CN203783739U

CN203783739U - 用于共轨燃料系统动态状况评估的系统

Info

Publication number: CN203783739U
Application number: CN201290000647.9U
Authority: CN
Inventors: P.G.尼斯特勒; N.格尔
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: AU2012279441B2; AU2012279441A1; WO2013006238A3; DE112012002837T5; US8857412B2; WO2013006238A2; US20130013175A1

Abstract

本实用新型提供与监测燃料流量控制相关的燃料控制动态状况评估系统。在一个实施例中，一种用于控制具有发动机的系统的方法包括：确定阀的预测阀位置，所述阀可操作用于控制流向燃料泵的燃料流量，所述燃料泵将燃料泵送到所述发动机的公共燃料轨道；确定实际阀位置；确定所述预测阀位置与所述实际阀位置之间的误差；以及响应于所述误差设定退化条件。

Description

用于共轨燃料系统动态状况评估的系统

技术领域

本实用新型所公开的主题涉及用于控制车辆中的共轨燃料系统的方法和系统。

背景技术

车辆（如轨道车辆）包括动力源（如柴油机）。在一些车辆中，燃料通过共轨燃料系统提供到柴油机。一种类型的共轨燃料系统包括与高压燃料泵流体连通的低压燃料泵，和与所述高压燃料泵流体连通并进一步与至少一个发动机气缸流体连通的燃料轨道。所述高压燃料泵将燃料加压用于通过所述燃料轨道进行输送。燃料经过所述燃料轨道到至少一个燃料喷射器，并最终到至少一个发动机气缸，在所述发动机气缸中燃料燃烧来为车辆提供动力。为了降低发动机降级（degradation）的可能性，可以对所述共轨燃料系统的燃料泄漏进行监测。

在一种方法中，共轨燃料系统通过在双壁管道的外壁中安置液体传感器来检测燃料泄漏。如果在所述双壁管道的内壁中出现裂缝，那么燃料就会通过该裂缝进入所述内壁与所述外壁之间的腔体。燃料填充所述腔体，直到所述液体传感器检测到它，此时触发指示燃料泄漏的故障。

然而，本实用新型的发明人在此已经确认了上述方法的问题。例如，添加所述液体传感器来检测燃料泄漏增加了所述燃料系统的生产成本和设计复杂性。作为另一个例子，以上方法仅能够检测所述双壁管道中的燃料泄漏。如果燃料泄漏发生在所述共轨燃料系统的其他地方，如发生在燃料喷射器喷嘴或燃料喷射器控制路径中，那么它可能不会由所述液体传感器检测到。

实用新型内容

在一个实施例中，一种用于控制具有发动机的系统的方法包括：确定阀的预测阀位置，所述阀可操作用于控制流向燃料泵的燃料流量，所述燃料泵将燃料泵送到所述发动机的公共燃料轨道；确定实际阀位置；确定所述预测阀位置与所述实际阀位置之间的误差；以及响应于所述误差设定降级条件。其中设定降级条件包括关闭所述发动机。

其中所述预测阀位置是以预测阀电流为依据的，而所述实际阀位置是以实际阀电流为依据的。

其中所述预测阀电流是所述阀的进口处燃料压力、由连接到所述公共燃料轨道的燃料喷射器的单一燃料喷射器冲程所喷射的燃料量、发动机转速和有效发动机气缸数目的函数。

其中所述预测阀电流是所述阀的进口处燃料压力、所述发动机的马力、发动机转速和有效发动机气缸数目的函数。

其中所述降级条件是响应于所述误差大于误差阈值而设定的。

其中随着所述预测阀电流增大，所述误差阈值相对于理想误差增大。

其中所述误差阈值相对于所述理想误差呈非线性缩放。

其中对于所述预测阀电流的第一区域，所述误差阈值是第一值，对于所述预测阀电流大于所述第一区域的所述预测阀电流的第二区域，所述误差阈值是大于所述第一值的第二值，并且对于所述预测阀电流的处于所述第一区域与所述第二区域之间的第三区域，所述误差阈值是所述第一值与所述第二值之间的斜坡函数。

本实用新型还公开一种系统，其包括：低压燃料泵，其可操作用于在第一压力下从燃料源泵送燃料；高压燃料泵，其可操作用于将所述第一压力增大到第二压力；阀，其设置在所述低压燃料泵与所述高压燃料泵之间，所述阀可操作用于控制流向所述高压燃料泵的燃料流量；公共燃料轨道，其将所述高压燃料泵流体连接到多个燃料喷射器，所述多个燃料喷射器可操作用于将燃料喷射到发动机的气缸；以及控制器，其可操作用于确定所述阀的预测阀位置、确定所述阀的实际阀位置、计算所述预测阀位置与所述实际阀位置之间的误差并且响应于所述误差设定降级条件。

其中所述控制器可操作用于响应于设定的所述降级条件而关闭所述发动机。

其中所述预测阀位置是所述阀的进口处燃料压力、由所述多个燃料喷射器中的一个的单一燃料喷射器冲程所喷射的燃料量、发动机转速和有效发动机气缸数目的函数。

本实用新型还公开一种系统，其包括：低压燃料泵，其可操作用于在第一压力下从燃料源泵送燃料；高压燃料泵，其可操作用于将所述第一压力增大到第二压力；阀，其设置在所述低压燃料泵与所述高压燃料泵之间，所述阀可操作用于控制流向所述高压燃料泵的燃料流量；公共燃料轨道，其将所述高压燃料泵流体连接到多个燃料喷射器，所述多个燃料喷射器可操作用于将燃料喷射到发动机的气缸；以及控制器，其可操作用于：确定所述阀的预测阀电流，所述预测阀电流是所述阀进口处的燃料压力、由所述多个燃料喷射器中的一个的单一燃料喷射器冲程所喷射的燃料量、发动机转速和有效发动机气缸数目的函数；确定所述阀的实际阀电流；确定所述预测阀电流与所述实际阀电流之间的误差；并且响应于所述误差大于误差阀值而关闭所述发动机。

其中在所述预测阀电流的范围内，所述误差阈值相对于理想误差按比例变化。

其中随着所述预测阀电流增大，所述误差阈值相对于所述理想误差增大。

其中所述误差阈值相对于所述理想误差呈非线性缩放。

其中所述公共燃料轨道是单壁公共燃料轨道。

本实用新型还公开一种非临时性电子可读介质，其具有存储在其上的一组或多组指令，当电子装置访问和执行所述指令时，引起所述电子装置进行：

以下各项中的至少一项：接收阀的预测阀位置的信息；或计算所述预测阀位置，所述阀可操作用于控制流向燃料泵的燃料流量，所述燃料泵配置用于将燃料泵送到发动机的公共燃料轨道；

以下各项中的至少一项：接收所述阀的实际阀位置的信息；或确定所述实际阀位置；

计算所述预测阀位置与所述实际阀位置之间的误差；以及

响应于所述误差，生成与设定降级条件有关的一个或多个信号。

在一个实例中，所述预测进口计量阀位置从所述进口计量阀的电流推导出。所述进口计量阀电流可以从共轨燃料系统上的稳态燃料流量平衡推导出，所述稳态燃料流量平衡使流入与流出所述共轨燃料系统的燃料流量相关联。预测电流与实际电流的不一致（disparity）表明流量平衡模型中可能存在下落不明的（unaccounted）燃料流量，如由于泄漏。或者，预测电流与实际电流之间的不一致可以表明部件已经出现故障（例如，高压燃料泵（HPP）出现过度磨损）。通过使用所述进口计量阀电流来预测所述共轨燃料系统的操作，可以在没有连接在双壁燃料线路中的专门传感器的情况下或与其一起从可获得的发动机操作数据来检测燃料泄漏。此外，这种方法可以更容易地适应于不同发动机并从而适应于不同燃料系统。

提供本实用新型内容是为了以简化形式介绍将在本实用新型中进行进一步描述的选定的概念。本实用新型内容并不意图确认所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非意图用于限制所要求保护的主题的范围。另外，所要求保护的主题并不限于解决本实用新型任何部分中指出的任何或所有缺点的实施方式。此外，本发明人在此已经认识到任何确认的问题和对应的解决方案。

附图说明

参考附图阅读以下非限定性实施例的描述可以更好地理解本实用新型，其中：

图1示意性地示出本实用新型的共轨燃料系统的示例实施例。

图2示意性地示出图1的共轨燃料系统的流量平衡图的实例。

图3示出用于图1的共轨燃料系统的预测操作的回归曲线图。

图4示出相对于进口计量阀电流而变化的可缩放误差阈值的曲线图。

图5是用于控制共轨燃料系统的燃料泄漏检测方法的实施例的流程图。

图6是用于控制共轨燃料系统的维护诊断方法的实施例的流程图。

具体实施方式

本实用新型涉及包括发动机（如柴油机）的车辆（如轨道车辆），其中燃料通过共轨燃料系统（Common Rail Fuel System；简称CRS）提供到所述发动机。所述CRS包括公共燃料轨道，所述公共燃料轨道提供燃料到用于将燃料喷射到所述发动机的气缸中的多个燃料喷射器。在一个实例中，所述CRS包括进口计量阀（Inlet Metering Valve；简称IMV），所述进口计量阀定位在低压燃料泵与高压燃料泵之间。所述IMV可操作用于控制流向为所述公共燃料轨道供给燃料的所述高压燃料泵的燃料流量。所述IMV可经调整来随着操作状态变化而改变所提供到公共燃料轨道的燃料量。更具体来说，本实用新型涉及动态评估所述CRS的状况（health）。

例如，可以通过用于检测所述CRS中的燃料泄漏的各种方法对所述CRS的状况进行动态评估。图1中示出CRS的一个实施例。

图2中示出表示图1的CRS的稳态流量平衡图。所述流量平衡图表示功能模型，所述功能模型说明了不同操作参数对所述CRS和流入所述系统中与流出所述系统的燃料流量的影响。所述流量平衡连同所述IMV电流可以用于确认所述CRS中的参数值之间的不一致。在一个实例中，从所述流量平衡模型推导出的流量平衡函数提供了所述IMV的预测电流，所述预测电流表示应当产生以基于通过各种传感器测量或确定的当前操作状态来提供进口计量阀位置的电流。然后可以将所述预测电流与指示实际阀位置的实际IMV电流进行比较，以检测是否存在泄漏或所述CRS的部件是否降级（degraded）。

图3中示出基于图2的流量平衡函数的示例性回归（regression）。图4中示出所述预测IMV电流与所述实际IMV电流之间的示例性误差阈值。图5中示出一种用于控制图1的CRS的示例方法，该控制是基于采用所述流量平衡函数来获得所述预测IMV电流以检测燃料泄漏。进行图5中所示的方法来连续监测发动机操作期间所述CRS中的相对较大（例如粗大（gross））泄漏（与相对较小泄漏相比）。

图6中示出一种用于控制图1的CRS的示例方法，该控制是基于监测燃料压力衰减的速率以确认相对较小泄漏（与通过图5所监测的所述相对较大泄漏相比）。具体来说，所述方法通过监测所述发动机无负载状态期间（如在启动发动机起动事件（cranking event）时）的轨道压力衰减速率来检查所述CRS的完整性。具体来说，在发动机启动期间，电机起动所述发动机以便在输送燃料前发起发动机运转。在此状态期间，所述发动机由所述电机驱动并且是空载的（unloaded）。另外，启动状态可以是在期间确认相对较小泄漏的特别有利状态，因为这类泄漏往往是由关机状态期间所进行的维护而引起。

图1包括用于车辆（如轨道车辆）的发动机的CRS100的方框图。在一个实例中，所述轨道车辆是机车。在替代实施例中，所述发动机可以是非公路车辆、固定式发电厂、船舶或其他中的另一种类型。液体燃料来自燃料箱102或储存在燃料箱102中。低压燃料泵104与燃料箱102处于流体连通。在此实施例中，低压燃料泵104设置在燃料箱102的内部，并且可以浸入液体燃料液面以下。在替代实施例中，所述低压燃料泵可以连接到所述燃料箱的外部并通过抽吸装置来泵送燃料。低压燃料泵104的操作由控制器106调节。

液体燃料由低压燃料泵104通过导管110从燃料箱102泵送到高压燃料泵108。阀112设置在导管110中并调节通过导管110的燃料流量。例如，阀112是进口计量阀。IMV112设置在高压燃料泵108的上游，以调整提供到高压燃料泵108并进一步提供到公共燃料轨道114用于分配到供燃料喷射用的多个燃料喷射器118的燃料的流速。例如，IMV112可以是电磁阀，其打开和关闭由控制器106进行调节。换句话说，控制器106命令所述IMV完全关闭、完全打开或在完全关闭与完全打开之间的位置，以便将流向高压燃料泵108的燃料流量控制为所命令的燃料流速。在车辆的操作期间，IMV112经调整用于基于操作状态来计量燃料，并且在至少一些状态期间可以是至少部分打开的。应当理解的是，所述阀仅仅是用于计量燃料的控制装置的一个实例并且在不脱离本实用新型范围的情况下可以采用任何合适的控制元件。例如，所述IMV的位置或状态可以通过控制IMV电流进行电控制。作为另一个例子，所述IMV的位置或状态可以通过控制用于调整所述IMV的伺服电机进行机械控制。

高压燃料泵108将燃料压力从较低压力增加到较高压力。高压燃料泵108与公共燃料轨道114处于流体连接。高压燃料泵108通过导管116输送燃料到公共燃料轨道114。多个燃料喷射器118与公共燃料轨道114处于流体连通。多个燃料喷射器118中的每一个输送燃料到发动机122中的多个发动机气缸120中的一个。例如，多个发动机气缸120中的燃料燃烧来通过交流发电机和牵引电机为所述车辆提供动力。多个燃料喷射器118的操作由控制器106进行调节。在图1的实施例中，发动机122包括四个燃料喷射器和四个发动机气缸。在替代实施例中，所述发动机中可以包括更多或更少的燃料喷射器和发动机气缸。

在一些实施方式中，所述公共燃料轨道是单壁燃料轨道。所述CRS还可以包括单壁导管（如导管116可以是单壁）用于输送燃料到所述燃料轨道。相对于双壁配置，可以采用单壁配置来降低生产成本并减轻所述CRS的重量。

由低压燃料泵104从燃料箱102泵送到IMV112进口的燃料可以在被称为较低的燃料压力或发动机燃料压力的压力下进行操作。相应地，CRS100的位于高压燃料泵108上游的部件在较低的燃料压力或发动机燃料压力区域中操作。另一方面，高压燃料泵108可以将燃料从所述较低燃料压力泵送到较高燃料压力或轨道燃料压力。相应地，CRS100的位于高压燃料泵108下游的部件在CRS100的较高的燃料压力或轨道燃料压力区域中操作。

所述较低燃料压力区域中的燃料压力由定位在导管110中的压力传感器126来测量。压力传感器126向控制器106发送压力信号。在一个替代应用中，压力传感器126与低压燃料泵104的出口处于流体连通。所述较低燃料压力区域中的燃料温度由定位在导管110中的温度传感器128来测量。温度传感器128向控制器106发送温度信号。

所述较高燃料压力区域中的燃料压力由定位在导管116中的压力传感器130来测量。压力传感器130向控制器106发送压力信号。在一个替代应用中，压力传感器130与高压燃料泵108的出口处于流体连通。请注意，在一些应用中，除了直接测量或与此相反，各种操作参数一般可以间接地确定或推导出。

除了上面所提到的传感器，控制器106从连接到发动机122的多个发动机传感器134接收各种信号，这些信号可以用于燃料控制状况和相关发动机操作的评估。例如，控制器106接收指示空气燃料比、发动机转速、发动机负载、发动机温度、环境温度、燃料值、有效燃烧燃料的气缸数目等的传感器信号。在所图示的实施方式中，控制器106是计算装置，如包括处理器单元136、非临时性计算机可读存储介质装置138、输入/输出端口、存储器和数据总线的微型计算机。包括在控制器106中的计算机可读存储介质138可用表示可由所述处理器执行的指令的计算机可读数据进行编程，所述指令用于实施下文描述的控制例程和方法以及其他没有具体列出的变体。

控制器106可操作用于基于从自所述各种传感器接收到的不同信号接收或推导出的不同操作参数来调整CRS100中的各种致动器，以动态地评估所述CRS的状况并基于所述评估来控制所述发动机的操作。例如，在实施例中，控制器106可操作用于进行状况检查诊断，所述状况检查诊断连续进行以用于在操作期间保护所述发动机。所述状况检查诊断利用所述IMV的操作知识来检测粗大燃料泄漏或其他降级。具体来说，应理解的是，在发动机操作期间所述IMV通常是打开的装置。因此，可以假定，如果所述实际IMV位置（或指示位置的电流）与预测IMV位置（或指示位置的电流）是不同的，那么过量燃料流量正提供到所述公共燃料轨道。另外，假设所述高压泵下游和所述公共燃料轨道中的燃料压力经调节到所希望的压力（例如大致恒定），那么可以假定，除了通过所命令的燃料喷射之外，过量燃料流量正在流出所述公共燃料轨道。此过量燃料流量可能表示所述CRS中的泄漏亦或所述CRS的其他降级，如过度磨损的高压燃料泵。

控制器106可操作用于通过确定基于预测IMV电流的预测IMV位置来进行所述连续状况检查诊断。所述预测IMV电流从流量平衡函数推导出，下文将参照图2进一步详细讨论所述流量平衡函数。另外，控制器106可操作用于确定基于实际IMV电流的实际IMV位置。例如，所述实际IMV电流由控制器106提供到IMV112用于控制阀位置。控制器106可操作用于确定所述预测IMV电流与所述实际IMV电流之间的误差。如果所述误差大于误差阈值，那么控制器106可操作用于设定降级条件。所述误差阈值可以设定为任何合适的值，并可以进行校准来适应不同CRS配置。在一些实施例中，缩放所述误差阈值来随着所述IMV电流变化而变化。下文将参照图4进一步详细讨论所述误差阈值的缩放。

在一些实施方式中，所述降级条件可以包括关闭发动机122。通过响应于检测到燃料泄漏而关闭所述发动机，可以降低发动机降级、可操作性降级或类似情况的可能性。在一些实施方式中，所述降级条件可以包括设定诊断标志并将所述降级条件的指示（例如视频的或音频的）呈现给操作员。

作为所述CRS的动态状况评估的另一个例子，控制器106可操作用于在所述CRS的维护周期之后检查所述CRS的完整性以确定是否存在燃料泄漏。这种评估检查在不恰当的维护之后最有可能发生的较小泄漏，这样使得它们可以在变为较大燃料泄漏之前得到解决。维护后状况评估检查较小燃料泄漏，而上述状况检查诊断则连续检查粗大燃料泄漏。具体来说，就前者而言，控制器106可在所述发动机的无负载状态期间进行操作，以停止多个燃料喷射器118的燃料喷射并关闭IMV112。发动机的无负载状态出现于当所述发动机通过惯性或从所述发动机外部产生的外部转矩而旋转时。作为一个例子，在发动机启动期间当起动电机转动所述发动机时，出现无负载状态。转动的发动机驱动所述燃料泵对所述公共燃料轨道进行加压。作为另一个例子，当电机/发电机为所述发动机提供动力时,出现无负载状态。作为又一个例子，当所述发动机吸收转矩或产生负的或制动转矩时，如在滑行（Coast down）事件期间,出现无负载状态。滑行事件出现于以下时候：发动机正高速操作，所要求的发动机负载变为零（或无负载），并且所述发动机通过惯性而旋转，直到外部阻力使发动机转速减慢到指定转速或所要求的发动机负载增加之时。换句话说，发动机的无负载状态是没有必要进行燃料喷射来满足发动机负载的状态。所述维护后评估是在所述发动机的无负载状态期间进行的，这样使得可以在不干扰发动机操作的情况下停止燃料喷射。

一旦燃料喷射停止并且所述IMV关闭，控制器106就持续第一指定持续时间对公共燃料轨道114中的燃料压力衰减进行监测。可以基于操作状态来指定或选择所述第一持续时间，并且其可以是预定持续时间。如果在所述第一指定持续时间之后，所述公共燃料轨道中燃料压力的燃料轨道压力衰减速率大于衰减速率阈值，那么控制器106可操作用于设定降级条件。如果所述燃料轨道压力衰减速率小于所述衰减速率阈值，那么将燃料喷射重新启动并且发动机操作继续。燃料压力衰减是指燃料压力随时间的下降或减小。燃料压力衰减在上文提到的控制状态（喷射停止并且所述IMV关闭）期间进行监测，因为在这类状态下，燃料应该既不会大量离开也不会大量进入公共燃料轨道114。因此，大于所述衰减速率阈值的燃料压力衰减速率指示了可能的泄漏情况。

在一些实施方式中，控制器106可操作用于通过响应于所述IMV电流大于电流阈值而开始所述第一指定持续时间，在发起用于测量公共燃料轨道114的所述燃料压力衰减速率的所述第一指定持续时间之前验证所述IMV的关闭。换句话说，在发起所述燃料压力衰减的监测之前,控制器106等待所述电流积累到指示所述阀已完全关闭的电流阈值。

在一些实施方式中，如上所述的，所述降级条件可以包括关闭发动机122。通过响应于检测到燃料泄漏而关闭所述发动机，可以降低发动机降级、可操作性降级或类似情况的可能性。在一些实施方式中，所述降级条件可以包括设定诊断标志并将所述降级条件的指示（例如视频的或音频的）呈现给操作员。

在一些实施方式中，控制器106可操作用于在监测燃料压力衰减以确定可能的燃料泄漏之前，检查操作状态是否合适。例如，控制器106可操作用于检查低压燃料泵104正在向公共燃料轨道114泵送燃料，使得存在足够的燃料压力积累来确定或测量燃料压力衰减。相应地，控制器106可操作用于检查发动机122正运行在所述发动机正在起动以操作所述燃料泵的指定发动机转速范围内。通过检查这类状态是否生效，可以降低所述CRS中燃料泄漏的假阳性评估的可能性。另外，控制器106可操作用于在以下情况下设定降级条件：如果当这类状态生效（例如，所述IMV进口处的所述发动机燃料压力大于发动机燃料压力阈值并且发动机转速处于指定发动机转速范围内）时，所述燃料轨道压力持续第二指定持续时间小于轨道燃料压力阈值的话。所述第二指定持续时间可以与用于监测燃料压力衰减的所述第一指定持续时间相同或不同。在一个实例中，第一指定持续时间是0.2秒并且第二指定持续时间是30秒。换句话说，如果发动机122正在起动并且低压燃料泵104正在泵送燃料，但是所述燃料压力在所述第二指定持续时间之后还没有积累超过所述燃料压力阈值的话，那么就假定存在燃料泄漏或所述CRS的部件降级。

在一些实施方式中，非临时性电子可读介质138具有存储在其上的一组或多组指令，当电子装置（例如处理器单元136）访问并执行所述一组或多组指令时引起所述电子装置：在发动机的无负载状态期间，生成一个或多个第一信号，用于控制停止发动机122的多个燃料喷射器118的燃料喷射；生成一个或多个第二信号，用于控制关闭可操作用于控制流向燃料泵108的燃料流量的阀112。燃料泵108与发动机122的公共燃料轨道114连接，用于提供燃料到公共燃料轨道114。另外，当由所述电子装置访问并执行时，所述指令引起所述电子装置：响应于在所述第一指定持续时间之后公共燃料轨道114中的燃料压力衰减速率大于衰减阈值，生成一个或多个第三信号，用于控制所述发动机的操作。例如，所述一个或多个第三信号引起响应于所述公共燃料轨道中的燃料压力衰减速率大于所述衰减速率阈值而关闭发动机122。

图2示意性地示出图1的CRS100的流量平衡图200的一个实例。流量平衡图200应用质量守恒来分析流入和流出CRS100的燃料流量。具体来说，通过计算进入和离开所述CRS的燃料，可以确认燃料流量的不一致，而这以其他方式可能难以准确测量。

流量平衡图200的燃料流量输入基于从CRS100的较低压力（LP）区域提供的燃料量来确定。具体来说，所述燃料流量输入是基于由低压燃料泵104的操作而提供的发动机燃料压力（EFP）和所述较低压力区域中燃料的燃料温度（FT）。所述发动机燃料压力和所述燃料温度用于确定流量平衡图200的所述燃料流量输入。所述发动机燃料压力由压力传感器126提供到控制器106。所述燃料温度由温度传感器128提供到控制器106。另一方面，流量平衡图200的燃料流量输出是基于由有效燃料喷射器所喷射的燃料喷射数量。例如，所述燃料喷射数量可以从通过脉冲宽度调制信号由所命令的燃料喷射来确定。请注意，有效燃料喷射器是指在发动机循环（其可以是，例如2个或4个冲程）期间其中喷射燃料用于在气缸中燃烧的燃料喷射器。

流量平衡图200包括影响流入和流出CRS100的燃料流量平衡的部件。流量平衡图200包括IMV112、高压燃料泵(HPP)108、公共燃料轨道（CFR）114和多个燃料喷射器（INJ）118。这些部件中的每一个基于由特定于该部件的不同操作参数所指示的操作状态而对燃料流量平衡有不同影响。

例如，IMV112的操作状态由IMV电流指示。所述IMV电流由控制器106通过控制线提供给IMV112，以控制所述IMV的位置。作为一个例子，较高IMV电流表示IMV位置更为关闭（最大IMV电流表示完全关闭位置），并且较低IMV电流表示IMV位置更为打开（零或最小IMV电流表示完全打开位置）。所述IMV电流结合所述输入燃料流量可以用于确定所提供到高压燃料泵108的燃料流量的量。

高压燃料泵108的操作状态从发动机转速（例如，每分钟转数（RPM））和燃料值（FV）来确定。所述发动机转速由多个发动机传感器134中的一个提供到控制器106。在高压燃料泵108是发动机驱动的实施方式中，燃料泵的操作随着发动机转速的增加而增加。所述燃料值是由高压燃料泵108在每个泵冲程中所泵送的燃料量。发动机转速和燃料值决定所提供到公共燃料轨道114的燃料流量的速率。

公共燃料轨道114的操作状态由所述公共燃料轨道的容积或燃料容量和所述公共燃料轨道中燃料的轨道压力（RP）进行指示。所述轨道压力由压力传感器130提供到所述控制器。所述容积和所述轨道压力用于确定储存在公共燃料轨道114中的燃料量。

多个燃料喷射器118的操作状态由燃料值、所述公共燃料轨道中燃料的轨道压力、发动机转速和其中喷射燃料的有效气缸的总数目进行指示，所述燃料值是由每个燃料喷射冲程所喷射的燃料量。

用于预测发动机操作期间的所述IMV电流的函数从如流量平衡图200中所示影响所述CRS的部件操作状态的所述操作参数推导出。用于基于流量平衡图200预测IMV电流的所述函数的一个例子是：

IMV电流=f{A+(B*EFP)+(C*FV*RPM*EFP*(ACTIVE/TOTAL))}

·其中A、B和C是可根据所述CRS的配置校准的变量；

·其中EFP是在所述IMV进口处由所述低压燃料泵所提供的燃料的发动机燃料压力；

·其中FV是由单一喷射器冲程所喷射的燃料量的燃料值（也称为燃料充量（fuel charge））；

·其中RPM是以每分钟转数表示的发动机转速；

·其中“ACTIVE”是其中正在由燃料喷射器喷射燃料的发动机气缸的数目；

·其中“TOTAL”是发动机中发动机气缸的总数目；

·上面的函数产生总燃料量与IMV位置之间的映射，其中较多燃料对应于较低电流（更为打开的阀）并且较少燃料对应于较高电流（更为关闭的阀）。

在一些实施方式中，所述FV项可以由总马力（GHP）项或为FV强函数的另一项所替代。作为一个例子，用于预测IMV电流并在发动机操作期间受命以将IMV电流发送到所述IMV的函数由回归来生成。所述回归使用来自各种CRS单元的近似5000个随机数据点进行建立并针对来自那些CRS单元的30000个数据点进行验证。

图3示出当应用于数据集时用于预测所述IMV电流的回归曲线图。应当理解的是，所述曲线图是非限制性的并且仅提供作为例子,并且其他数据点是可能的。所述曲线图将实际IMV电流（x轴）与由上述函数所产生的预测IMV电流（y轴）进行对比。在曲线图中，来自所述数据集的数据点相对于理想回归线或理想误差线300（以虚线示出）而显示，在理想回归线或理想误差线300中所述预测IMV电流匹配所述实际IMV电流。另外，误差阈值线302（显示为点划线）位于所述理想误差线上方。误差阈值线302下方的数据点表示被认为是在CRS100的可接受操作状态内的燃料流量。换句话说，进入所述CRS的燃料流量与离开所述CRS的燃料流量大致上平衡。另一方面，如果实际IMV电流显著低于预测IMV电流使得所述数据点在误差阈值线302上方（如数据点304的情况），那么可以假定存在相对于从所述系统输出的燃料，有过量燃料正在流入所述系统的情况。这一情况指示所述CRS的燃料泄漏或另一种降级。

在一些实施方式中，在所述IMV电流的范围内，所述误差阈值相对于所述理想误差按比例（in scale）变化。在一些实施方式中，在IMV电流的范围内随着所述IMV电流增大，所述误差阈值相对于所述理想误差增大。在一些实施方式中，所述误差阈值相对于所述理想误差呈非线性缩放。在一些实施方式中，在所述IMV电流的不同区域中，所述误差阈值相对于所述理想IMV误差的变化有所不同。

图4示出在IMV电流的不同区域中所述误差阈值如何相对于所述理想误差变化的一个例子。在预测IMV电流为较低的第一区域402中，所述误差阈值设定为第一值。在预测IMV电流大于第一区域402的所述预测IMV电流的第二区域406中，所述误差阈值设定为大于所述第一值的第二值。第二区域406是发动机操作期间的预测IMV电流的上部区域。在第一区域402与第二区域406之间的第三区域404中，所述误差阈值是所述第一值与所述第二值之间的斜坡函数。换句话说，在第三区域404中，所述误差阈值以恒定的斜坡值从所述第一值增加到所述第二值。误差阈值302的形状经限定以随着所述IMV电流增大而容纳所述回归的数据点的更大方差。通过基于预测IMV电流的区域来相对于理想误差改变误差阈值，减少了由于燃料泄漏（又名有害故障（nuisance fault））的假阳性测定所造成的发动机关机。因此，更不经常发生发动机操作的中断。可以理解的是，在不脱离本实用新型范围的情况下，所述误差阈值的形状可以改变为几乎任意合适形状，以容纳所述回归的数据点的方差。

图5是用于控制共轨燃料系统的燃料泄漏检测方法500的实施例的流程图。在一个实例中，方法500可由图1中所示的控制器106执行。具体来说，控制器106在整个发动机操作中重复执行方法500来监测CRS100中的粗大燃料泄漏。在502处，方法500包括确定发动机转速是否大于转速阈值。所述确定步骤查看所述发动机是否运行在合适的发动机转速下以操作所述发动机驱动的燃料泵，使得燃料流动通过IMV112并由多个燃料喷射器118进行喷射。所述转速阈值可以设定在几乎任何合适的速度。在一个实例中，转速阈值设定为330RPM。可以持续预定持续时间进行所述确定步骤。在一个实例中，所述预定持续时间为5秒。如果确定发动机转速大于转速阈值，则方法500移动到504。否则，所述方法返回到502。

在504处，方法500包括确定预测进口计量阀位置。在一些实施方式中，所述预测IMV位置是基于预测IMV电流。在一个实例中，所述预测进口计量阀电流是所述进口计量阀进口处的燃料压力、由连接到所述公共燃料轨道的燃料喷射器的单一燃料喷射器冲程所喷射的燃料量、发动机转速和有效发动机气缸数目的函数。在另一个实例中，所述预测进口计量阀电流是所述进口计量阀进口处的燃料压力、所述发动机的马力（例如总马力或净马力）、发动机转速和有效发动机气缸数目的函数。所述示例函数中任何一个都可以从产生自CRS100操作的数据点的IMV电流的回归而生成。另外地或替代地，可以预测通过所述IMV的燃料的流速。

在506处，方法500包括确定实际进口计量阀位置。在一些实施方式中，所述实际IMV位置是基于实际IMV电流。在一个实例中，控制器106通过控制线向IMV112提供所述实际IMV电流。另外地或替代地，可以测量、确定或从其他操作参数推导出通过所述IMV的燃料流速。

在508处，方法500包括确定预测进口计量阀位置（或IMV电流）与实际进口计量阀位置（或IMV电流）之间的误差。在一个实例中，通过取实际IMV电流与预测IMV电流之间的差来确定所述误差。在一些实施方式中，在一段持续时间内取得实际IMV电流和预测IMV电流的样本，并且对所述差的平均值进行过滤以确定所述误差。另外地或替代地，可以确定通过所述IMV的燃料的预测流速与实际流速之间的误差。

在510处，方法500包括确定所述误差是否大于误差阈值。如果误差大于误差阈值，则方法500移动到512。否则，所述IMV电流处于合适的操作范围内且流入和流出所述CRS的燃料流量是适当的，并且方法500返回到其他操作。

在512处，方法500包括响应于所述误差大于所述误差阈值设定降级条件。所述误差阈值可以设定为任何合适的值。在一些实施方式中，所述误差阈值可以设定为较小数目或近似为零。在这类实施方式中，所述方法将包括响应于所述误差设定所述降级条件。在一些实施方式中，设定所述降级条件包括关闭所述发动机（例如自动地）。在一些实施方式中，设定所述降级条件包括向操作员提供燃料泄漏的指示。作为一个例子，响应于设定的所述降级条件而开启燃料泄漏指示灯。

通过使用所述进口计量阀电流来预测所述共轨燃料系统的操作，仅仅使用标准发动机操作参数就检测到燃料泄漏，而不用专门的传感器或额外输入。这一方法可以降低所述共轨燃料系统的生产成本和设计复杂性。换句话说，这一方法提供了“非侵入性”CRS泄漏检测，这种检测可以在整个操作过程中连续进行以保护所述发动机。

图6是用于控制共轨燃料系统的维护诊断方法600的实施例的流程图。在一个实例中，方法600可由图1中所示的控制器106执行。在602处，方法600包括确定当前是否存在所述发动机的无负载状态。发动机的无负载状态出现于当所述发动机通过惯性或从所述发动机外部产生的外部转矩而旋转时。作为一个例子，在发动机启动期间当起动电机转动所述发动机时，出现无负载状态。转动的发动机驱动所述燃料泵对所述公共燃料轨道进行加压。作为另一个例子，当电机/发电机为所述发动机提供动力时,出现无负载状态。作为又一个例子，当所述发动机吸收转矩或产生负的或制动转矩时，如在滑行事件期间,出现无负载状态。换句话说，发动机的无负载状态是没有必要进行燃料喷射来满足发动机负载的状态。如果存在无负载状态，则方法600移动到604。否则，方法600返回到602。

在604处，方法600包括确定燃料轨道压力是否大于轨道压力阈值。所述确定步骤查看所述燃料轨道压力是否已经积累到足够的操作水平。所述轨道压力阈值可以设定为任何合适的压力水平。在一个实例中，轨道压力阈值设定为40000kPa。如果燃料轨道压力大于轨道压力阈值，则方法600返回到其他操作。否则，方法600移动到606。

在606处，方法600包括确定所述燃料轨道压力是否变得持续第二指定持续时间地大于所述轨道压力阈值，而发动机燃料压力大于发动机压力阈值并且发动机转速处于指定的发动机转速范围内。所述发动机燃料压力表示在所述IMV进口处由所述低压燃料泵所提供的燃料的压力。所述发动机转速范围的确定查看所述发动机是否实际上正在起动以驱动所述低压燃料泵。所述发动机燃料压力的确定查看是否实际上正在向所述IMV提供燃料以便在所述公共燃料轨道中积累压力。如果发动机正在起动并且发动机燃料压力小于发动机压力阈值，则可以假定用于操作所述发动机的发动机燃料压力存在不足并且低压燃料泵可能或可能没有在正常工作。因此，方法600移动到618。如果所述发动机正在起动并且所述发动机燃料压力正在积累压力超过所述阈值，则方法600移动到608。

在608处，方法600包括确定所述燃料轨道压力是否大于所述轨道压力阈值。如果所述发动机正在起动（例如，发动机转速在转速范围内）并且所述低压燃料泵正在泵送燃料（例如，发动机燃料压力>发动机压力阈值），但所述燃料轨道没有正在加压（例如，所述燃料轨道压力<轨道压力阈值），则可以假定所述高压燃料系统中存在泄漏或存在另一种类型的降级，并且方法600移动到618。否则，如果所述发动机正在起动、所述低压燃料泵正在操作并且所述燃料轨道压力积累到足够的压力水平来测试燃料压力衰减，则方法600移动到610。

所述第二指定持续时间、所述发动机燃料压力阈值和所述发动机转速范围可以设定为任何合适的值。在一个实例中，第二指定持续时间为30秒，轨道燃料压力阈值为40000kPa，发动机燃料压力阈值近似为241kPa并且指定发动机转速范围在35RPM与325RPM之间。如果在这些操作状态期间所述燃料轨道压力保持大于所述轨道压力阈值，那么方法600移动到610。否则，可以假定，所述CRS存在降级，如粗大燃料泄漏，因为燃料轨道压力无法保持处于所述轨道压力阈值之上。如果燃料压力变得在持续选定持续时间小于轨道燃料压力阈值，那么方法移动到618。

在610处，方法600包括停止所述多个燃料喷射器的燃料喷射。在一个实例中，停止燃料喷射包括控制脉冲宽度调制信号来命令所述多个燃料喷射器不喷射燃料。在一些实施方式中，停止燃料喷射包括关闭将燃料提供到所述进口计量阀进口的燃料泵。此外，可以用任何合适的方式来停止燃料喷射，包括阻止燃料进入向所述燃料轨道供给燃料的高压燃料泵，如通过关闭另外的截止阀或类似物。

在612处，方法600包括关闭所述IMV。在一个实例中，关闭所述IMV包括命令用于控制所述IMV位置的IMV电流增加到对应于完全关闭位置的电流。

在614处，方法600包括在发起用于测量所述公共燃料轨道的燃料压力衰减速率的预定持续时间之前，验证所述IMV的关闭。在一个实例中，验证所述IMV的关闭包括响应于所述IMV电流大于电流阈值而开始所述第一指定持续时间。所述电流阈值设定为对应于所述IMV的所述完全关闭位置的电流。在一个实例中，所述电流阈值设定为1.8Amps。通过验证所述IMV的关闭，可以增加所述燃料压力衰减速率的确定准确度。

在616处，方法600包括确定在第一指定持续时间之后所述公共燃料轨道中燃料压力的燃料轨道压力衰减速率是否大于衰减阈值。所述压力衰减速率和所述第一指定持续时间可以设定为任何合适的值。在一个实例中，衰减阈值是500kPa并且第一指定持续时间是0.2秒。如果燃料轨道压力衰减速率大于衰减阈值，则方法600移动到618。否则,就确定不存在燃料泄漏并且方法600返回到其他操作。

在618处，方法600包括设定降级条件。在一些情况下，响应于在所述第一指定持续时间之后所述公共燃料轨道中燃料压力的燃料轨道压力衰减速率大于所述衰减阈值设定所述降级条件。在这类情况下，所述降级条件指示在所述CRS的处于所述IMV与所述燃料喷射器之间的高压区域中存在燃料泄漏。在一些情况下，响应于所述燃料压力持续所述第二指定持续时间小于所述燃料轨道压力阈值设定所述降级条件，其中所述发动机燃料压力大于所述发动机燃料压力阈值并且所述发动机转速在指定发动机转速范围内。在这类情况下，所述降级条件表明所述CRS中存在粗大燃料泄漏或部件已经降级，因为燃料压力无法在所述公共燃料轨道中积累，即使所述低压燃料泵正在泵送燃料。

在一些实施方式中，设定所述降级条件包括关闭所述发动机。在一些实施方式中，设定所述降级条件包括向操作员提供燃料泄漏的指示。作为一个例子，响应于设定了所述降级条件而开启燃料泄漏指示灯。

上述方法使得能够以高分辨率检测所述CRS中的燃料泄漏。更具体来说，通过监测所述公共燃料轨道中的燃料压力衰减速率，可以检测到所述CRS中所有部件和连接上的相对较小泄漏（或非常缓慢的滴漏）。此外，通过在无负载状态期间进行所述方法，泄漏检测可以在不中断发动机操作的情况下进行。因此，可以抑制操纵性或操作性的降低。更具体来说，当在启动事件期间进行所述方法时，在所述CRS最有可能由于不恰当的维护而发生燃料泄漏时的那些时间段中进行泄漏检测。因此，可以在燃料泄漏变得更大或对所述CRS造成更大降级之前及早检测到它们。

另外，所述方法使得能够检测双壁系统中的燃料泄漏，而液体传感器则不能。例如，所述方法检测发生于整个喷射器喷嘴、喷射器控制路径等处的燃料泄漏。此外，所述方法不需要额外传感器或输入/输出组合。所述方法可以适用于包括大量燃料喷射器的发动机配置，其中燃料喷射事件发生更频繁，并且燃料喷射事件之间的时间段太短以至于不能针对燃料泄漏来监测燃料压力衰减速率。

另一实施例涉及用于发动机的燃料系统。所述系统包括燃料泵和阀，所述阀可操作用于控制流向所述燃料泵的燃料流量。所述燃料系统还包括公共燃料轨道，所述公共燃料轨道将所述燃料泵流体连接到多个燃料喷射器，所述多个燃料喷射器可操作用于将燃料喷射到所述发动机的气缸。所述燃料系统还包括控制器，所述控制器可操作用于接收所述阀的预测阀位置的信息和/或计算所述预测阀位置。所述控制器进一步可操作用于接收所述阀的实际阀位置的信息和/或确定所述实际阀位置。所述控制器进一步可操作用于计算所述预测阀位置与所述实际阀位置之间的误差，并且用于响应于所述误差而生成与设定降级条件有关的一个或多个信号。

另一实施例涉及燃料输送系统。所述系统包括：燃料泵、阀和公共燃料轨道，所述阀可操作用于控制流向所述燃料泵的燃料流量，所述公共燃料轨道将所述燃料泵流体连接到多个燃料喷射器，所述多个燃料喷射器可操作用于将燃料喷射到发动机的气缸。所述系统进一步包括控制器。在所述发动机的无负载状态期间，所述控制器可操作用于：停止所述多个燃料喷射器（例如，所述发动机的所有喷射器）的燃料喷射；关闭所述阀；以及响应于在一段持续时间（例如，选定的或以其他方式指定的持续时间）之后所述公共燃料轨道中燃料压力的衰减速率大于衰减阈值设定降级条件。这样的系统可以在具有单一高压燃料泵的发动机环境中进行实施。

本实用新型使用了各种实例来公开本实用新型，包括最佳模式，同时也使得相关领域的技术人员能够实践本实用新型，包括制造和使用任何装置或系统以及实施所涵盖的任何方法。本实用新型的可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员所想到的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

应理解，以上描述旨在说明而非进行限制。例如，上述实施例（和/或其方面）可以彼此结合使用。此外，可以在不脱离本实用新型范围的情况下做出许多修改，以使特殊情况或材料适用于本实用新型的教义。尽管本实用新型中所述材料的尺寸和类型旨在用于定义本实用新型的参数，但是它们不以任何方式限定，并且仅为示例性实施例。在所附权利要求书中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的简明语言等同物。此外，在以下权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，且并不对其对象强加数字或空间要求。

结合附图进行阅读，将更好地理解对本实用新型的某些实施例的前文描述。尽管附图示出各种实施例的功能块的图示，但所述功能块并非一定指示硬件电路之间的划分。因此，例如，所述功能块（例如，处理器或存储器）中的一个或多个可以在单个硬件（例如，通用信号处理器、微控制器、随机存取存储器、硬盘等）中进行实施。类似地，所述程序可以是独立程序、可以并入作为操作系统中的子例程、可以是已安装软件包中的函数等。所述各种实施例不限于附图中所示的布置和手段。

应了解，在本实用新型中，以单数形式列举并且通过字词“一”或“一个”引出的元件或步骤并不排除多个所述元件或步骤，除非明确指出此类排除情况。此外，对本实用新型“一项实施例”的参考并不旨在解释为排除存在同样包含所述特征的其他实施例。此外，除非明确指出情况相反，否则“包含”、“包括”或“拥有”具有特定性质的某个元件或多个元件的实施例可以包括不具有所述性质的其他此类元件。

Claims

1.一种系统，其包括：

低压燃料泵，其可操作用于在第一压力下从燃料源泵送燃料；

高压燃料泵，其可操作用于将所述第一压力增大到第二压力；

阀，其设置在所述低压燃料泵与所述高压燃料泵之间，所述阀可操作用于控制流向所述高压燃料泵的燃料流量；

公共燃料轨道，其将所述高压燃料泵流体连接到多个燃料喷射器，所述多个燃料喷射器可操作用于将燃料喷射到发动机的气缸；以及

控制器，其可操作用于确定所述阀的预测阀位置、确定所述阀的实际阀位置、计算所述预测阀位置与所述实际阀位置之间的误差并且响应于所述误差设定降级条件。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器可操作用于响应于设定的所述降级条件而关闭所述发动机。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述预测阀位置是所述阀的进口处燃料压力、由所述多个燃料喷射器中的一个的单一燃料喷射器冲程所喷射的燃料量、发动机转速和有效发动机气缸数目的函数。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述降级条件是响应于所述误差大于误差阈值而设定的。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述预测阀位置是以预测阀电流为依据的，而所述实际阀位置是以实际阀电流为依据的。

6.如权利要求5所述的系统，其中对于所述预测阀电流的第一区域，所述误差阈值是第一值，对于所述预测阀电流大于所述第一区域的所述预测阀电流的第二区域，所述误差阈值是大于所述第一值的第二值，并且对于所述预测阀电流的处于所述第一区域与所述第二区域之间的第三区域，所述误差阈值是所述第一值与所述第二值之间的斜坡函数。

7.一种系统，其包括：

控制器，其可操作用于：确定所述阀的预测阀电流，所述预测阀电流是所述阀进口处的燃料压力、由所述多个燃料喷射器中的一个的单一燃料喷射器冲程所喷射的燃料量、发动机转速和有效发动机气缸数目的函数；确定所述阀的实际阀电流；确定所述预测阀电流与所述实际阀电流之间的误差；并且响应于所述误差大于误差阀值而关闭所述发动机。

8.如权利要求7所述的系统，其中在所述预测阀电流的范围内，所述误差阈值相对于理想误差按比例变化。

9.如权利要求8所述的系统，其中随着所述预测阀电流增大，所述误差阈值相对于所述理想误差增大。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述误差阈值相对于所述理想误差呈非线性缩放。

11.如权利要求7所述的系统，其中对于所述预测阀电流的第一区域，所述误差阈值是第一值，对于所述预测阀电流大于所述第一区域的所述预测阀电流的第二区域，所述误差阈值是大于所述第一值的第二值，并且对于所述预测阀电流的处于所述第一区域与所述第二区域之间的第三区域，所述误差阈值是所述第一值与所述第二值之间的斜坡函数。

12.如权利要求7所述的系统，其中所述公共燃料轨道是单壁公共燃料轨道。