估发动机10是否接通，例如执行燃烧。如果发动机接通，则程序300可以前进至306，在这里可以运行发动机接通子程序以诊断泄漏或者排放。图4中还描述了示例程序。在另一个示例中，程序300可以结束或者暂停，直到发动机关闭。
如果发动机已关闭（例如，处于静止，同时燃烧中断），则程序300可以前进至310，在这里控制器12可以评估FTIV32和LV36是否是关闭的。如果这些阀门中的一个或者两个未关闭，则程序300可以前进至320，在这里控制器12可以关闭FTIV以及LV，并且在程序300持续时间内维持这些阀门的关闭状态。如果在310处确定FTIV以及LV是关闭的，则程序300移至315，并且在程序300持续时间内维持这些阀门的关闭状态。在另一个示例中，如果另一个程序取代（override）程序300，并且造成FTIV或者LV打开，则程序300可以结束。
当FTIV32和LV36均关闭并且保持关闭时，程序300可以前进至325，在这里控制器325可以评估通过温度传感器103、114或者其他车载温度传感器所确定的燃料系统温度是否低于预定阈值。在发动机和燃料系统的温度已降低至明显低于发动机接通时发动机和燃料系统的工作温度的阈值之下的情况中，程序300可以提供最准确的结果。如果确定燃料系统温度低于所述阈值和稳定性（例如，在阈值时间内，例如1小时，改变没有超过10%），则程序300可以前进至335。如果确定燃料系统温度高于所述阈值，则程序300可以前进至330。这可能出现在当发动机最近已关闭的情形中。在330处，控制器12可以通过在发动机关闭后维持发动机关闭状况持续预定时间段，以此允许温度平衡至低于预定阈值的值。在一个示例中，时间段可以是三个小时。在另一个示例中，控制器12可以重复读取由温度传感器103、114或者其他车载温度传感器所评估的燃料系统温度，直到温度平衡于或者降低至低于所述阈值的值。当燃料系统温度到达所述阈值或者在发动机关闭后经历预定时间段时，程序300可以前进至335。
在335处，控制器12可以读取燃料管路52的高压部分或者燃料系统18在调节器34上游的另一部分中的气体燃料的温度和压力，并且读取燃料管路52的低压部分或者燃料系统18在调节器34下游的另一部分的气体燃料的温度和压力。读取时间可以被指定为第一或初始时间点。可以由压力传感器102或者另一车载传感器评估初始时间点时的低压部分的压力，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为PLP i。可以由温度传感器103或者另一车载传感器评估初始时间点时的低压部分的温度，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为TLP i。在一些示例中，可以由耦合在调压器和燃料喷射器之间的第一压力传感器和第一温度传感器估计燃料系统低压部分的温度和压力。可以由压力传感器33或者另一车载传感器评估初始时间点时的高压部分的压力，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为PHP i。可以由温度传感器114或者另一车载传感器评估初始时间点时的高压部分的温度，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为THP i。在一个示例中，可以由耦合在调压器和燃料箱之间的第二压力传感器和第二温度传感器估计燃料系统高压部分的温度和压力。当所述测量已经进行并且所述值已经获得时，程序300可以移至340。在另一个示例中，控制器12还可以读取由燃料箱压力和温度传感器评估的燃料箱内的气体燃料的温度和压力。控制器12可以将在初始时间点得到的燃料箱压力值指定为PTANK i以及可以将在初始时间点得到的燃料箱温度值指定为TTANK i。
在340处，控制器12获取在初始时间点得到的压力和温度测量结果，并且用它们计算在所述时间点的高压部分和低压部分中的所包括的燃料的摩尔量，考虑燃料系统各部分的容积（其分别被指定为VHP和VLP）以及气体常数R。低压部分所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nLP i，并且由公式nLP i=PLP iVLP/RTLP i确定。高压部分所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nHP i，并且由公式nHP i=PHP iVHP/RTHP i确定。高压部分和低压部分所包括的气体燃料的总摩尔量可以被指定为nT i，并且由公式nT i=nLP i+nHP i确定。
在控制器12已读取燃料箱内的气体燃料的温度和压力的示例中，控制器可以计算燃料箱内所包括的气体燃料的摩尔量。燃料箱内所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nLP i，并且由公式nTANK i=PTANK iVTANK/RTTANK i确定。燃料系统内所包括的气体燃料的总摩尔量可以被指定为nT i，并且因此由公式nT i=nLP i+nHP i+nTANK i确定。当控制器12完成初始时间点处的一组计算时，程序300可以移至345。
在345处，控制器12可以维持FTIV和LV36的关闭状态，并且维持车辆的发动机关闭状况持续预定持续时间。在一个示例中，根据完成国家或者地方法律所要求的每日排放测试的需要，该持续时间可以是24小时或者更长。当预定持续时间已过去，阀门保持密闭而没有变得不密闭，并且发动机保持关闭而没有打开时，程序300可以前进至350。
在350处，控制器12可以读取燃料管路52的高压部分或者燃料系统18在调节器34上游的另一部分中的气体燃料的温度和压力，并且读取燃料管路52的低压部分或者燃料系统18在调节器34下游的另一部分中的气体燃料的温度和压力。读取时间可以被指定为第二或最终时间点。可以由压力传感器102或者另一车载传感器评估最终时间点时的低压部分的压力，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为PLP f。可以由温度传感器103或者另一车载传感器评估最终时间点时的低压部分的温度，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为TLP f。可以由压力传感器33或者另一车载传感器评估最终时间点时的高压部分的压力，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为PHP f。可以由温度传感器114或者另一车载传感器评估最终时间点时的高压部分的温度，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为THP f。当所述测量已经进行并且所述值已经获得时，程序300可以移至355。在另一个示例中，控制器12还可以读取由燃料箱压力和温度传感器评估的燃料箱内的气体燃料的温度和压力。控制器12可以将在最终时间点得到的燃料箱压力值指定为PTANK f以及可以将在最终时间点得到的燃料箱温度值指定为TTANK f。
在355处，控制器12获取在最终时间点得到的压力和温度测量结果，并且用它们计算在所述时间点时的高压部分和低压部分中所包括的燃料的摩尔量，考虑燃料系统各部分的容积（其分别被指定为VHP和VLP）以及气体常数R。低压部分所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nLP f，并且由公式nLP f=PLP fVLP/RTLP f确定。高压部分所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nHP f，并且由公式nHP f=PHP fVHP/RTHP f确定。高压部分和低压部分所包括的气体燃料的总摩尔量可以被指定为nT f，并且由公式nT f=nLP f+nHP f确定。
在控制器12已读取燃料箱内的气体燃料的温度和压力的示例中，控制器可以计算燃料箱内所包括的气体燃料的摩尔量。燃料箱内所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nTANK f，并且由公式nTANK f=PTANK fVTANK/RTTANK f确定。燃料系统内所包括的气体燃料的总摩尔量可以被指定为nT f’，并且因此由公式nT f’=nLP f+nHP f+nTANK f确定。当控制器12完成在初始时间点处的一组计算时，程序300可以移至360。
在360处，控制器12可以使用所包括的气体燃料的初始摩尔量和最终摩尔量来确定在燃料系统各部分之间是否存任何质量流或者来自燃料系统的质量损失。低压部分所包括的气体燃料的摩尔量的变化可以被指定为nLP Δ并且由公式nLP Δ=nLP i-nLP f确定。高压部分所包括的气体燃料的摩尔量的变化可以被指定为nHP Δ并且由公式nHP Δ=nHP i–nHP f确定。高压部分和低压部分所包括的气体燃料的总摩尔量的变化可以被指定为nT Δ并且由公式nT Δ=nT i–nT f确定。正nΔ值指示从系统或者系统的一部分泄漏。负nΔ值指示泄漏至系统或者系统的一部分。
在控制器12已计算燃料箱内所包括的气体燃料的初始摩尔量和最终摩尔量的示例中，控制器可以使用所述量来计算所述燃料箱内的摩尔量的变化。低压部分所包括的气体燃料的摩尔量的变化可以被指定为nTANK Δ并且由公式nTANK Δ=nTANK i-nTANK f确定。然后程序300可以移至365。
在365处，控制器12可以比较nT Δ和第一阈值（Thr1）。在一个示例中，Thr1可以被设置在轻微的每日泄漏的极限处。如果nT Δ大于Thr1，则程序300可以移至375。在375处，控制器12可以指示已检测到轻微的每日泄漏。在一个示例中，可以照亮故障指示灯，从而警告操作者维修车辆。接下来，程序300可以移至377，在这里控制器12可比较nT Δ和第二阈值（Thr2）。在一个示例中，Thr2可以被设置在严重的每日泄漏的极限处。如果nT Δ小于Thr2，则程序300可以结束。如果nT Δ大于Thr2，则程序300可以移至380。在380处，控制器12可以指示已检测到严重的每日泄漏。在一个示例中，可以照亮故障指示灯，从而警告操作者维修车辆。控制器12还可以关闭FTIV32和LV36。然后程序300可以结束。在另一个示例中，严重的每日泄漏指示会使控制器12限制车辆操作，直到车辆被维修。
返回至365，如果nT Δ小于Thr1，则控制器12可以移至370。在370处，控制器12可以确定燃料管路的高压部分和低压部分之间或者燃料箱和高压部分之间是否存在内部泄漏。在一个示例中，nT Δ=0，但nLP Δ约等于-nHP Δ。这可以指示从燃料管路的高压部分通过调节器或者管阀至燃料管路的低压部分的泄漏。在另一个示例中，nT Δ=0，但nHP Δ约等于-nTANK Δ。这可以指示从燃料箱通过燃料箱隔离阀至燃料管路的高压部分的泄漏。如果指示内部泄漏，则程序300可以移至372。如果未指示内部泄漏，则程序300可以结束。如果程序300移至372，则控制器12可以关闭所涉及的阀门并且指示故障。然后，程序300可以结束。
在另一个示例中，初始时间点和对应的压力和温度测量可以在车辆运行或者最近停止时进行。图4示出对带有气体燃料箱的车辆进行排放测试的示例性程序400。可以重复执行程序400，作为量化燃料质量损失的手段。在一个示例中，程序400可以在发动机关闭后运行24小时或者更多小时，从而量化每日循环中的蒸发排放。程序400可以作为程序300的子程序或者作为独立程序运行。
程序400可以开始于410，在这里控制器12可以读取由车载传感器评估的车辆、发动机和/或燃料系统的工况。接下来，在420处，控制器12可以使用工况来确定燃料系统关闭是否是即将发生的。为了程序400运行至完成，需要关闭FTIV32和LV36。在420处，控制器12可以确保关闭所述阀门将不会干扰车辆操作。在一个示例中，可以停止运行车辆，但是车辆温度并未平衡至运行程序300所需的阈值以下。在另一个示例中，车辆可以是静止的并且进入停车模式。在另一个示例中，车辆可以是混合动力车辆，并且运行在发动机关闭模式中或者转变为仅马达模式。在另一个示例中，车辆可以具有多个燃料箱，并且使用第二燃料箱或者转变为仅第二燃料箱模式。
如果燃料系统关闭不是即将发生的，则程序400可以结束。如果控制器12确定燃料系统关闭是即将发生的，并且车辆操作不会受到关闭FTIV32或者管阀36的影响，则程序400可以前进至430。在430处，控制器12可以关闭FTIV32和LV36，并且可以维持所述阀门的关闭状态持续程序400的持续时间。然后程序400可以前进至435。
在435处，控制器12可以读取燃料管路52的高压部分或者燃料系统18在调节器34上游的另一部分中的气体燃料的温度和压力，并且读取燃料管路52的低压部分或者燃料系统18在调节器34下游的另一部分中的气体燃料的温度和压力。读取时间可以被指定为第一或初始时间点。可以由压力传感器102或者另一车载传感器评估初始时间点时的低压部分的压力，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为PLP i。可以由温度传感器103或者另一车载传感器评估初始时间点时的低压部分的温度，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为TLP i。可以由压力传感器33或者另一车载传感器评估初始时间点时的高压部分的压力，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为PHP i。可以由温度传感器114或者另一车载传感器评估初始时间点时的高压部分的温度，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为THP i。当所述测量已进行并且所述值已获得时，程序400可以移至440。在另一个示例中，控制器12还可以读取由燃料箱压力和温度传感器评估的燃料箱内的气体燃料的温度和压力。控制器12可以将在初始时间点得到的燃料箱压力值指定为PTANK i以及可以将在初始时间点得到的燃料箱温度值指定为TTANK i。
在440处，控制器12可以获取在初始时间点得到的压力和温度测量结果，并且用它们计算在所述时间点时的高压部分和低压部分中所包括的燃料的摩尔量，考虑燃料系统各部分的容积（其分别被指定为VHP和VLP）以及气体常数R。低压部分所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nLP i并且由公式nLP i=PLP iVLP/RTLP i确定。高压部分所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nHP i并且由公式nHP i=PHP iVHP/RTHP i确定。高压部分和低压部分所包括的气体燃料的总摩尔量可以被指定为nT i并且由公式nT i=nLP i+nHP i确定。
在控制器12已读取燃料箱内的气体燃料的温度和压力的示例中，控制器可以计算燃料箱内所包括的气体燃料的摩尔量。燃料箱内所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nLP i并且由公式nTANK i=PTANK iVTANK/RTTANK i确定。燃料系统内所包括的气体燃料的总摩尔量可以被指定为nT i，并且因此由公式nT i=nLP i+nHP i+nTANK i确定。当控制器12完成在初始时间点处的一组计算时，程序400可以移至445。
在445处，控制器12可以维持FTIV和LV36的关闭状态。在发动机在初始时间点运行的情形中，控制器可以等待指示发动机已关闭的信号，或者控制器可以指示关闭程序应当发生。当发动机已停止运行时，或者在发动机在初始时间点时关闭的情形中，控制器可以维持车辆发动机关闭状况持续预定持续时间。在一个示例中，根据完成国家或者地方法律所要求的每日排放测试的需要，该持续时间可以是24小时或者更长。当预定持续时间已过去，并且阀门保持密闭而没有变得不密闭，且发动机保持关闭而没有打开时，程序400可以前进至450。
在450处，控制器12可以读取燃料管路52的高压部分或者燃料系统18在调节器34上游的另一部分中的气体燃料的温度和压力，并且读取燃料管路52的低压部分或者燃料系统18在调节器34下游的另一部分中的气体燃料的温度和压力。读取时间可以被指定为第二或最终时间点。可以由压力传感器102或者另一车载传感器评估最终时间点时的低压部分的压力，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为PLP f。可以由温度传感器103或者另一车载传感器评估最终时间点时的低压部分的温度，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为TLP f。可以由压力传感器33或者另一车载传感器评估最终时间点时的高压部分的压力，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为PHP f。可以由温度传感器114或者另一车载传感器评估最终时间点时的高压部分的温度，并由控制器12读取，控制器12可以将该值指定为THP f。当所述测量已进行并且所述值已获得时，程序400可以移至455。在另一个示例中，控制器12还可以读取由燃料箱压力和温度传感器评估的燃料箱内的气体燃料的温度和压力。控制器12可以将在最终时间点得到的燃料箱压力值指定为PTANK f以及可以将在最终时间点得到的燃料箱温度值指定为TTANK f。
在455处，控制器12获取在最终时间点得到的压力和温度测量结果，并且用它们计算在所述时间点时的高压部分和低压部分中所包括的燃料的摩尔量，考虑燃料系统各部分的容积（其分别被指定为VHP和VLP）以及气体常数R。低压部分所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nLP f并且由公式nLP f=PLP fVLP/RTLP f确定。高压部分所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nHP f并且由公式nHP f=PHP fVHP/RTHP f确定。高压部分和低压部分所包括的气体燃料的总摩尔量可以被指定为nT f并且由公式nT f=nLP f+nHP f确定。
在控制器12已读取燃料箱内的气体燃料的温度和压力的示例中，控制器可以计算燃料箱内所包括的气体燃料的摩尔量。燃料箱内所包括的气体燃料的摩尔量可以被指定为nTANK f并且由公式nTANK f=PTANK fVTANK/RTTANK f确定。燃料系统内所包括的气体燃料的总摩尔量可以被指定为nT f’，并且因此由公式nT f’=nLP f+nHP f+nTANK f确定。当控制器12完成在初始时间点处的一组计算时，程序400可以移至460。
在460处，控制器12可以使用所包括的气体燃料的初始摩尔量和最终摩尔量来确定燃料系统各部分之间是否存在任何质量流或者自燃料系统的质量损失。低压部分所包括的气体燃料的摩尔量的变化可以被指定为nLP Δ并且由公式nLP Δ=nLP i-nLP f确定。高压部分所包括的气体燃料的摩尔量的变化可以被指定为nHP Δ并且由公式nHP Δ=nHP i–nHP f确定。高压部分和低压部分所包括的气体燃料的总摩尔量的变化可以被指定为nT Δ并且由公式nT Δ=nT i–nT f确定。
在控制器12已计算燃料箱所包括的气体燃料的初始摩尔量和最终摩尔量的示例中，控制器可以使用所述量来计算所述燃料箱内的摩尔量的变化。低压部分所包括的气体燃料的摩尔量的变化可以被指定为nTANK Δ并且由公式nTANK Δ=nTANK i-nTANK f确定。然后程序400可以移至465。
在465处，控制器12可以比较nT Δ和第一阈值（Thr1）。在一个示例中，Thr1可以被设置在轻微的每日泄漏的极限处。如果nT Δ大于Thr1，则程序400可以移至475。在475处，控制器12可以指示已检测到轻微的每日泄漏。在一个示例中，可以照亮故障指示灯，从而警告操作者维修车辆。接下来程序400可以移至477，在这里控制器12可以比较nT Δ和第二阈值（Thr2）。在一个示例中，Thr2可以被设置在严重的每日泄漏的极限处。如果nT Δ小于Thr2，则程序400可以结束。如果nT Δ大于Thr2，则程序400可以移至480。在480处，控制器12可以指示已检测到严重的每日泄漏。在一个示例中，可以照亮故障指示灯，从而警告操作者维修车辆。控制器12可以关闭FTIV32和LV36。然后程序400可以结束。在另一个示例中，严重的每日泄漏的指示会使控制器12限制车辆操作，直到车辆被维修。
返回至465，如果nT Δ小于Thr1，则控制器12可以移至470。在470处，控制器12可以确定燃料管路的高压部分和低压部分之间或者燃料箱和高压部分之间是否存在内部泄漏。在一个示例中，nT Δ=0，但nLP Δ接近-nHP Δ。这可以指示从燃料管路的高压部分通过调节器或者管阀至燃料管路的低压部分的泄漏。在另一个示例中，nT Δ=0，但nHP Δ约等于-nTANK Δ。这可以指示从燃料箱通过燃料箱隔离阀至燃料管路的高压部分的泄漏。如果指示内部泄漏，则程序400可以移至472。如果未指示内部泄漏，则程序400可以结束。如果程序400移至472，则控制器12可以关闭所涉及的阀门并且指示故障。然后，程序400可以结束。
图3和图4所示的程序可以用于确定每日循环中的蒸发排放，并且还可以用于确定轻微的或者严重的泄漏的起点，并且还可以用于确定FTIV和LV是否被完全密闭。在无泄漏并且两个阀门均被完全密闭的示例中，整个系统内所包括的气体燃料的总质量（nT）从第一时间点到第二时间点不会改变（nT Δ=0和/或nT Δ’=0）。在该示例中，nLP Δ、nHP Δ和nTANK Δ也可以约等于0，因为当阀门被密闭时，不应该有气体燃料在燃料系统各部分之间移动。虽然程序可以提供各种形式以便指示退化，但指示还可以包括其他信息。例如，退化系统可以指示燃料系统的哪一部分已损失超过阈值量的质量，并且可以依据图3-4的确定，指示从燃料系统损失的质量是从燃料系统的高压部分损失的和/或从燃料系统的低压部分损失的。注意到，虽然上述示例示出基于绝对等式的计算，但是参数之间的差落入阈值例如5%内可以认为是基本相等并且满足所认定的条件。
在一个示例中，泄漏可能出现在燃料系统的高压部分内。在该情况中，如果两个阀门均完全密闭，则从第一时间点至第二时间点，整个系统内所包括的气体燃料的总质量（nT）会下降。(nT Δ>0和/或nT Δ’>0)。另外，从第一时间点至第二时间点，高压部分所包括的气体燃料的总质量（nHP）会下降（nHP Δ>0），而在该示例中nLP Δ和nTANK Δ可以约等于0，因为当阀门被密闭时气体燃料不应该在燃料系统各部分之间移动。
在另一个示例中，泄漏可能出现在燃料系统的低压部分内。在该情况中，如果两个阀门均完全密闭，则从第一时间点至第二时间点，整个系统内所包括的气体燃料的总质量（nT）会下降。(nT Δ>0和/或nT Δ’>0)。另外，从第一时间点至第二时间点，低压部分所包括的气体燃料的总质量（nLP）会下降（nLP Δ>0），而在该示例中nHP Δ和nTANK Δ可以约等于0，因为当阀门被密闭时气体燃料不应该在燃料系统各部分之间移动。
在另一个示例中，泄漏可能出现在燃料箱内。在该情况中，如果两个阀门均完全密闭，则从第一时间点至第二时间点，整个系统内所包括的气体燃料的总质量（nT）会下降。(nT Δ’>0)。另外，从第一时间点至第二时间点（nTANK Δ>0），燃料箱内所包括的气体燃料的总质量（nTANK）会下降，而在该示例中nHP Δ和nLP Δ可以约等于0，因为当阀门被密闭时气体燃料不应该在燃料系统各部分之间移动。
在又一个示例中，FTIV可能泄漏或者不会形成完全密闭。如果LV是完全密闭的，则在该示例中nLP Δ可以约等于0，因为当LV被密闭时，气体燃料不应该在燃料系统的高压部分和低压部分之间移动。在该示例中，nTANK Δ可以大于0，从而指示自燃料箱的泄漏。在该示例中，nHP Δ可以小于0，从而指示泄漏至燃料系统的高压部分。在记录了燃料箱压力和温度的系统中，nTANK Δ可以约等于-nHP Δ。另外，nT Δ’可以约等于0，因为不应当有气体燃料从系统漏出。在仅记录高压部分和低压部分的压力和温度的系统中，nT Δ可以小于0，从而指示从燃料箱泄漏至高压部分的气体燃料增加。
在另一个示例中，LV可能泄漏或者不会形成完全密闭。如果FTIV是完全密闭的，则在该示例中nTANK Δ可以约等于0，因为在FTIV被密闭时，气体燃料不应在燃料箱和燃料系统的高压部分之间移动。从第一时间点到第二时间点，整个系统内所包括的气体燃料的总质量（nT）不会改变（nT Δ=0和/或nT Δ’=0），因为不应有气体燃料从系统漏出。在该示例中，nHP Δ可以大于0，从而指示从燃料系统的高压部分泄漏。在该示例中，nLP Δ可以小于0，从而指示泄漏至燃料系统的低压部分。
燃料系统的配置和实际使用可能需要被引入到程序300和400的其他控制或者子程序，或者其等效物。例如，装料口37在每日循环过程中可能是打开的。这可能是为了再加燃料，这会导致FTIV打开。这可能会造成燃料箱内的气体燃料的总质量变化，并且还可能造成燃料系统的高压部分内的气体燃料的总质量变化。燃料箱和燃料系统高压部分内的压力也可能变化。装料口的打开可能会导致正在进行的程序结束。替换地，控制器12可以向用户指示程序正在进行，并且建议不要打开装料口。替换地，控制器12可以维持装料口处于关闭配置，直到完成程序。在另一个示例中，可以继续程序，但是从燃料箱和高压部分收集的数据可能是无效的。从低压部分收集的数据可以用于检测外部泄漏（nLP Δ可以大于0）或者LV故障（nLP Δ可以小于0）。
如图2所示，一些燃料系统配置可以包含泄压阀（PRV）64。在一个示例中，控制器12可以维持PRV处于关闭配置，直到完成程序。在另一个示例中，控制器12可以读取由压力传感器102或者另一车载传感器评估的燃料系统的低压部分的压力，并且比较压力读数和预定阈值。如果压力高于所述阈值，则控制器12可以在进行第一压力测量和第一温度测量之前打开PRV。在又一个示例中，在程序期间打开PRV可能导致程序结束，并且指示质量释放。
泄漏的或者放任的（permissive）调节器也会影响计算。如图1所示，一些燃料系统配置可以将调节器34放置在压力传感器33下游和LV36上游。每日循环期间气体燃料通过调节器泄漏会减少系统高压部分中的气体燃料的总质量，并且在恒温下，会减少系统高压部分的压力，因为气体燃料泄漏至调节器34和LV36之间的燃料管路部分（nHP Δ可以大于0）。在该示例中，尽管无燃料从系统泄漏，但是控制器12可能指示轻微的或者严重的每日泄漏。替换地，控制器可以考虑调节器和LV之间的燃料管路的容积，并且确定泄漏的调节器对高压部分所含的总质量的影响。控制器可以比较nHP Δ和指示泄漏的调节器的值的范围，并且如果nHP Δ落入所述范围内，则指示特定故障。替换地，如果气体燃料在调节器和LV之间积累，则打开LV可能造成气体燃料流至燃料系统的低压部分。控制器12可以读取由压力传感器102或者另一个车载传感器所评估的压力值，从而确定燃料系统低压部分的压力变化是否落入指示该事件的值的范围内。
如图2所示，一些燃料系统配置可以将调节器34放置在LV36下游。每日循环期间气体燃料通过调节器泄漏会增加燃料系统低压部分的气体燃料的总质量，并且在恒温下，会增加由压力传感器102或者另一个车载传感器所评估的低压部分的压力（nLP Δ可以小于0）。控制器12可以考虑LV和调节器之间的燃料管路的容积，并且确定泄漏的调节器对低压部分的总质量的影响。如果在燃料系统高压部分中没有评估到总质量变化，则控制器12可以指示调节器故障。指示故障的调节器可能导致控制器12限制车辆操作，直到维修车辆。
图1和图2示出包含燃料箱20和可以耦合至FTIV32下游的燃料管路的压力传感器33的燃料系统18。在该示例中，需要打开FTIV，以获得燃料箱压力读数。控制器12可以执行包含以下步骤的子程序：打开FTIV，读取第一燃料箱压力和第一燃料箱温度，以及关闭FTIV。可以在维持FTIV和LV的关闭状态之前，例如在程序300的315之前，执行该子程序。在该示例中，控制器12可以执行包括以下步骤的另一个子程序：打开FTIV，读取第二燃料箱压力和第二燃料箱温度，以及关闭FTIV。可以在完成每日循环以及读取PHP f之后，例如在程序300的350之后，执行该子程序。
虽然给定的示例涉及图1和图2所示的燃料系统，但是应注意，此处所述的方法可以应用至高压部分与低压部分流体连通的任何燃料系统，整个方法包含：针对高压部分和低压部分中的每一个，根据所包括的燃料在第一时刻的温度和压力产生第一信号，该第一信号随着所包括的燃料质量的增加而增加；然后，针对高压部分和低压部分中的每一个，根据所包括的燃料在第二时刻的温度和压力产生第二信号，该第二信号随着所包括的燃料质量的增加而增加；接下来，针对高压部分和低压部分中的每一个，根据每个部分中所包括的燃料质量的变化产生第三信号，该第三信号随着燃料质量的增加而增加，质量的变化是在第一和第二时刻产生的信号的函数。本方法还可以包含根据系统所包括的燃料质量的变化产生第四信号，该信号随着燃料质量的增加而增加，质量变化是在第一和第二时刻产生的信号的函数。然后，本方法可以比较所产生的信号和气体燃料泄漏的阈值，从而例如当第四信号大于第一阈值时指示故障。
在另一个示例中，当低压系统的第三信号约等于高压系统的第三信号的负值时，可以指示管阀退化。在低压系统的第三信号约等于第四信号的另一个示例中，自低压部分的质量损失可以归因于喷射器尖端泄漏。本方法可以包含产生第五信号，该第五信号随着在第一和第二时刻之间的持续时间内扩散至大气的燃料质量的增加而增加。
在另一个示例中，为燃料系统所产生的信号可以用于产生随着每天净质量损失的增加而增加的信号。这个每天净质量损失信号可以与阈值比较，当信号大于所述阈值时指示故障。
如果高压容积增加质量，则箱阀具有小的内部泄漏。这会干扰控制器测量高压容积内相对小的泄漏的能力。
如果高压容积失去质量，而低压容积增加质量，则这是调节器或者管路电磁阀泄漏。这不是问题，除非调节器和电磁阀都泄漏，使得导轨过度加压。
如果系统的高压部分失去质量，而系统的低压部分显示恒定质量，则高压系统正在泄漏至大气。最可能的泄漏点是填补容器，但是其他泄漏也可能发生。
如果系统低压部分增加质量，而系统高压部分失去同等质量，则调节器可能具有内部泄漏或者电磁阀可能正在泄漏。如果泄漏量明显增加燃料导轨内的压力，则这可能是有问题的。如果系统的低压部分增加质量，而系统的高压部分保持不变，则低压部分所增加的质量可能来自燃料箱，这可能指示箱阀、电磁管阀以及调节器内部正在泄漏。
自系统的低压部分的泄漏可能指示外部泄漏，然而气体燃料可能被保留在进气歧管若干天。为了确定漏至大气的实际损失，控制器可以将低通滤波器应用到所计算的每日损失，从而计算平均每日损失。在燃料导轨一天过程内注入进气歧管的情形中，每日损失的峰值可能仅是当天损失的一部分。
应明白，此处的配置和程序本质上是示例性的，并且这些特定的实施例不应被视作限制意义，因为各种变体是可能的。本公开的主题包括此处讨论的各种系统和配置，以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
下列权利要求特别指出视作新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。权利要求可能引用“一个”元件或“第一”元件或其等效物。此类权利要求应理解成包括一个或更多此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多此类元件。可以通过修改当前的权利要求或者通过在此或相关申请中呈现新的权利要求来主张特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合。这类权利要求，无论与原始权利要求相比在范围上是更宽、更窄或者相同或不同，仍被视作包括于本公开的主题内。

Claims (9)

1.一种用于气体燃料损失检测的方法，其包含：
针对包括气体燃料的燃料系统的燃料箱部分、高压部分和低压部分中的每一个，基于所述燃料系统的质量损失指示外部泄漏，所述质量损失基于总质量的变化，所述总质量包括基于在发动机关闭状况后根据第一和第二时刻的相应的温度和压力分别跟踪的每个部分中的燃料质量的和，
基于所述总质量的变化为零且所述高压部分的燃料质量的变化与所述低压部分的燃料质量的变化的负值相等、或基于所述总质量的变化为零且所述高压部分的燃料质量的变化与所述燃料箱部分的燃料质量的变化的负值相等，指示内部泄漏；
在每个燃料质量的跟踪期间，燃料罐和燃料导轨之间的调压器与所述燃料罐之间的燃料箱隔离阀、和所述调压器与所述燃料导轨之间的燃料管阀保持关闭。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体燃料是CNG燃料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机关闭状况包括停止所述气体燃料燃烧。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机关闭状况包括所述发动机处于静止。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机关闭状况包括车辆关闭状况。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一时刻是在发动机停止运行之后多于3小时，其中所述第二时刻是在所述第一时刻之后多于24小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料系统的所述高压部分和低压部分由调压器分开。
8.根据权利要求1所述的方法，其中通过关闭燃料管阀隔离所述燃料系统的所述低压部分，通过进一步关闭燃料箱隔离阀隔离所述燃料系统的所述高压部分。
9.根据权利要求6所述的方法，其中在所述第一时刻之前，控制器关闭所述燃料箱隔离阀和燃料管阀，并且其中在所述第一和第二时刻之间，控制器保持关闭所述燃料箱隔离阀和燃料管阀。
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