CN104508279A - 用于控制气体燃料内燃机内的燃料压力的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制消耗一种气体燃料和一种液体燃料的内燃机内的燃料压力的方法包括以下步骤：按照发动机运行条件的一个函数确定一个气体燃料压力目标值；基于气体燃料压力目标值将液体燃料加压到一个液体燃料压力；以及，根据液体燃料压力调节气体燃料压力，以使得气体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于气体燃料压力目标值。

Description

用于控制气体燃料内燃机内的燃料压力的方法和装置
技术领域
本申请涉及一项控制气体燃料内燃机内的燃料压力的技术。该技术包含：根据发动机运行条件确定一个气体燃料压力目标值，并且基于该目标值控制一个液体燃料泵送装置。
背景技术
天然气可以替代柴油被用来给柴油循环发动机供应燃料，以获得排放利益和经济利益。在这些发动机中，已知的是，使用柴油作为一种导燃燃料，因为天然气的自动点火温度显著高于柴油的自动点火温度。少量的柴油——通常是引入燃烧室的总燃料的大约5％——连同天然气一起被喷射，其中天然气是主要燃料。柴油由于压缩热而着火，接下来天然气由于柴油的燃烧而被点火。
双燃料喷射器单独地喷射两种燃料进入内燃机的燃烧室。特别地，这两种燃料可以是受控量的一种液体导燃燃料(如柴油)和一种气体燃料(如天然气)。连同本申请一起由申请人共同拥有的于2002年1月8日颁发的美国专利No.6,336,598(’598专利)，公开了这样一种液压致动的双燃料喷射器。该燃料喷射器包括一个喷射器主体，以及液压流体入口、液体燃料入口和气体燃料入口。液压流体入口使加压的液压流体能够被引入喷射器主体的内部。喷射器内的液体密封阻止高压气体燃料泄漏到液压致动流体中。该液体密封被充满加压的液压流体，该加压的液压流体基本上被限制在该液体密封内。该液压流体具有足够的压力以维持密封并阻止气体燃料泄漏到液压流体中。在一个优选的实施方案中，液体导燃燃料和液压流体是相同的，并且均被从柴油公共轨道(diesel common rail)供应给双燃料喷射器。当导燃燃料被用于密封时，将气体燃料加压到一个稍微低于导燃燃料的压力的压力，以阻止气体燃料泄漏通过喷射器内的流体密封腔。
如也被申请人共同拥有的于2001年10月9日颁发的美国专利No.6,298,833(’833专利)中公开的，已知动态地控制密封流体压力以确保，对于所有发动机运行条件，气体燃料压力都稍微低于导燃燃料压力。一个压力平衡系统——其包含一个压力平衡设备如一个圆顶加载调节器(dome-loaded regulator)——减小双燃料喷射器内使用的密封流体(导燃燃料)和气体燃料之间的压力差。同时，压力平衡系统动态地平衡密封流体压力，以使得气体燃料压力等于或者稍微低于在喷射阀内的导燃燃料的压力。气体燃料和导燃燃料之间的压力差可以在发动机转速、发动机负荷和燃料切断条件的整个运行范围内被维持，以便阻止可压缩的气体燃料泄漏到导燃燃料中。气体燃料和导燃燃料之间的减小的压力差还使导燃燃料到气体燃料的泄漏减少。
用于采用’598专利的类型的双燃料喷射器并且采用柴油作为导燃燃料的天然气发动机的现有标定技术，致力于对在发动机的整个运行范围支持排放要求和燃料利用率要求所需的柴油轨道压力的标定。这些技术的前提之一是，集成到基于柴油轨道压力运行的基本的柴油发动机的控制系统中。然而，在根据柴油轨道压力调节天然气轨道压力的系统中，例如’833专利中公开的，已经观察到，柴油轨道和天然气轨道之间的压力差是不一致的。从单元到单元的变化和系统的老化导致导燃燃料和天然气之间的压力差从发动机到发动机改变且随着时间而改变。这导致排放、燃料利用率和发动机转矩目标相对于所预期的变化。由于天然气是确定排放和燃料利用率的主要燃料，当在标定发动机上标定柴油轨道压力时，在实际实践中柴油压力是基于满足排放和燃料利用率目标的天然气压力而确定的。然而，由于柴油轨道和天然气轨道之间的压力差从发动机到发动机变化且随着时间而变化，那么天然气轨道压力也会相对于在标定发动机上的变化。结果，发动机往往运行在接近于但不在如下的气体轨道压力下，该气体轨道压力在一个满足最优的排放和燃料利用率目标的优选容差范围内。
本方法和装置提供了一项改进的技术，用于控制气体燃料内燃机内的燃料压力。
发明内容
一种用于控制消耗一种气体燃料和一种液体燃料的内燃机内的燃料压力的改进方法，包括：按照发动机运行条件的一个函数确定一个气体燃料压力目标值；基于气体燃料压力目标值将液体燃料加压到一个液体燃料压力；以及，根据液体燃料压力调节气体燃料压力，以使得气体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于气体燃料压力目标值。气体燃料可以是天然气，或可以选自由甲烷、丙烷、丁烷、乙烷和氢组成的组。液体燃料可以是柴油。发动机运行条件包括发动机转速、发动机转矩和基本的发动机燃料供给量(fuelling quantity)中至少一个。气体燃料压力目标值在一个标定发动机上被标定以优化至少一个发动机参数，该发动机参数可以是排放、燃料利用率和发动机转矩以及其他常见的发动机参数。
在一方面，该方法还包括：测量气体燃料压力；以及，对液体燃料加压以使得测得的气体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于气体燃料压力目标值。
在另一方面，该方法还包括：按照气体燃料压力目标值和液体燃料压力与气体燃料压力之间的一个标称压力差的一个函数计算一个液体燃料压力目标值；以及，对液体燃料加压以使得液体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于液体燃料压力目标值。液体燃料压力目标值可以被存储在一个由代表发动机运行条件的参数索引的表格中。
在另一方面，该方法还包括：确定液体燃料压力和气体燃料压力之间的一个实际压力差；以及，在计算液体燃料压力目标值时采用该实际压力差替代标称压力差。实际压力差可以被存储，例如，存储在一个发动机控制器的一个存储器内；而且在计算液体燃料压力目标值时可以采用存储的实际压力差替代标称压力差。在气体燃料压力下的气体燃料和在液体燃料压力下的液体燃料可以被输送到一个喷射阀，而且液体燃料可以为喷射阀内的气体燃料形成一个流体密封。该气体燃料压力目标值可以是多个气体燃料压力目标值中的一个，而且每个气体燃料压力目标值可以通过一个由发动机运行条件参数化的数学函数和一个由发动机运行条件索引的表格中的至少一个，与一个相应的发动机运行条件相关联。该气体燃料压力目标值可以通过在该表格中的至少两个气体燃料压力目标值之间内插来确定。
在另一方面，该方法还包括：独立于液体燃料压力、可变化地调节气体燃料压力；以及，控制液体燃料压力和气体燃料压力之间的一个压力差，例如基于发动机运行条件。
在另一方面，确定气体燃料压力目标值的步骤包括：按照发动机运行条件的函数确定一个标定的液体燃料压力目标值，气体燃料压力目标值在一个预先确定的容差范围内等于标定的液体燃料压力目标值和一个标定的压力差之间的差，该标定的压力差是液体燃料标定压力与气体燃料标定压力之间的标定的压力差，而且在这一方面，该方法还包括：确定液体燃料压力和气体燃料压力之间的一个实际压力差；按照标定的液体燃料压力目标值、标定的压力差和实际压力差的一个函数计算一个实际液体燃料压力目标值，气体燃料压力目标值在一个预先确定的容差范围内等于实际液体燃料压力目标值和实际压力差之间的差；以及，对液体燃料加压以使得液体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于实际液体燃料压力目标值。实际压力差可以再被存储在发动机控制器的存储器中。
在另一方面，该方法包括：确定液体燃料压力和气体燃料压力之间的一个实际压力差；以及，将实际压力差与标称压力差和先前确定的实际压力差中的至少一个比较，如果实际压力差大于标称压力差和先前确定的实际压力差一个预定百分比和一个固定数额中的至少一个，则抛弃该实际压力差。
在另一方面，该方法包括：确定液体燃料压力和气体燃料压力之间的一个实际压力差；比较实际压力差和一个标称压力差；以及，根据该比较确定喷射阀、内燃机的一个燃料系统和一个用于根据液体燃料压力调节气体燃料压力的压力调节器中至少一个的老化特性和健康状况中的至少一个。相似地，当实际压力差是第一测得的压力差时，该方法还包括：比较第二测得的压力差和第一测得的压力差；以及，根据比较确定喷射阀、内燃机的一个燃料系统和一个用于根据液体燃料压力调节气体燃料压力的压力调节器中至少一个的老化特性和健康状况中的至少一个。
另外，在另一方面，该方法还包括：在多个时间点按照至少一个发动机运行条件的一个函数确定液体燃料压力和气体燃料压力之间的实际压力差；以及，存储实际压力差。存储的来自至少一个内燃机——优选地不止一个内燃机——的实际压力差，可以被分析以确定一个压力调节器的正常特性和故障特性中的至少一个。可以将存储的实际压力差和压力调节器的故障特性作比较；而且当至少一部分的存储的实际压力差在一个预先确定的容差范围内匹配故障特性时，可以警告操作者或者减小或限制液体燃料压力。
一种用于控制消耗一种气体燃料和一种液体燃料的内燃机内的燃料压力的改进装置，包括：一个液体燃料泵送装置，用于将来自一个液体燃料供给源的液体燃料加压到一个液体燃料轨道内的液体燃料压力；一个压力调节器，与一个气体燃料管线相关联，可操作以将从一个气体燃料供给源到所述气体燃料管线的气体燃料调节在一个气体燃料压力下；以及，一个电子控制器，被编程以按照发动机运行条件的一个函数确定一个气体燃料压力目标值，并且命令液体燃料泵送装置按照气体燃料压力目标值的一个函数对液体燃料加压，以使得气体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于气体燃料压力目标值。液体燃料泵送装置可以包括液体燃料泵和连接在液体燃料供给源和液体燃料泵之间的入口计量阀中的至少一个。压力调节器可以是一个圆顶加载调节器。
在一方面，该装置还包括一个用于测量气体燃料管线内的压力的气体燃料压力传感器，电子控制器接收来自气体燃料压力传感器的代表测得的气体燃料压力的信号，电子控制器还被编程以调节来自液体燃料泵送装置的液体燃料流以减小测得的气体燃料压力和气体燃料压力目标值之间的差。
在另一方面，该装置还包括一个用于测量液体燃料轨道内的压力的液体燃料压力传感器，电子控制器接收来自液体燃料压力传感器的代表测得的液体燃料压力的信号，电子控制器还被编程以按照气体燃料压力目标值和液体燃料压力与气体燃料压力之间的一个标称压力差的一个函数计算一个液体燃料压力目标值，并且调节来自液体燃料泵送装置的液体燃料流以减小测得的液体燃料压力和液体燃料压力目标值之间的差。在这一方面，该装置还可以包括一个用于测量气体燃料管线内的压力的气体燃料压力传感器，电子控制器接收来自气体燃料压力传感器的代表测得的气体燃料压力的信号，而且电子控制器还被编程以通过从测得的液体燃料压力减去测得的气体燃料压力计算液体燃料压力和气体燃料压力之间的一个实际压力差，而且在计算液体燃料压力目标值时采用实际压力差替代标称压力差。
在另一方面，压力调节器是一个可变的压力调节器，而且电子控制器命令可变的压力调节器调节气体燃料压力，由此控制液体燃料压力和气体燃料压力之间的一个压力差。电子控制器可以被编程以基于发动机运行条件调整该压力差。
在另一方面，该装置还包括一个用于测量气体燃料管线内的压力的气体燃料压力传感器，电子控制器接收来自气体燃料压力传感器的代表测得的气体燃料压力的信号；一个用于测量液体燃料轨道内的压力的液体燃料压力传感器，电子控制器接收来自液体燃料压力传感器的代表测得的液体燃料压力的信号，而且电子控制器还被编程以：通过按照发动机运行条件的一个函数确定一个标定的液体燃料压力目标值来确定气体燃料压力目标值，气体燃料压力目标值在一个预先确定的容差范围内等于标定的液体燃料压力目标值和如下的标定的压力差之间的差，该标定的压力差是液体燃料标定压力与气体燃料标定压力之间的标定的压力差；通过从测得的液体燃料压力减去测得的气体燃料压力来计算液体燃料压力和气体燃料压力之间的一个实际压力差；按照标定的液体燃料压力目标值、标定的压力差和实际压力差的一个函数计算一个实际液体燃料压力目标值，气体燃料压力目标值在一个预先确定的容差范围内等于实际液体燃料压力目标值与实际压力差之间的差；并且，调节来自液体燃料泵送装置的液体燃料流以减小测得的液体燃料压力和实际液体燃料压力目标值之间的差。
在另一方面，该装置还包括一个用于测量气体燃料管线内的压力的气体燃料压力传感器，电子控制器接收来自气体燃料压力传感器的代表测得的气体燃料压力的信号；一个用于测量液体燃料轨道内的压力的液体燃料压力传感器，电子控制器接收来自液体燃料压力传感器的代表测得的液体燃料压力的信号，而且电子控制器还被编程以：在多个时间点按照至少一个发动机运行条件的一个函数计算液体燃料压力和气体燃料压力之间的实际压力差，该实际压力差是通过从测得的液体燃料压力减去测得的气体燃料压力来计算；并且，存储实际压力差。电子控制器还可被编程以：存储压力调节器的正常特性和故障特性中的至少一个；将存储的实际压力差和故障特性作比较；并且，当至少一部分的存储的实际压力差类似故障特性时，警告操作者或者限制液体燃料压力。
附图说明
图1是依照本发明的一个实施方案的一个内燃机的一个燃料系统的部分示意图。
图2是例示图1的内燃机在一个发动机转速下运行时燃料压力和偏差(bias)与发动机转矩的关系曲线的曲线图。
图3是例示图1的内燃机的发动机转矩与发动机转速的关系曲线的曲线图。
图4是例示图1的燃料系统的燃料压力与时间的关系曲线的曲线图。
图5是依照第一实施方案用于图1的燃料系统的一个燃料压力控制算法的流程图。
图6是依照第二实施方案用于图1的燃料系统的一个燃料压力控制算法的流程图。
图7是依照第三实施方案用于图1的燃料系统的一个燃料压力控制算法的流程图。
图8是依照第四实施方案用于图1的燃料系统的一个燃料压力控制算法的流程图。
图9是依照本发明的第二实施方案的一个内燃机的一个燃料系统的部分示意图。
具体实施方式
参考图1，示出了燃料系统10的一个简化视图，该燃料系统用于以喷射压力向一个内燃机(没有示出)中的喷射阀20供应一种液体燃料和一种气体燃料。喷射阀20是一个双燃料喷射器，其将液体燃料和气体燃料单独地且独立地直接引入到内燃机的燃烧室(没有示出)。液体燃料既充当用于将燃烧室内的燃料混合物点火的导燃燃料，又充当用于将喷射阀20内的气体燃料密封的密封流体。在本实施例中，液体燃料是柴油燃料，但也可以是适合在燃烧室内部压缩点火的其他类型的液体燃料。气体燃料是用于在发动机内燃烧的主要燃料。在本实施例中，气体燃料是天然气，但是也可以是受益于一种由于压缩热而可更容易地着火的液体燃料所提供的点火辅助的其他类型的气体燃料。
燃料系统10包括一个液体燃料供给源30和一个气体燃料供给源40。液体燃料供给源30可以是一个液体燃料箱，该液体燃料箱通过管线50供应液体燃料到液体燃料泵送装置60。在本实施方案中气体燃料供给源40是一个蓄积器，但是在其他实施方案中供给源40可以是一个保存压缩天然气(CNG)的气缸。在本实施例中，供给源40蓄积来自上游的供应管线70的气体燃料，所述供应管线可以是一个商用的气体管线或住宅气体管线，或者是源自液化气体燃料的供给源的供给管，液化气体燃料如液化天然气(LNG)或液化石油气(LPG)。在其他实施方案中，可能需要一个压缩器以将气体燃料的压力提高至由阀20喷射到内燃机中的燃烧室内所需的压力以上。供给源40通过管线80提供气体燃料到压力调节器90。
液体燃料泵送装置60将液体燃料加压到一个适合被喷射阀20喷射到燃烧室中的压力。在本实施方案中，泵送装置60包括一个液体燃料泵。在其他实施方案中，泵送装置60还可以包括位于供给源30和液体燃料泵之间的一个入口计量阀。加压的液体燃料通过液体燃料轨道100被输送到喷射阀20。虽然图1中示出了仅一个喷射阀，但应理解，在多数的实施方案中这个喷射阀是多个喷射阀之一，每个喷射阀都与一个相应的燃烧室相关联，在这样的实施方案中，液体燃料轨道100是被称为输送液体燃料到所有的喷射阀的命令轨道(command rail)之物。加压的液体燃料也通过管线110被输送到压力调节器90。轨道100和管线110都从泵送装置60接收液体燃料。在本实施方案中，轨道100和管线110通过一个共同的管线连接到泵送装置60，虽然这不是必需的。轨道100内的液体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于管线100内的液体燃料压力，而且优选地这些压力是相等的。
压力调节器90响应于管线110内的液体燃料压力，以将管线120内的气体燃料压力调节成在一容差范围内比管线110和轨道100内的液体燃料压力低一个预先确定的量。调节器90的运行在上述’833专利中被更详细地描述。在本实施例中，调节器90是一个圆顶加载调节器，这是熟悉这项技术的人员充分知晓的。喷射阀20从管线120接收气体燃料，而且在具有不止一个阀20的实施方案中，所有这样的喷射阀都从管线120接收气体燃料。参考图2，轨道100内的液体燃料压力(LFP)和管线120内的气体燃料压力(GFP)之间的压力差是一个系统特性，也称为偏差，且在发动机的整个运行范围内是基本上恒定的。从图2可以看到，在发动机转矩的整个范围内当液体和气体燃料压力变化时，偏差保持基本上恒定。在发动机转速的整个范围内这种关系是相似的。然而，偏差可以因多个因素而变化。例如，压力调节器90内的部件到部件的变化导致发动机到发动机的不同水平的偏差。随着内燃机运行，由于系统的老化，偏差会改变。例如，压力调节器90内部件的运行特性的改变可以导致新的或增加的内部泄漏，这影响偏差的变动。形成于燃料系统10、喷射阀20和内燃机的其他新的或增加的泄漏进一步影响偏差的变动。由于液体燃料压力在运行内燃机所需的压力的整个范围内是变化的，偏差也会变动。在气体燃料是主要燃料且液体燃料是导燃燃料的发动机内，已经得知，由于偏差的可变化性，在发动机运行条件的范围内标定管线120内的气体燃料压力，而不是标定轨道100内的液体燃料压力，导致排放、转矩和/或燃料利用率的改善。燃料利用率的改善导致燃料经济性和燃料消耗的改善。这与共同轨道柴油循环发动机的行业实践相反，该行业实践即基于发动机运行条件标定轨道100内的柴油轨道压力(液体燃料压力)而且随后根据液体燃料压力得出气体燃料压力。在一项用于使用一种液体导燃燃料和一种气体主要燃料的共同轨道柴油循环发动机的新标定技术中，对于发动机运行条件的范围标定用于管线120的气体燃料压力目标值。在本实施例中，发动机运行条件包括运行发动机所需的发动机转速和发动机转矩的范围。然而，这仅仅是例示性的，而且发动机运行条件可以是其他测得的和确定的发动机参数。例如，如果发动机仅仅依靠柴油运行，基本的柴油发动机将会喷入燃烧室的柴油燃料供给量可以被用作针对其选择气体燃料压力目标值的一个发动机运行条件。参考图3，示出了一个发动机转矩-转速的图表。线160是一个限制线，发动机不应运行在该线以上，而且线160下面的区域代表发动机的安全运行范围。作为新标定技术的一部分，该区域被细分成由图3中的虚线代表的子范围。如熟悉这项技术的人员明白的，子范围的数量、尺寸和形状是可以变化的，而且图3中示出的子范围仅仅为了例示的目的。对于每个子范围，选择一个预先确定的发动机转速和发动机转矩值，例如，由标定坐标(SPD1，TR1)代表的，而且对于该坐标确定气体燃料压力目标值，以使得排放和/或燃料利用率是最优化的。气体燃料压力目标值也可以被选择以使实际转矩匹配要求的转矩。所有的标定坐标和目标值被列成表格且存储在控制器150内的一个标定表格内。在其他的实施方案中，可对标定坐标和目标值执行曲线拟合技术以确定一个数学函数(一个公式)，该数学函数可被采用以按照发动机运行条件的一个函数计算气体燃料压力目标值。其他的发动机运行条件可以被采用以确定标定的气体燃料压力目标值。例如，气体燃料压力目标值可以按照气体燃料供给与发动机转速之间的关系曲线或液体燃料供给与发动机转速的关系曲线的一个函数而被标定。
参考回图1，燃料系统10还包括电子控制器150和可选的压力传感器130和140。电子控制器150可以包括硬件和软件部件。硬件部件可以包括数字和/或模拟部件。在本实施例中，电子控制器150是一个计算机，其包括一个处理器和存储器，存储器包含一个或多个永久性存储器如FLASH、EEPROM和一个硬盘，和一个临时存储器如SRAM或DRAM，用于存储和执行一个程序。在另一个优选的实施方案中，电子控制器150是发动机的一个发动机控制单元(ECU)。如在此所使用的，控制器150也可以称为“该控制器”。压力传感器130测量共同轨道100内的液体燃料压力，而压力传感器140测量管线120内的气体燃料压力。电子控制器150响应于接收自压力传感器130和140的代表其各自的压力的信号，以命令泵送装置60相应地对液体燃料加压，如将在下文更详细描述的。当运行在此公开的技术时，需要压力传感器130和140中的至少一个。参考图4，优选地在轨道100内和管线120内的压力已稳定时，例如在时间T1，测量气体燃料压力(GFP)和液体燃料压力(LFP)。当液体燃料压力正从一个压力改变至另一个压力时，管线100、110和120内存在的瞬时压力条件会产生噪声，该噪声不利地影响来自压力传感器130和140的读数。另外，在瞬态期间，液体燃料压力可以和气体燃料压力以不同的速率改变，这可以导致不准确的偏差读数。可能的是，可利用模拟和/或数字技术将压力噪声过滤。控制器优选地使用在稳定点如在时间T1——例如，当发动机转速和转矩已稳定时——获得的压力测量。
现在参考图5，现在依据第一实施方案描述一种用于控制燃料系统10内的燃料压力的技术。图5的流程图例示了一种由电子控制器150实施的控制算法。该算法的初始点是步骤S200，该步骤是改变发动机运行条件，这需要改变管线120内的气体燃料压力和轨道100内的液体燃料压力。在步骤S210中，电子控制器150按照发动机运行条件的一个函数确定一个气体燃料压力目标值。例如，在一个优选的实施方案中，被控制器150用来确定目标值的发动机运行条件可以是发动机转速和发动机转矩。在步骤S210期间，通过采用一个数学函数在标定表格中的标定值之间进行内插，控制器150确定针对当前的发动机运行条件的气体燃料压力目标值。在当前的发动机运行条件包括与标定期间采用的基本等同的发动机参数值时，控制器150可以直接执行查表功能以从标定表格得到目标值。如先前提到的，在其他实施方案中，可以使用数学函数以确定气体燃料压力目标值。在步骤S220中，控制器命令液体燃料泵送装置60从供给源30泵送液体燃料以对轨道100和管线110内的液体燃料加压，以使得管线120内的气体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于气体燃料压力目标值。控制器监测从气体燃料压力传感器140接收到的信号以调节来自泵送装置60的液体燃料流，以使得测得的气体燃料压力等于目标值。液体燃料压力传感器130不是必需的，但是可以被用作一个用于监测轨道100和管线110内的压力的安全设备，以使得控制器在异常的液体燃料压力的情况中可以警告操作者或采取适当的措施。利用该方法，发动机运行在标定的气体燃料压力下，这对立于现有技术的发动机在被供给以直接喷射的气体燃料和液体燃料时的运行方式——其中气体燃料压力是一个要求的目标液体燃料压力的一个函数。
现在参考图6，现在将描述公开的用于控制燃料系统10内的燃料压力的技术的第二实施方案。该实施方案和先前图5的实施方案相似，而且其中相同的部分将不再进行详述。该算法的初始点是步骤S300，该步骤是改变发动机运行条件，这需要改变管线120内的气体燃料压力和轨道100内的液体燃料压力。在步骤S310中，控制器按照发动机运行条件例如发动机转速和发动机转矩的一个函数确定一个气体燃料压力目标值。在步骤S320中，控制器按照气体燃料压力目标值和一个标称系统特性的一个函数计算一个液体燃料压力目标值。标称系统特性是轨道100内的液体燃料压力和由压力调节器90维持的管线120内的气体燃料压力之间的一个标称压力差(偏差)。该标称压力差是一个根据经验确定或来自生产说明书的预期值，而且在一个预先确定的容差范围内是准确的。优选地，对于每个压力调节器90凭经验确定标称压力差，以使得可以把部件到部件的偏差的变化纳入考虑。液体燃料压力目标值是气体燃料目标值的一个函数，在步骤S320中通过气体燃料压力目标值加上标称压力差来计算。在其他实施方案中，所有发动机运行点(图3中示出的安全运行范围内的坐标)的液体燃料压力目标值可以在为每个发动机和其各自的压力调节器90标定气体燃料压力目标值之后，被提前计算出，而且在步骤S320中控制器从存储在可被控制器访问的存储器内的一个查找表得到液体燃料压力目标值。即，步骤S310和S320可以被替换成一个基于发动机运行条件查找液体燃料压力目标值的步骤。在步骤S330中，控制器命令液体燃料泵送装置60从供给源30泵送液体燃料以对轨道100和管线110内的液体燃料加压，以使得轨道100内的液体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于液体燃料压力目标值。通过按照气体燃料压力目标值和针对调节器90的标称压力差的一个函数确定液体燃料压力目标值，控制器基于气体燃料压力目标值命令泵送装置60。控制器监测从液体燃料压力传感器130接收到的信号以调节来自泵送装置60的液体燃料流，以使得测得的液体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于液体燃料压力目标值。气体燃料压力传感器140不是必需的，但是可以被用作一个监测管线120内的压力的安全设备，以使得控制器在异常的气体燃料压力的情况下可以警告操作者或采取适当的措施。
现在参考图7，现在将描述公开的用于控制燃料系统10内的燃料压力的技术的第三实施方案。该实施方案和先前图6的实施方案相似，而且其中相同的部分，如果有的话，将不再进行详细描述。步骤S400、S410和S430分别和先前的步骤S300、S310和S330相同且不再论述。在步骤S410中按照发动机运行条件的一个函数确定气体燃料压力目标值之后，在步骤S420中控制器按照气体燃料压力目标值和一个实际压力差的一个函数计算液体燃料压力目标值。在先前图6的实施方案中，通过凭经验地确定针对每个压力调节器90的标称压力差，把压力调节器90的偏差的部件到部件的变化纳入考虑。然而，随着发动机运行和系统老化，实际压力差可以和标称压力差不同。在步骤S450到S470中确定实际压力差。在步骤S450中，控制器测量轨道100内的液体燃料压力和管线120内的气体燃料压力——通过接收来自传感器130和140的代表这些压力的对应信号进行。在步骤S460中，通过从测得的液体燃料压力中减去测得气体燃料压力来计算实际压力差。在该步骤中，控制器可以抛弃测得的实际液体燃料压力差，如果测得的实际液体燃料压力差大于标称压力差或先前测得的实际压力差一个预定百分比或固定数额的话，以使得错误的读数可以被过滤掉。例如，据预期，实际压力差在值上和标称压力差不会有太大的不同，且如果任何测得的实际压力差在值上不符合特性地不同于标称压力差或一个先前测得的实际压力差——这可能指示在瞬态条件期间存在的噪声，则可丢弃它。重要的是强调一下，实际压力差值的甚至适度的改变也会不利地影响发动机的排放和燃料利用率目标，如果在对轨道120加压时所述改变没有被纳入考虑的话。在步骤S470中，控制器可以在一个存储器内存储实际压力差连同相应的发动机运行条件。其他与实际压力差和/或发动机运行条件相关联的元数据也可以被存储。例如，一个何时计算了实际压力差的时间戳可以和其他的发动机参数一起被存储。在一个优选的实施方案中，至少每当实际压力差的当前值改变时，控制器存储实际压力差。优选地，当存储一个新的实际压力差时，控制器不重写先前存储的值，以使得可以获得实际压力差的历史记载(history)。在步骤S420中，控制器在计算液体燃料压力目标值时使用当前的实际压力差。
存储的来自一个或多个内燃机的实际压力差的历史记载(偏差历史记载)可以被分析以确定偏差的一个正常特性和一个故障特性。这些特性可以被利用以确定压力调节器90是否按生产说明书运行，而且可以被利用以在调节器出故障之前主动地认识到或预计调节器何时需要检修或替换。偏差历史记载可以从在一个受控的试验室环境中运行的发动机获得，或者可以从在现场维修时运行的发动机获得。在试验室环境中，可以进行加速试验直到压力调节器90出故障，或者已知的有故障的或被适配的压力调节器90可以被利用以获得偏差故障数据。偏差历史记载还可以在发动机被维修或被以遥测方式部署时现场从发动机获得。
现在参考图8，现在将描述公开的用于控制燃料系统10内的燃料压力的技术的第四实施方案。该实施方案和先前图7的实施方案相似，而且其中相同的部分，如果有的话，将不再进行详细描述。步骤S500、S550、S560和S570分别和先前的步骤S400、S450、S460和S470相同且不再论述。如在先前的实施方案中，对于每个发动机运行条件，发动机在一个预先确定的容差范围内以相应的气体燃料压力目标值运行。在本实施方案中，发动机运行在一个特定的气体燃料压力目标值的方式如下：通过基于一个实际压力差和一个标定的压力差之间的差调整一个标定的液体燃料压力目标值。在步骤S510中，响应于发动机运行条件的改变，控制器按照发动机运行条件(例如发动机转速和发动机转矩)的一个函数确定标定的液体燃料压力目标值。如公式1例示的，标定的液体燃料压力目标值(LFPTVC)等于，如在标定发动机上为发动机运行条件标定的气体燃料压力目标值(GFPTV)加上标定发动机上液体燃料压力和气体燃料压力之间的标定的压力差(PDC)。在本实施方案中，如同在先前的实施方案中，目的是对于相应的发动机运行条件运行在气体燃料压力目标值下，这不同于现有技术，现有技术是运行在一个液体燃料压力目标值下而不对实际压力差作任何校正，这导致相对于运行在气体燃料压力目标值下有变动。
LFPTVC＝GFPTV+PDC  公式1
对于目前的实施方案，使用了一项新的标定技术，该项新的标定技术和先前在背景技术中论述的现有的标定技术是相似的，而且包含一个和现有的技术不同的新的步骤，该新的步骤在下文被描述。如在现有的技术中已经被执行的，对于发动机运行条件的范围，在标定过程中优化发动机参数——如排放和燃料利用率中的至少一个——的标定的液体燃料压力目标值被记录。不同于现有的技术，新的步骤包括记录标定发动机上液体燃料压力和气体燃料压力之间的标定的压力差。标定的液体燃料压力目标值和标定的压力差一起定义了在标定发动机的发动机运行条件的范围内提供最佳的运行参数的气体燃料压力目标值。将标定的液体燃料压力目标值定义为发动机运行条件的一个函数的一个表格或数学函数，连同标定的压力差一起，被编译和存储在控制器150中，所述标定的压力差也可以被定义为发动机运行条件的一个函数。例如，标定发动机上的标定的压力差可以在标定前、标定期间和标定后被测量以确定其值是否发生了任何偏离，或者对于每个针对其执行标定的发动机运行条件，可以确定和记录标定发动机上的实际压力差。标定发动机上的标定的压力差在标定前、标定期间和标定后不应有显著的变化。
返回步骤S510，通过确定标定的液体燃料压力目标值和获知标定发动机上的标定的压力差，实际上在标定发动机上对于当前的发动机运行条件优化了发动机参数的气体燃料压力目标值是已知的。然而，实际压力差从发动机到发动机变化，在这些其他发动机中，知道标定的液体燃料压力目标值和标定的压力差并不提供足够的信息来在一个预先确定的容差范围内以气体燃料压力目标值运行这些发动机。在步骤S520中，控制器按照标定的液体燃料压力目标值、标定发动机上的标定的压力差和从步骤S570接收的当前发动机上的实际压力差的一个函数计算一个实际液体燃料压力目标值。如公式2例示的，实际液体燃料压力目标值(LFPTVA)等于标定的液体燃料压力目标值(LFPTVC)加上当前发动机上的实际压力差(PDA)和标定发动机上的标定的压力差(PDC)之间的差。
LFPTVA＝LFPTVC+(PDA-PDC)  公式2
实际液体燃料压力目标值代表的是，为使得管线120运行在对于当前的发动机运行条件在标定发动机上确定的气体燃料压力目标值下，轨道100内的压力应该是什么样的。在当前发动机上，实际液体燃料压力目标值把实际偏差纳入考虑。公式3例示气体燃料压力目标值等于实际液体燃料压力目标值减去实际压力差，其通过将公式1代入到公式2且求解GFPTV获得。
GFPTV＝LFPTVA-PDA  公式3
在步骤S530中，控制器命令液体燃料泵送装置60从供给源30泵送液体燃料以对轨道100和管线110内的液体燃料加压，以使得轨道100内的液体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于实际液体燃料压力目标值。通过按照标定的液体燃料压力目标值、标定发动机上的标定的压力差和当前发动机上的实际压力差的一个函数确定实际液体燃料压力目标值，控制器基于满足排放和/或燃料利用率目标的气体燃料压力目标值命令泵送装置60。控制器监测从液体燃料压力传感器130接收到的信号以调节来自泵送装置60的液体燃料流，以使得测得的液体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于实际液体燃料压力目标值。
现在参考图9，展示了燃料系统10的另一个实施方案的一个简化视图，该燃料系统10用于以喷射压力提供液体燃料和气体燃料到喷射阀20。该实施方案和图1的实施方案相似，仅仅对其中的不同进行论述。压力调节器90是一个可变的压力调节器，其可由控制器150控制以可适应地调节管线120内的气体燃料压力。在该实施方案中，调节器90不直接响应于液体燃料压力。控制器监测来自传感器130和140的压力信号，而且命令泵送装置60和压力调节器90，以使得在一个预先确定的容差范围内维持轨道100和管线120之间的一个目标压力差。在将一个圆顶加载调节器用于压力调节器90的现有的技术中，液体燃料和气体燃料之间的压力差通过确保在一个预先确定的容差范围内没有气体燃料泄漏到液体燃料排出管线(没有示出)中所要求的最小值选择，而且利用最差情况条件——诸如一个高的燃料流运行点如峰值功率——来设置。即，选择液体燃料和气体燃料之间的压力差以减小，优选地最小化，到液体燃料排出管线的气体燃料泄漏，该液体燃料排出管线使液体燃料从喷射阀20返回到供给源30。过度增加该压力差导致液体燃料泄漏进气体燃料中而且可能会不利地改变喷射阀20内的针运动(needle motion)。优选地，减小在不同于峰值功率的较低负荷运行点期间的压力差，以使得减小并优选地最小化到排出管线的气体燃料泄漏，而且减小并优选地最小化到气体燃料的液体燃料泄漏。即，在每个发动机运行条件下，一个最佳的压力差是优选的。控制器150可以通过在空载和较低负荷条件下减小偏差并且在较高负荷条件下逐渐地增加偏差，来按照发动机运行条件的一个函数调整压力差，以优化喷射阀20内的流体密封的性能。当压力调节器90是一个圆顶加载调节器时，如在先前论述的‘833专利中论述的现有的燃料系统中，在瞬态期间液体燃料压力可以和气体燃料压力以不同的速率变化。本实施方案的优势在于，独立于气体燃料压力控制液体燃料压力以使得在瞬态期间可以维持一个期望的压力差，以减小且优选地最小化喷射阀20内的燃料泄漏。
尽管已经展示和描述了本发明的特定要素、实施方案和应用，但应理解，本发明不限于此，因为本领域的技术人员在不偏离本公开内容的范围的前提下可以做出改型，尤其是根据前述的教导。

Claims (40)

1.一种用于控制消耗一种气体燃料和一种液体燃料的内燃机内的燃料压力的方法，包括：
按照发动机运行条件的一个函数确定一个气体燃料压力目标值；
基于所述气体燃料压力目标值将所述液体燃料加压到一个液体燃料压力；以及
根据所述液体燃料压力调节气体燃料压力；其中所述气体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于所述气体燃料压力目标值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机运行条件包括发动机转速、发动机转矩和基本的发动机燃料供给量中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体燃料压力目标值在一个标定发动机上被标定以优化至少一个发动机参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述发动机参数是排放、燃料利用率和发动机转矩中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
测量所述气体燃料压力；以及
对所述液体燃料加压以使得测得的气体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于所述气体燃料压力目标值。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
按照所述气体燃料压力目标值和所述液体燃料压力与所述气体燃料压力之间的一个标称压力差的一个函数计算一个液体燃料压力目标值；以及
对所述液体燃料加压以使得所述液体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于所述液体燃料压力目标值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述液体燃料压力目标值被存储在由所述发动机运行条件索引的一个表格内。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：
确定所述液体燃料压力和所述气体燃料压力之间的一个实际压力差；以及
在计算所述液体燃料压力目标值时采用所述实际压力差替代所述标称压力差。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
存储所述实际压力差；以及
在计算所述液体燃料压力目标值时采用存储的所述实际压力差替代所述标称压力差。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括以所述气体燃料压力输送所述气体燃料而且以所述液体燃料压力输送所述液体燃料到一个喷射阀。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述液体燃料在所述喷射阀内为所述气体燃料形成一个流体密封。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体燃料压力目标值是多个气体燃料压力目标值中的一个，每个气体燃料压力目标值通过由发动机运行条件参数化的一个数学函数和由发动机运行条件索引的一个表格中的至少一个，和一个相应的发动机运行条件相关联。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述气体燃料压力目标值通过在所述表格中的至少两个气体燃料压力目标值之间内插来确定。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括：
独立于所述液体燃料压力可变化地调节所述气体燃料压力；以及
控制所述液体燃料压力和所述气体燃料压力之间的一个压力差。
15.根据权利要求14所述的方法，其中基于发动机运行条件调整所述压力差。
16.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述气体燃料压力目标值的所述步骤包括按照所述发动机运行条件的一个函数确定一个标定的液体燃料压力目标值，所述气体燃料压力目标值在一个预先确定的容差范围内等于所述标定的液体燃料压力目标值和如下的一个标定的压力差之间的差：所述标定的压力差是一个液体燃料标定压力与一个气体燃料标定压力之间的标定的压力差，该方法还包括：
确定所述液体燃料压力和所述气体燃料压力之间的一个实际压力差；
按照所述标定的液体燃料压力目标值、所述标定的压力差和所述实际压力差的一个函数计算一个实际液体燃料压力目标值，所述气体燃料压力目标值在一个预先确定的容差范围内等于所述实际液体燃料压力目标值和所述实际压力差之间的差；以及
对所述液体燃料加压以使得所述液体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于所述实际液体燃料压力目标值。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述实际压力差被存储。
18.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定所述液体燃料压力和所述气体燃料压力之间的一个实际压力差。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
将所述实际压力差与一个标称压力差和一个先前确定的实际压力差中的至少一个进行比较，且如果所述实际压力差大于所述标称压力差和所述先前确定的实际压力差一个预定百分比和一个固定数额中的至少一个，则抛弃该实际压力差。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：
比较所述实际压力差和一个标称压力差；以及
根据所述比较确定喷射阀、所述内燃机的一个燃料系统和用于根据所述液体燃料压力调节所述气体燃料压力的一个压力调节器中的至少一个的老化特性和健康状况中的至少一个。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述实际压力差是第一测得的压力差，该方法还包括：
比较第二测得的压力差和所述第一测得的压力差；以及
根据所述比较确定喷射阀、所述内燃机的一个燃料系统和用于根据所述液体燃料压力调节所述气体燃料压力的一个压力调节器中的至少一个的老化特性和健康状况中的至少一个。
22.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在多个时间点按照至少一个发动机运行条件的一个函数确定所述液体燃料压力和所述气体燃料压力之间的实际压力差；以及
存储所述实际压力差。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：
分析存储的所述实际压力差，以为一个压力调节器确定正常特性和故障特性中的至少一个。
24.根据权利要求23所述的方法，其中存储的来自多个内燃机的所述实际压力差被分析以确定所述正常特性和所述故障特性。
25.根据权利要求22所述的方法，还包括：
将存储的所述实际压力差和一个压力调节器的一个故障特性作比较；以及
当至少一部分的存储的所述实际压力差在一个预先确定的容差范围内匹配所述故障特性时，警告操作者或限制所述液体燃料压力。
26.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体燃料是天然气。
27.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体燃料选自由甲烷、丙烷、丁烷、乙烷和氢组成的组。
28.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体燃料是柴油。
29.一种用于控制消耗一种气体燃料和一种液体燃料的内燃机内的燃料压力的装置，包括：
一个液体燃料泵送装置，用于将来自一个液体燃料供给源的所述液体燃料加压到一个液体燃料轨道内的一个液体燃料压力；
一个压力调节器，与一个气体燃料管线相关联，能操作以将从一个气体燃料供给源到所述气体燃料管线的所述气体燃料调节在一个气体燃料压力下；以及
一个电子控制器，被编程以：
按照发动机运行条件的一个函数确定一个气体燃料压力目标值；并且
命令所述液体燃料泵送装置按照所述气体燃料压力目标值的一个函数对所述液体燃料加压；
其中所述气体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于所述气体燃料压力目标值。
30.根据权利要求29所述的装置，还包括：
一个气体燃料压力传感器，用于测量所述气体燃料管线内的压力，所述电子控制器接收来自所述气体燃料压力传感器的代表测得的气体燃料压力的信号；
所述电子控制器还编程以：
调节来自所述液体燃料泵送装置的液体燃料流，以减小所述测得的气体燃料压力和所述气体燃料压力目标值之间的差。
31.根据权利要求29所述的装置，还包括：
一个液体燃料压力传感器，用于测量所述液体燃料轨道内的压力，所述电子控制器接收来自所述液体燃料压力传感器的代表测得的液体燃料压力的信号；
所述电子控制器还编程以：
按照所述气体燃料压力目标值和所述液体燃料压力与所述气体燃料压力之间的一个标称压力差的一个函数计算一个液体燃料压力目标值；而且
调节来自所述液体燃料泵送装置的液体燃料流，以减小所述测得的液体燃料压力和所述液体燃料压力目标值之间的差。
32.根据权利要求31所述的装置，还包括：
一个气体燃料压力传感器，用于测量所述气体管线内的压力，所述电子控制器接收来自所述气体燃料压力传感器的代表测得的气体燃料压力的信号；
所述电子控制器还被编程以：
通过从所述测得的液体燃料压力减去所述测得的气体燃料压力，计算所述液体燃料压力和所述气体燃料压力之间的一个实际压力差；并且
在计算所述液体燃料压力目标值时采用所述实际压力差替代所述标称压力差。
33.根据权利要求29所述的装置，其中所述液体燃料泵送装置包括一个液体燃料泵。
34.根据权利要求33所述的装置，其中所述液体燃料泵送装置还包括连接在液体燃料供给源和液体燃料泵之间的一个入口计量阀。
35.根据权利要求29所述的装置，其中所述压力调节器是一个圆顶加载调节器。
36.根据权利要求29所述的装置，其中所述压力调节器是一个可变的压力调节器，而且所述电子控制器命令所述可变的压力调节器调节所述气体燃料压力，由此控制液体燃料压力和气体燃料压力之间的一个压力差。
37.根据权利要求36所述的装置，其中所述电子控制器被编程以基于发动机运行条件调整所述压力差。
38.根据权利要求29所述的装置，还包括：
一个气体燃料压力传感器，用于测量所述气体燃料管线内的压力，所述电子控制器接收来自所述气体燃料压力传感器的代表测得的气体燃料压力的信号；
一个液体燃料压力传感器，用于测量所述液体燃料轨道内的压力，所述电子控制器接收来自所述液体燃料压力传感器的代表测得的液体燃料压力的信号；
所述电子控制器还被编程以：
通过按照所述发动机运行条件的一个函数确定一个标定的液体燃料压力目标值，确定所述气体燃料压力目标值，所述气体燃料压力目标值在一个预先确定的容差范围内等于所述标定的液体燃料压力目标值和如下的一个标定的压力差之间的差：所述标定的压力差是一个液体燃料标定压力与一个气体燃料标定压力之间的标定的压力差；
通过从所述测得的液体燃料压力减去所述测得的气体燃料压力，计算所述液体燃料压力和所述气体燃料压力之间的一个实际压力差；
按照所述标定的液体燃料压力目标值、所述标定的压力差和所述实际压力差的一个函数计算一个实际液体燃料压力目标值，所述气体燃料压力目标值在一个预先确定的容差范围内等于所述实际液体燃料压力目标值和所述实际压力差之间的差；并且
调节来自所述液体燃料泵送装置的液体燃料流以使所述测得的液体燃料压力在一个预先确定的容差范围内等于所述实际液体燃料压力目标值。
39.根据权利要求29所述的装置，还包括：
一个气体燃料压力传感器，用于测量所述气体燃料管线内的压力，所述电子控制器接收来自所述气体燃料压力传感器的代表测得的气体燃料压力的信号；
一个液体燃料压力传感器，用于测量所述液体燃料轨道内的压力，所述电子控制器接收来自所述液体燃料压力传感器的代表测得的液体燃料压力的信号；
所述电子控制器还被编程以：
在多个时间点按照至少一个发动机运行条件的一个函数计算所述液体燃料压力和所述气体燃料压力之间的实际压力差，所述实际压力差通过从所述测得的液体燃料压力减去所述测得的气体燃料压力来计算；并且
存储所述实际压力差。
40.根据权利要求39的装置，其中所述电子控制器还被编程以：
存储所述压力调节器的一个正常特性和一个故障特性中的至少一个；
将存储的所述实际压力差和所述故障特性作比较；并且
当至少一部分的存储的所述实际压力差类似所述故障特性时，警告操作者或限制所述液体燃料压力。
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