气体燃料供应线路中的用于管理质量流量和抑制压力脉动的模块

摘要

气体加燃料内燃机的供应线路中的用于管理质量流量和抑制压力脉动的模块，包括：一个中空主体，限定一个扩张容积，该扩张容积被直接流体连接至一个压力传感器和一个温度传感器。该模块沿着气体燃料发动机的供应线路被放置在燃料压力增大设备和将燃料供应至发动机的燃料轨之间。该模块可以包括：一个过滤器，该过滤器将杂质从供应至发动机的气体燃料移除；以及，一个过压保护设备，该过压保护设备可以将气体燃料中的一些从该模块排出，以保护该模块免于过度加压。

说明书

技术领域

本发明涉及气体燃料内燃机的燃料供应线路中的用于管理质量流 量和抑制由压力增大设备生成的压力脉动的模块。

背景技术

目前，与柴油发动机或汽油发动机相比，用于重载卡车的气体燃料 内燃机由于在有效运行时发动机排气中具有降低水平的污染物而获得 更多的认可。通常，这样的发动机用天然气加装燃料，但是可以使用其 他可燃气体燃料（诸如，甲烷、丙烷、丁烷、氢气以及这样的燃料的混 合物）。用于为内燃机加装燃料的气体燃料可以作为压缩气体（例如， 压缩天然气（CNG））或者低温地以液化形式（例如，液化天然气（LNG）） 贮存在罐中。

当气体燃料以液化形式贮存时，泵可被用于增大LNG的压力，且将 LNG从贮存罐泵送到燃料供应线路中。沿着燃料供应线路，在蒸发器将 LNG转换为蒸气之后，将其供应至发动机的燃烧室。当气体燃料被贮存 在CNG罐中时，罐内的压力可低于将CNG递送到燃烧室中所需要的压力， 因为当燃料被发动机消耗时，贮存压力下降。因此，供应至发动机的 CNG的压力需要从贮存压力增大至更高的压力，在所述更高的压力时， CNG将通过燃料喷射器而被喷射到燃烧室中。这可以通过压放大器、压 缩机或任何其他燃料压力增大设备来完成。对于将气体燃料喷射到燃烧 室中所需要的高压力，压力增大设备（诸如，LNG泵或CNG压力放大器） 通常使用往复式活塞或基于正排量原理的一些其他装置，且这样的设备 可以将压力脉动引入到气体燃料流内。如果压力脉动转移到燃料喷射 器，则这可能在相对于指令喷射燃料量来控制实际喷射燃料量时引入误 差。

在正常运行期间，可能存在突然的燃料需求而不能由单独的泵立即 满足的时刻，从而许多现有的发动机燃料供应系统包括一个蓄压器 （accumulator），所述蓄压器以喷射到燃烧室内所需要的压力暂时地 贮存一定量的燃料供应，使得需要时它对于发动机是易于得到的。在蓄 压器的最简单的形式中，它是连接至燃料供应线路的贮存罐，且为了有 效，蓄压器用作储存器，所述储存器的尺寸足够大，以减小由压力增大 设备生成的脉动以及由超出通过压力增大设备的流动速率的能力的突 然的燃料需求导致的压力波动。然而，气体燃料蓄压器的缺点是它们太 大。如果不是专门设计用于发动机应用，它们可能是相对昂贵的，且可 能还需要频繁的安全检查。

气体燃料供应系统通常需要附加的部件，诸如：过滤器，将杂质从 供应到燃烧室的燃料移除；压力传感器和/或温度传感器，向控制系统 提供反馈，用于调节燃料泵冲程；以及，安全和控制设备，诸如压力释 放阀。所述部件被流体连接至燃料供应线路，且彼此之间通过多个管道 设备（例如，配件、适配器）连接，这增大了泄漏的风险，从而减弱了 燃料供应系统的总体可靠性。

还可能存在引入到燃料系统的其他部分内的压力脉动，诸如引入到 燃料轨（fuel rail）中的、由燃料喷射器的循环致动所导致的压力脉 动，所述燃料轨将燃料供应到燃料喷射器。所述问题在现有技术中已经 被解决，例如在申请号为2002/0043249的美国专利中，该美国专利描 述了一种包括若干抑制区段的燃料轨，每一区段包括两个抑制构件，这 两个抑制构件被布置为彼此相对且以一个预定距离偏移，从而导致燃料 流动的横向方向改变，这衰减了燃料轨内的压力脉动。替代地，燃料轨 可以包括整体成型的抑制区段，该抑制区段的内径小于该燃料轨的主体 部的内径。减小横截面的轨的效果是，将一部分压力波反射回到对向的 压力波中，从而至少部分地消除燃料轨内产生的压力脉动。这样的布置 声称对于抑制燃料轨内的、由燃料喷射器的循环运行所导致的相对低频 率和低幅度的压力脉动是有效的，但它们没有解决可通过压力增大设备 引入到燃料供应线路中的更高频率的脉动。

从现有技术中得知用于抑制由活塞式压缩机在气体流中生成的压 力脉动的其他设备，活塞式压缩机的运行能够触发所述压力波。如在英 国专利no.605,054和658,562或在美国专利no.2,795,374中所描述 的，这样的设备总体包括细长的壳体，所述细长的壳体具有至少两个分 立的室，一个与气体入口连通，另一个与气体出口和一个管连通，所述 管的长度比所述细长的壳体的长度更大，所述管形成流体连接所述至少 两个室的细长的通路。当气体流过由所述管形成的相对受限且细长的通 路时，所述气体流中的压力脉动被抑制。然而，所述用于抑制压力脉动 的设备需要附加的元件，如上面所描述的，附加的元件增加了它们的结 构复杂性。

因此，存在对于这样一种简单、更紧凑、更便宜的模块的需要，所 述模块用于抑制由安装在气体燃料内燃机系统的气体燃料供应系统中 的压力增大设备生成的相对中等频率的压力脉动以及用于管理穿过其 的流动。

发明内容

公开了一种模块，用于在内燃机的气体燃料供应线路中管理质量流 量和抑制压力脉动。所述模块包括：

a.一个中空主体，具有一个入口和一个出口，所述中空主体限定一 个扩张容积，燃料在所述模块的入口和出口之间流过所述扩张容积；

b.一个压力传感器，被安装在所述模块的主体上，用于测量所述模 块的扩张容积内的压力；以及

c.一个温度传感器，被安装所述模块的主体上，用于测量来自所述 模块的扩张容积内的温度。

在此，应理解，“扩张容积”意味着模块的横截面流动面积大于燃 料供应线路的横截面流动面积，该燃料供应线路将燃料从压力增大设备 递送到该模块且从该模块递送到发动机。

该模块沿着该气体燃料供应线路定位于压力增大设备和发动机之 间，使得从压力增大设备供应的气体燃料在流过该模块之后，被供应至 发动机的燃料轨。该模块不同于现有技术的系统中所使用的蓄压器，因 为通过压力增大设备供应的燃料未贮存在该模块中，而是流过该模块的 扩张容积，以被供应至燃料轨。熟悉常规轨技术的人员将理解，如本文 限定的术语“轨”意味着导管、孔或用作将燃料分配至燃料喷射器的歧 管的管道。燃料轨可以具有与燃料供应线路相同的横截面，或者优选地， 具有比燃料供应线路更大的横截面。压力增大设备可以是放置在燃料罐 内侧或外侧的液体燃料泵、气体燃料压缩机、压力放大器或任何其他压 力增大设备，优选的是正排量类型的。通过压力传感器和温度传感器获 取的压力测量和温度测量被传达至控制器，该控制器通过停止或启动压 力增大设备以将该模块内的压力维持在一个预定压力范围内来管理通 过所述燃料供应线路的流动。

所述模块具有一个中空主体，优选地是细长形状的中空主体。

所述模块可包括一个过压保护设备，优选地是安装在所述模块的主 体上的压力释放阀。任何其他的过压保护设备，例如破裂片型设备或破 裂销型设备，可被用来代替所述压力释放阀。所述过压保护设备被流体 连接至所述模块的入口或所述模块的扩张容积，并且如果所述模块内的 压力超出一个预定上限值，则从所述模块排出一些燃料。

所述模块还可包括一个布置在所述模块的中空主体内的过滤器，使 得通过所述入口进入所述模块的气体燃料在流过所述过滤器之后，通过 所述出口离开所述模块。所述过滤器可具有圆柱形形状或平面形状。当 所述模块包括过压保护设备和过滤器时，所述过压保护设备优选地在所 述过滤器的上游被连接至所述模块的入口或扩张容积，用于更加精确地 感测所述模块内的压力。

在一个优选实施方案中，所述模块的所述中空主体能被拆卸成至少 两个部分，以在所述模块未被使用时进入所述模块的扩张容积。在一些 其他实施方案中，在所述模块的部件被安装之后，例如所述过滤器被安 装所述模块的膨胀容积内、处在其运行位置之后，所述模块的中空主体 的部分可被焊接在一起。

在一些实施方案中，一个穿孔管被安装在所述模块的中空主体内， 与所述入口直接流体连通，使得当气体燃料在通过所述入口进入所述模 块之后，流过所述管中的穿孔进入所述扩张容积时，在气体燃料中创建 了湍流运动。

在一些实施方案中，所述模块的入口包括一个导管，所述导管通向 一个到所述模块的扩张容积内的开口，且所述开口的横向横截面面积可 大于所述导管的横向横截面面积，以将涡旋运动赋予进入所述模块的气 体燃料。替代地，所述入口的导管部分可设有一个连续的螺旋形通道， 所述连续的螺旋形通道将涡旋运动赋予进入所述模块的扩张容积的气 体燃料。

在所述模块的一些实施方案中，所述过滤器被安装在所述模块的扩 张容积内，使得其与所述模块的入口直接流体连通，而在其他实施方案 中，所述过滤器被安装为使得其与所述模块的出口直接流体连通。在又 一些其他实施方案中，所述过滤器可沿着所述模块的扩张容积的整个长 度在所述模块的入口和出口之间延伸，使得流过所述模块的燃料必须在 经过所述过滤器的筛网之后，通过所述出口离开所述模块。

在本发明的一个优选实施方案中，用于在内燃机的气体燃料供应线 路中管理质量流量和抑制压力脉动的模块包括：

a.一个细长的中空主体，具有一个入口和一个出口，其中所述中空 主体限定一个扩张容积，燃料在所述入口和所述出口之间流过所述扩张 容积；

b.一个压力传感器，被安装在所述模块的主体上，所述传感器测量 所述模块的扩张容积内的压力；

c.一个温度传感器，被安装在所述模块的主体上，所述温度传感器 测量来自所述模块的扩张容积内的温度；

d.一个圆柱形形状的过滤器，被布置在所述模块的中空主体内与所 述模块的出口直接流体连通，使得通过所述入口进入所述模块的气体燃 料在流过所述过滤器之后，通过所述出口离开所述模块；以及

e.一个压力释放阀，被安装在所述模块的主体上，其中所述压力释 放阀在所述过滤器的上游与所述模块的扩张容积直接流体连通。

在该实施方案中，当所述模块未被使用时，所述模块的中空主体可 以被拆卸成一个主体细长部分和两个端部分。所述压力传感器、所述温 度传感器和所述压力释放阀优选地被安装在设有所述模块的入口的一 个端部分上，且所述过滤器优选地被安装在设有所述模块的出口的所述 主体的一个端部分上。

根据本发明，一种用于通过压力增大设备将气体燃料从燃料罐供应 至将燃料递送至所述发动机的燃料喷射器的燃料轨的内燃机的燃料供 应线路，可包括一个模块，用于管理质量流量和抑制所述气体燃料中的 压力脉动，所述模块沿着所述燃料供应线路定位，由此在所述压力增大 设备和所述燃料轨之间流动的所述气体燃料必须流过所述模块。所述模 块具有一个中空主体，所述中空主体限定一个扩张容积，所述扩张容积 被流体连接至（a）一个测量所述模块的扩张容积内的压力的压力传感 器，以及被流体连接至（b）一个测量所述模块的扩张容积内的温度的 温度传感器。通过所述压力传感器和所述温度传感器获取的对应的压力 测量和温度测量被传达至一个控制器，该控制器停止或启动所述压力增 大设备，以将所述模块内的压力维持在一个预定压力范围内。

所述燃料供应线路可进一步包括一个安装在所述模块的所述主体 上的压力释放阀以防止过压，所述压力释放阀被流体连接至所述模块的 扩张容积。当所述模块内的压力超出一个预定上限值时，所述压力释放 阀允许排出一些气体燃料。

所述燃料供应线路进一步包括一个布置在所述模块的扩张容积内 的过滤器，由此当所述气体燃料流过所述扩张容积时，必须流过所述过 滤器。所述过滤器可具有圆柱形形状或平面形状。当所述燃料供应线路 包括压力释放阀和过滤器时，所述压力释放阀优选地在所述过滤器的上 游被流体连接至所述模块的扩张容积。

所述模块的所述主体可以被拆卸成至少两个部分，以在所述模块未 被使用时进入所述模块的扩张容积。

所述燃料供应线路可包括一个穿孔管，所述穿孔管被安装在所述模 块的中空主体内，与所述模块的一个入口直接流体连通，由此在所述燃 料通过所述入口进入所述模块之后，所述燃料流过所述管的穿孔，且流 到所述模块的扩张容积内。这在进入所述模块的气体燃料内创建了湍流 运动，且对进入所述模块的气体燃料中存在的压力脉动具有抑制效应。

在一些实施方案中，所述模块的入口包括一个导管，所述导管通向 一个到所述模块的扩张容积内的开口，且所述开口的横向横截面面积大 于所述导管的横向横截面面积。所述入口的这种布置将涡旋运动赋予进 入所述模块的气体燃料，这对于抑制来自所述气体燃料的压力脉动是有 益的。替代地，所述模块的入口包括一个导管，所述导管设有一个连续 的螺旋形通道，所述连续的螺旋形通道将涡旋运动赋予进入所述模块的 所述扩张容积的所述气体燃料。

一种用于在内燃机的气体燃料供应线路中管理质量流量和抑制由 压力增大设备生成的脉动的系统包括一个如上面所描述的模块和一个 控制器，所述控制器停止或启动通过所述模块将来自所述燃料罐的燃料 供应至所述发动机的所述压力增大设备，以将所述模块内的压力维持在 一个预定压力范围内。

提供了一种在内燃机的气体燃料供应线路中管理质量流量和抑制 由压力增大设备生成的压力脉动的方法。该方法包括：

a.通过一个压力增大设备增大气体燃料的压力；

b.将所述气体燃料递送至一个模块的一个入口，所述模块具有一个 中空主体，所述中空主体限定一个扩张容积，由此所述气体燃料流过所 述模块的扩张容积，且通过一个出口离开所述模块；

c.测量来自所述模块的扩张容积内的压力和温度，且将所述压力测 量和所述温度测量传达至一个控制器；

d.在所述压力增大设备的一个进给冲程结束时，如果一个排放冲程 被指令，则在指令所述排放冲程之前，计算在下一个排放冲程结束时所 述扩张容积内的一个预测压力；以及

e.如果所述预测压力高于一个预定最大压力限值，则暂停所述压力 增大设备的运行。

在一些实施方案中，所述方法包括当所述扩张容积内的所述测量压 力等于或低于一个预定最小压力限值时，再次启动所述压力增大设备。

在其他实施方案中，所述方法包括在一个排放冲程（如果所述排放 冲程被指令）结束时所述模块的所述扩张容积内的预测压力低于所述预 定压力上限值时，再次启动所述压力增大设备。

所述扩张容积内的所述预测压力被计算为下列至少一个参数的函 数，所述至少一个参数可以是：所述进给冲程结束时在所述扩张容积内 所测量的所述压力或所述温度、一个燃料递送量或一个燃料消耗量。所 述燃料递送量是在排放冲程期间由所述压力增大设备递送至所述燃料 供应线路的燃料的量或质量，所述燃料消耗量是在相同的时间段期间由 所述发动机消耗的燃料的量或质量。

所述方法还包括在所述入口和所述出口之间、在所述模块的扩张容 积内安装一个过滤器，且当所述气体燃料流过所述过滤器时过滤所述气 体燃料。当所述模块包括过滤器时，优选地在所述过滤器的上游测量所 述气体燃料的压力和温度。

所述方法还包括通过如下方式保护所述模块免于过压：如果所述扩 张容积内的压力超出一个预定值，则允许通过流体连接至所述模块的所 述扩张容积的一个过压保护设备从所述模块排出气体燃料。

所述方法还包括当所述气体燃料流过所述模块的所述扩张容积时， 创建所述气体燃料的涡旋运动。

可通过将所述气体燃料通过这样一个入口引入来创建所述气体燃 料的所述涡旋运动，所述入口包括一个通向到所述扩张容积内的开口的 导管，所述开口的横向横截面面积大于所述导管的横向横截面面积。替 代地，可通过具有一个导管的入口来实现所述气体燃料的涡旋运动，所 述导管设有一个连续的螺旋形通道。

所述方法还包括创建流过所述模块的扩张容积的所述气体燃料内 的湍流流体运动。可通过在所述气体燃料离开所述模块之前，使所述气 体燃料流过被直接流体连接至所述模块的入口的一个穿孔管来创建所 述湍流流体运动。

附图说明

图1是包括供应线路中的用于抑制压力脉动和管理质量流量的模 块的气体燃料内燃机系统的示意图；

图2示出了气体燃料供应线路中的用于抑制压力脉动和管理质量 流量的模块的截面视图和侧面视图，该模块包括压力传感器和温度传感 器；

图3示出了包括压力传感器和温度传感器、压力释放阀以及过滤器 的模块的一个优选实施方案的截面视图和侧面视图；

图4示出了包括压力传感器和温度传感器以及过滤器的模块的一 个实施方案的截面视图和侧面视图，所述过滤器直接地流体连接至所述 模块的入口；

图5示出了包括压力传感器和温度传感器、压力释放阀以及过滤器 的模块的一个实施方案的截面视图和侧面视图，所述过滤器呈管状形 状，且在入口和出口之间沿着模块的扩张容积的整个长度延伸。

图6示出了包括穿孔管的模块的一个实施方案的截面视图和侧面 视图，所述穿孔管生成进入所述模块的气体燃料流内的湍流运动；

图7示出了模块的另一实施方案的截面视图和侧面视图，示出了该 模块的入口，该入口朝向到该模块的扩张容积内的开口具有加大的横截 面；

图8是穿过该模块的入口的横截面的放大视图，其中该入口的导管 部分设有螺旋形通道，用于将涡旋运动赋予进入该模块的气体燃料；

图9是包括平面形状的过滤器的模块的一个实施方案的截面视图 和侧面视图，该过滤器在入口和出口之间沿着该模块的扩张容积的整个 长度延伸；以及

图10是描绘了当泵增大设备运行以将燃料递送至燃料供应线路时 在该模块内生成的燃料压力随时间变化的图表。

具体实施方式

图1示意性例示了气体燃料内燃机系统，包括燃料供应线路中的用 于抑制压力脉动和管理质量流量的模块。优选地，供应至发动机的燃料 是天然气，但是本领域技术人员将容易理解，可使用其他可燃气体燃料， 诸如甲烷、丙烷、丁烷、氢气以及这样的燃料的混合物。

如下面进一步描述的，该供应线路中的用于抑制压力脉动的模块的 主体限定了“扩张容积（expanded volume）”，且由此应理解，该模 块的横截面流动面积大于将燃料从压力增大设备递送至该模块以及从 该模块递送至发动机的燃料供应线路的横截面流动面积。

如图1中所例示的，发动机系统100包括燃料罐102，该燃料罐102 以气体形式贮存气体燃料或将气体燃料贮存为低温流体。来自罐102的 燃料通过燃料供应线路104被供应至燃料喷射器106，燃料喷射器中的 每一个将燃料喷射到发动机108的燃烧室中。燃料供应线路的、与燃料 喷射器直接流体连通的部分110是燃料轨。燃料轨110可具有与燃料供 应线路104相同的横截面，或者优选地具有比燃料供应线路104更大的 横截面，如图1中所例示的。熟悉常规轨技术的人员将理解，如本文限 定的术语“轨”意味着导管、孔或用作将燃料分配至燃料喷射器的歧管 的管道。

气体燃料可在约3600psi（磅/平方英寸）的高压力下以压缩形式 贮存在燃料罐102中，或者可在低温度（在-240°F和-175°F之间）以 及较低压力（在15psi和200psi之间）下被贮存为通常贮存在低温 罐中的液化气体。例如，对于用天然气加装燃料的发动机，燃料被贮存 为CNG（压缩天然气）或被贮存为LNG（液化天然气）。举例来说，LNG 的能量密度（依赖于其比较压力和比较温度）是CNG的能量密度的约4 倍。贮存为LNG的天然气允许每单位容积贮存更多的燃料，从而对于内 燃机系统，通常优选的是在较低压力下以液态形式贮存燃料。

在任一情形中，贮存在燃料罐102中的燃料的压力必须被升高到这 样一个压力，在该压力下，燃料可被喷射到发动机的燃烧室中。依赖于 发动机的设计和将燃料喷射到燃烧室中的方法，燃料喷射压力可高于其 贮存压力。例如，对于用于为重型车辆如卡车提供动力的发动机，为了 将气体燃料直接喷射到发动机的燃烧室中，约3000psi或更高（4000 psi）的燃料喷射压力通常是需要的或至少可期望的。对于将燃料喷射 到发动机的进给歧管中或喷射到发动机的进给阀的歧管侧上的进给端 口中的其他发动机，燃料喷射压力较低，通常在15psig和200psig 之间，但是该压力可仍高于燃料贮存压力，例如当发动机正以较高负载 或速度运行时。

燃料压力增大设备112被用于将燃料的压力从贮存压力升高到这 样一个压力，在该压力下，燃料可以被供应至燃料喷射器。如果气体燃 料以液态形式贮存，例如贮存在LNG罐中，则燃料泵被用作燃料压力增 大设备，且如果燃料以压缩形式贮存，例如贮存在CNG罐中，则燃料压 力放大器或压缩机可被用作压力增大设备112。LNG燃料泵可被放置在 燃料罐的外侧，处在燃料供应线路104上，如图1中所例示的；或者， 可被放置在燃料罐的内侧，如本发明的申请人的美国专利 no.7,913,496、美国专利no.7,356,996或美国专利no.7,293,418中所 描述的。

在燃料压力增大设备112的运行期间，其生成压力脉动，所述压力 脉动可通过燃料供应线路104被传送至燃料轨110，且进一步被传送至 喷射器106。为了防止这种情况，用于抑制所述压力脉动的模块120沿 着燃料供应线路104被放置在压力增大设备112和燃料轨110之间，使 得通过压力增大设备112递送的燃料必须在流过模块120之后，到达燃 料轨110。

模块120包括限定一个预定扩张容积的主体，如下面进一步所描述 的，且模块120设有压力传感器122和温度传感器124，用于测量该模 块内的气体燃料的压力和温度。所述压力测量和温度测量被控制器132 使用，所述控制器132通过控制压力增大设备112的运行来管理进入该 模块中的质量流量，如下面进一步解释的。在一些优选实施方案中，模 块120可以进一步设有过滤器126和过压保护设备128，所述过滤器126 被放置在该模块的主体内侧，所述过压保护设备128用于在该模块的主 体内的测量点处的压力超出一个预定安全限制时，通过排出线路130排 出气体燃料。过压保护设备128优选的是压力释放阀，但是本领域技术 人员将容易理解，还可使用任何其他的过压保护设备，诸如破裂片型设 备或破裂销型设备。

如图1中所例示的，模块120不同于现有技术中已知的、在内燃机 系统中所使用的蓄压器，因为燃料并非贮存在该模块的扩张容积中，而 是替代地在流过该模块之后，被供应至燃料轨。

图2中例示了穿过模块120的实施方案之一的横截面视图。模块 120具有限定扩张容积136的主体134，且模块120设有入口138和出 口140。入口138被流体连接至燃料供应线路104，使得来自压力增大 设备112的燃料被供应至该模块，如图1中所例示的。出口140被流体 连接至燃料供应线路的、将燃料供应至燃料轨110的部分。压力传感器 122和温度传感器124被安装在该模块的主体134上，且被流体连接至 扩张容积136，使得它们可对应地测量容积136内侧的气体燃料的平均 压力和平均温度。在优选的实施方案中，压力传感器122被放置在入口 138的近处、与扩张容积136流体连通。优选地，温度传感器124被定 位为使得传感器的探针测量该模块的中心区域中的气体燃料的温度，或 者被定位在对该模块中的气体燃料的平均温度给出很好表示的位置中。 温度传感器124必须与扩张容积136直接接触，且优选地，突出到该扩 张容积中的传感器的探针（在图2中未例示）不应紧靠该模块的主体的 内壁。

模块120被设计为具有一个预定的扩张容积，使得它实现了对由压 力增大设备112生成的、燃料流中的压力脉动的抑制。气体燃料流在通 过入口138进入该模块之后，在该模块的扩张容积136中被分散，所述 扩张容积136具有比连接至入口138的燃料供应线路更大的横截面面 积。气体燃料的这种扩张具有基本抑制压力脉动的效果，所述压力脉动 由压力增大设备在气体燃料流中生成。

图3至图9中例示了该模块的其他实施方案。这些实施方案具有等 同于图2中呈现的实施方案的类似部件的许多部件，且类似部件由类似 的参考数字指示。本技术领域中的技术人员将理解，在本公开内容中， 类似编号的部件在每一实施方案中以基本相同的方式起作用。因此，如 果已经关于一个实施方案描述了类似部件，则尽管在附图中针对其他实 施方案标示了类似部件，但是针对每一所例示的实施方案，可能不重复 类似部件的目的和功能。

在图3例示的优选实施方案中，模块220包括一个主体，当没有使 用该模块时，该主体可被拆卸成三个部分：一个细长的主体部分234和 两个端部分242和244。这允许更容易地接近该模块的内侧，用于安装 不同的部件，如下面进一步所描述的。通过使用带螺纹的连接件或通过 按压将端部分242和244与主体部分234组装在一起。主体部分234和 端部分242和244限定一个预定尺寸的扩张容积236。通过燃料供应线 路从压力增大设备供应的气体燃料通过设置在第一端部分242上的入 口238进入该模块。气体燃料在扩张容积236中分散，且通过设置在第 二端部分244上的出口240离开该模块。类似于图2中例示的实施方案， 模块220设有压力传感器122和温度传感器124，这两个传感器被安装 在第一端部分242上、与该模块的扩张容积直接流体连通。

模块220还可以包括过压保护设备128，在该例示的实施方案中， 过压保护设备128被安装在第一端部分242上，使得它与扩张容积236 直接流体连通。优选地，过压保护设备128是压力释放阀，但是可使用 其他设备，诸如破裂片型设备或破裂销型设备。

模块220还可以包括过滤器246，所述过滤器246可被安装在第二 端244上，用于较容易的更换。在模块220包括过滤器的实施方案中， 如图3中所例示的，可以通过焊接将该模块的主体的部分234、242和 244组装在一起，且在这些实施方案中，在将部分234、242和244焊 接在一起之前，过滤器应被安装在该模块的扩张容积内。

在图3例示的实施方案中，过滤器246具有管状形状，且设有帽 248，使得通过过滤器的管状筛网进入过滤器的燃料必须仅通过过滤器 的、流体连接至出口240的端部离开过滤器。以这种方式，流过该模块 的所有气体燃料必须在经过过滤器的筛网之后，通过出口240离开该模 块。

在图3例示的实施方案中，优选的是，压力传感器122和过压保护 设备128被放置在过滤器的上游，使得它们测量进入该模块的气体燃料 在到达过滤器之前的压力。这避免了在过滤器变得部分堵塞的情况下的 不精确测量。

在图4例示的另一实施方案中，当未使用模块320时，模块320可 被拆卸成两个部分，一个主体部分334和一个端部分342。过滤器346 被安装在一个端部分342上，用于较容易的更换。当主体部分334和端 部分342被组装在一起时，它们限定了一个扩张容积336。通过压力增 大设备从燃料罐供应的气体燃料通过入口338进入该模块，且通过出口 340离开该模块，入口338和出口340这二者都被设置在端部分342上。 类似于图2和图3中例示的实施方案，模块320设有压力传感器122和 温度传感器124。压力传感器122被安装在端部分342上，且与入口338 直接流体连通。温度传感器124被直接安装在主体部分334上，使得它 的探针测量更靠近该模块的中心的区域中的气体燃料的温度，以及被安 装在对该模块中的气体燃料的平均温度给出很好表示的位置中。

过滤器346具有圆柱形形状，且被定位在扩张容积336内、紧靠与 该模块的扩张容积336连通的入口338的导管部分356，使得通过入口 进入该模块的燃料在流过该过滤器之后，通过出口340离开该模块。圆 柱形形状的过滤器346具有帽348，且被定位成与入口的导管356直接 流体连通，使得供应至入口338的气体燃料在通过过滤器的筛网朝外流 动到扩张容积336内之后，通过出口340离开该模块。如图4中所例示 的，压力传感器122被放置在过滤器346的上游，与入口338直接流体 连通，以避免可能由该过滤器的堵塞所引入的任何不精确测量。

在图5例示的又一实施方案中，模块420包括一个主体434，该主 体434限定扩张容积436。从压力增大设备供应至入口438的气体燃料 在该模块的扩张容积436中分散，且通过出口440离开该模块。压力传 感器122被直接安装在该模块的主体434上，且与入口438直接流体连 通。温度传感器124被直接安装在该模块的主体434上，且优选地被放 置为更靠近出口440。该模块的这个实施方案进一步包括过压保护设备 128，所述过压保护设备128被安装在该模块的主体434上且与入口438 直接流体连通。

在该实施方案中，模块420设有圆柱形形状的过滤器446，该过滤 器446沿着该模块的扩张容积436的整个长度延伸，如图5中所例示的。 过滤器446被安装在板450上，板450可以例如通过带螺纹的连接件与 模块的主体434组装。优选地，过滤器446的另一端部被该模块的内壁 452的型材（profile）454支撑。该模块的出口被设置在板450上，使 得在该模块运行期间，出口与过滤器直接流体连通。可以通过将板450 从其到该模块的主体的带螺纹的连接件脱离来很容易地更换过滤器 446。

在该实施方案中，模块的主体434可以具有单块构造，如图5中所 例示的，或者可以由焊接在一起的若干部分制成，例如一个细长的主体 部分和两个端部分。

图6示出了该模块的另一实施方案。模块520包括一个主体，该主 体由主体部分534、第一端部分542和第二端部分544组成，当所述主 体部分534、第一端部分542和第二端部分544被组装在一起时，它们 限定了扩张容积536。模块的入口538被设置在第一端部分542上，且 模块的出口540被设置在第二端部分544上。第一端部分542还可以承 载压力传感器122，所述压力传感器122与入口538直接流体连通。温 度传感器124优选地被直接安装在主体534上、更靠近于出口。过压保 护设备128被安装在第一端部分542上，且与入口538直接流体连通。 模块520还包括被安装在第二端部分544上的过滤器546，使得当端部 分544与模块主体534组装时，过滤器被定位在扩张容积536内。圆柱 形形状的过滤器546具有帽548，且被安装在出口540的近处，使得通 过入口538进入该模块的燃料必须在流过过滤器的筛网之后，通过出口 540离开该模块。

图6中例示的实施方案进一步包括穿孔管560，穿孔管560被放置 在扩张容积536内，且在第一端部分542和过滤器546之间延伸，使得 通过入口538进入该模块的气体燃料流在流过该管的穿孔562之后，到 达该过滤器的筛网。在气体燃料经过穿孔562之后，在该气体燃料中生 成湍流运动，所述运动有助于进一步抑制进入该模块的气体燃料内的压 力脉动。

增强该模块的扩张容积内的压力脉动抑制效果的另一方法是将涡 旋运动赋予进入该模块的气体流。在图7中例示了实现此的一个实施 例。模块620的主体包括一个主体部分634和两个端部分642和644， 它们允许在未使用该模块时，更容易地接近该模块的内侧。如同在上面 所描述的其他实施方案中，模块620设有压力传感器122、温度传感器 124、过压保护设备128和设有帽648的过滤器646。所有这些部件以 如上面关于先前实施方案所描述的类似的方式运行。当主体634和可拆 卸区段642和644被组装在一起时，它们限定了扩张容积636，气体燃 料流在通过入口638进入该模块之后且在通过出口640离开该模块之 前，流过该扩张容积636。

燃料通过入口638从压力增大设备供应至该模块。入口638包括被 成形为导管646的部分，且具有通向该模块的扩张容积内的开口664。 开口664具有比导管646的横截面面积更大的横截面面积。导管646和 开口664之间的过渡区域可以具有截头圆锥形形状或圆锥形形状，或它 可以具有会把涡旋运动赋予进入该模块的气体燃料的任何其他形状。这 有助于抑制该气体燃料流内的压力脉动。在图8例示的另一实施方案 中，入口838的导管部分846可设有连续螺旋形通道868，用于实现将 涡旋运动赋予进入该模块的扩张容积的气体燃料的类似效果。

图9中例示了该模块的另一实施方案。模块720具有主体734，主 体734限定扩张容积736，且包括入口738和出口740。该模块进一步 包括与入口738直接流体连通的压力传感器122以及与扩张容积736直 接接触的温度传感器124。

模块720还包括过滤器746，过滤器746沿着扩张容积的整个长度 延伸，如图9中所例示的。过滤器746被安装在板750上，板750可以 通过带螺纹的连接件与主体734组装。过滤器745具有平面形状，且在 纵向方向上、在该模块的主体734的内壁之间延伸，使得通过入口738 进入该模块的基本所有气体燃料在流过过滤器746之后，通过出口740 离开该模块。优选地，过滤器746被支撑在通道766中，通道766被设 置在该模块的主体734的内壁752上。在这种布置中，可以通过使板 750从其与该模块的主体连接的带螺纹的连接件脱离来很容易地更换过 滤器746。

用于抑制气体燃料内燃机的气体燃料供应线路中生成的压力脉动 的该模块具有一个预定扩张容积，该预定扩张容积的尺寸优选地被最小 化以允许该模块沿着燃料供应线路的更方便的安装。该模块内的气体燃 料的压力和温度被连续地测量，且通过该模块的气体燃料的流量被管 理，使得该模块内的压力被维持在最小压力限值P_min和最大压力限值 P_max之间的一个预定范围内。用压力传感器122和温度传感器124对应 地进行压力测量和温度测量，压力传感器122和温度传感器124如上面 所描述的被安装在方便的位置处，使得它们的测量反映该模块内的气体 燃料的平均压力和平均温度。如下面进一步描述的，这些测量被传达至 控制器132且被用于控制压力增大设备112。

当贮存在罐102内的燃料是LNG时，压力增大设备优选的是单作用 （single acting）往复式活塞泵。使用单作用往复式活塞泵的实施例 来描述该泵控制方法，本领域技术人员将容易理解，所述方法可以被应 用至将液体形式和/或气体形式的燃料从贮存罐泵送到发动机的任何类 型的泵或者正排量类型的压力增大设备。

在往复式泵中，一定容积的流体在进给冲程上被抽入到气缸中，且 在排放冲程上在正压力下被排放。进给冲程和排放冲程一起形成一个泵 送循环。在活塞往复式泵中，通过将活塞在泵的气缸内移动至缩回位置 使得来自燃料罐的燃料被吸入到泵的腔体中来实现进给冲程，且通过将 活塞在气缸内从缩回位置延伸至延伸位置使得燃料可以在泵的腔体中 被加压且能够进一步将燃料递送至燃料供应线路来实现排放冲程。

现在将关于图10描述该控制方法，图10例示了对于若干连续的泵 送循环，模块120内随时间变化的燃料压力。活塞的延伸位置被例示为 沿着“泵送状态”轴线的参考数字1，活塞的缩回位置和泵的怠速状态 被对应例示为相同轴线上的参考数字2和参考数字3。模块120内的压 力和温度被连续地测量，且针对每个泵送循环，在每个进给冲程结束时， 更具体地在每次活塞处于完全缩回位置时，计算模块内的预测温度。例 如，在点T₁（表示图10中例示的第一泵送循环的进给冲程的结束）时， 该模块内的测量压力是P₁。在相同的时间T₁处，该模块内的气体燃料 的温度被测量为值Temp₁。测量值P₁和Temp₁被传达至控制器132，控 制器132计算排放冲程（如果这样的排放冲程将被指令）结束时，例如 在表示图10中例示的第一泵送循环的排放冲程结束的点T₂时，该模块 内的预测压力P₂。该控制器基于以下公式计算作为泵的进给冲程结束时 该模块内的测量压力和测量温度的函数的预测压力P₂：

ΔP=ZΔm RΔT/V，其中

ΔP是排放冲程结束时该模块内的预测压力与进给冲程结束时该模 块内的测量压力之间的差，例如对于图10中例示的第一泵送循环 ΔP=P₂-P₁；

Z是气体燃料的压缩因子，且根据本领域中已知的公式、基于如通 过传感器122和124测量的该模块内的燃料的压力和温度计算；

Δm=m_compressed-m_consumed，由此Δm是所述泵的下一排放冲程（如 果这样的排放冲程将被指令）结束时燃料供应线路内的总燃料质量（量） 的预测变化，所述预测变化被控制器计算作为在下一泵送排放冲程期间 进入燃料供应线路的燃料的估计质量（量）（m_compressed）与在下一排放 冲程期间由发动机消耗的燃料的估计质量（量）（m_consumed）之间的差；

R是天然气的理想气体常数；

ΔT=Temp₂–Temp₁是排放冲程结束时模块内的预测温度Temp₂与 进给冲程结束时由温度传感器124测量的模块内的温度Temp₁之间的 差。可通过热力学模型或查找表，基于Temp₁来预测Temp₂，或可假设 在排放冲程完成之后，其未从Temp₁改变；以及

V包括模块的容积，以及形成压力增大设备和燃料轨之间的燃料供 应线路的所有导管的容积。

如果根据上面的公式计算的排放冲程结束时的预测压力低于预定 压力P_max（对于该模块的最大压力限值），则该泵被指令以将活塞移动 到延伸位置中，从而执行排放冲程。例如，在图10例示的第一泵送循 环中，预测压力P₂低于P_max，且该泵被指令以执行一个排放冲程。针对 接下来的连续泵送循环中的每一个，在进给冲程结束时测量模块内的压 力，且每次控制器计算排放冲程结束时该模块内的预测压力，如果这样 的排放冲程将被指令。

如果泵送循环之一的排放冲程结束时的预测压力高于P_max，则泵被 指令至其怠速位置，没有排放冲程被指令，且没有燃料被供应至模块。 例如，如果在点T₃（表示图10中例示的第五泵送循环的进给冲程的结 束）时模块内的测量压力是P₃，预测压力P₄（表示下一排放冲程（如果 这样的排出冲程将被指令）结束时（更具体地在点T₄时）该模块内的 压力）高于P_max，则该泵被指令至其怠速位置。在泵被设定为怠速的时 间期间，该模块内的压力下降，因为没有燃料被供应至模块，且在相同 的时间期间，燃料从该模块排放以被发动机消耗。在图10例示的该控 制方法的一个优选实施方案中，模块内的压力被连续地监控，且当泵被 指令以执行排放冲程时，当模块内的测量压力下降至等于或低于最小压 力限值P_min时，该泵被切换至活动状态。

在其他实施方案中，在泵被设定为怠速之后，针对该模块内的测量 压力的下一值，对于预测压力的相同计算被重复，直至当该泵被切换至 活动状态且排放冲程被指令时，该模块内的预测压力变得小于P_max。以 该方法，针对该模块内的测量压力的每一值，连续地计算排放冲程结束 时的预测压力，或可以以预定间隔计算该预测压力。以这样的控制方法， 比上面描述的第一控制方法中更频繁地将泵从怠速状态切换至活动状 态，从而该方法是次优选的，因为该方法影响了泵的寿命周期。

本技术领域的技术人员将理解，图2-图9是模块的示意表示，图 2-图9未按比例绘制且未示出物理细节，诸如如何由多于一个的部分制 造模块的主体，或者如何采用环形密封件或垫圈来确保模块的主体不透 流体。

已经关于多个例示性实施方案描述了本发明。然而，本领域的技术 人员将明了，在不背离如本权利要求中限定的本发明的范围的前提下， 可以进行许多变型和改型。