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用于较大动态动力范围的高度准确的连续流动汽化 燃料供应

阅读：580发布：2023-03-12

专利汇可以提供用于较大动态动力范围的高度准确的连续流动汽化燃料供应专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及用于在较大动态动力范围上对到内燃机的气态燃料的连续流动进行准确并且精确的燃料供应控制的方法和系统，包括允许最佳控制的二级阀，第一级呈音圈驱动的电子压力调节器的形式，而第二级呈音圈驱动的阻流阀的形式；监视在二级中间的燃料压力并且经由压力促动器环路对第一级进行适当调整；通过整块组件将气态燃料混合物供应到第二级内；监视空气/燃料混合物的压力并且经由阀促动器控制环路对第二级做出适当调整。，下面是用于较大动态动力范围的高度准确的连续流动汽化燃料供应专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于火花点火内燃机的准确气态燃料流动控件，所述准确气态燃料流动控件基于发动机控制信号产生受控制的流动，所述发动机控制信号表示用于气态燃料供应流动的瞬时需要的流率，所述准确气态燃料流动控件包括：
a. 整体阀块组件，限定燃料流动入口、燃料流动出口以及在所述燃料流动入口与所述燃料流动出口之间的连续流体通路；
b. 阀，所述阀包括：
i. 第一级气态燃料流动控件，所述第一级气态燃料流动控件包括第一级促动器；以及ii. 第二级气态燃料流动控件，所述第二级气态燃料流动控件包括第二级促动器；和c. 逻辑控制器，与所述第一级气态燃料流动控件和所述第二级气态燃料流动控件相关联；
d. 所述整体阀块组件包含所述第一级气态燃料流动控件、所述第二级气态燃料流动控件和所述逻辑控制器；
e. 所述整体阀块组件还限定所述连续流体通路的级间部分，所述级间部分在所述第一级气态燃料流动控件和所述第二级气态燃料流动控件之间；
f. 所述第一级气态燃料流动控件包括电子压力调节器，所述电子压力调节器能够以对应于所述第一级气态燃料流动控件的第一调节比的量来减少通过所述连续流体通路的第一部分的气态燃料供应流动的压力；以及
g. 所述第二级促动器包括快速作用的促动器，其能够产生从所述第二级气态燃料流动控件排放的气态燃料流动的受控制的流率，所述受控制的流率对应于所述第二级气态燃料流动控件的第二调节比。
2.根据权利要求1所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述逻辑控制器编程为通过改变所述第一级促动器和所述第二级促动器的促动来相依地协调所述第一级气态燃料流动控件和所述第二级气态燃料流动控件的操作。
3.根据权利要求1所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述第一级气态燃料流动控件包括变量压力调节器。
4.根据权利要求1所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述第二级气态燃料流动控件包括阻流阀。
5.根据权利要求4所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述阻流阀包括流动控制表面，所述流动控制表面限定在所述流动控制表面与同心固定孔口之间的可变有效阀开口。
6.根据权利要求5所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述同心固定孔口具有平滑会聚的入口和平滑发散的出口。
7.根据权利要求5所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述快速作用的促动器连接成用以移动所述第二级流动控件的经促动的元件经过对应于所述可变有效阀开口的可变范围的运动范围。
8.根据权利要求7所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述经促动的元件与阀位置传感器相关联，所述阀位置传感器确定所述经促动的元件的位置。
9.根据权利要求1所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述快速作用的促动器包括音圈促动器。
10.根据权利要求1所述的准确气态燃料流动控件，还包括与所述级间部分相关联的燃料流动条件换能器，所述燃料流动条件换能器包括与所述级间部分流体连通的压力传感器。
11.根据权利要求1所述的准确气态燃料流动控件，还包括与所述连续流体通路相关联地定位的燃料流动条件换能器，所述燃料流动条件换能器包括适于感测通过所述连续流体通路而流动的所述气态燃料的温度的温度传感器。
12.根据权利要求1所述的准确气态燃料流动控件，还包括与所述连续流体通路的所述级间部分相关联地定位的燃料流动条件换能器，其中所述燃料流动条件换能器包括定位于所述整块中以感测在所述第一级控件与第二级控件之间而流动的流体的压力和温度的压力传感器和温度传感器。
13.根据权利要求1所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述逻辑控制器编程为调节所述第二级促动器控件以基于由燃料流动条件换能器所感测的条件来操作，所述燃料流动条件换能器定位成用以感测代表着通过所述连续流体通路的所述级间部分而流动的所述气态燃料流动的燃料条件。
14.根据权利要求13所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述逻辑控制器编程为用以部分地基于多个偏差来操作，包括：
a) 通过选择下列中的较大者而得出所述第一级气态燃料流动控件的所述控制环路的目标压力；
i) 基于在所述第二级燃料流动控件中将容易地实现阻流的假设来确定所述级间部分的目标压力；以及
ii) 如果数据表明在不增加所述级间部分中的压力的情况下不太可能实现阻流，则增加目标压力。
15.根据权利要求14所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述控制环路合并了下游压力反馈信号。
16.根据权利要求14所述的准确气态燃料流动控件，其中，所述逻辑控制器包括处理器，其具有交替的逻辑控制，所述逻辑控制基于所感测的燃料条件和流率、以及第一相依算法和第二相依算法来同时并且持续地确定理想输出控制参数。
17.根据权利要求16所述的准确气态燃料流动控件，其中：
a) 所述第一算法基于第一假设集合；
b) 所述第二算法基于可能与所述第一假设集合冲突的第二假设集合；以及c) 所述交替控制逻辑适于在由所述第一算法和所述第二算法确定的理想操作输出控制参数之间智能选择来用于控制所述第一促动器和所述第二促动器二者的瞬时位置。
18. 一种用于火花点火内燃机的准确气态燃料流动控件，所述准确气态燃料流动控件基于发动机控制信号产生受控制的流动，所述发动机控制信号表示用于气态燃料供应流动的瞬时需要的流率，所述准确气态燃料流动控件包括：
a. 具有连续流体通路的阀，所述阀包括至少第一级气态燃料流动控件和第二级气态燃料流动控件，所述第一级气态燃料流动控件包括第一级促动器，所述第二级气态燃料流动控件包括第二级促动器；以及
b. 与所述第一级气态燃料流动控件和所述第二级气态燃料流动控件相关联的逻辑控制器；
c. 所述阀还包括所述连续流体通路的级间部分，所述级间部分在所述第一级气态燃料流动控件和所述第二级气态燃料流动控件之间；
d. 所述第一级气态燃料流动控件包括电子压力调节器，所述电子压力调节器能够以对应于所述第一级气态燃料流动控件的第一调节比的量来减少通过所述连续流体通路的第一部分的气态燃料供应流动的压力；以及
e. 所述第二级促动器包括快速作用的促动器，其能够产生从所述第二级气态燃料流动控件排放的气态燃料流动的受控制的流率，所述受控制的流率对应于所述第二级气态燃料流动控件的第二调节比。
19.一种用于火花点火内燃机的准确气态燃料流动控件，所述准确气态燃料流动控件基于发动机控制信号产生受控制的流动，所述发动机控制信号表示用于气态燃料供应流动的瞬时需要的流率，所述准确气态燃料流动控件包括：
a. 整体阀块组件，限定燃料流动入口、燃料流动出口以及在所述燃料流动入口与所述燃料流动出口之间的连续流体通路，所述连续流体通路用于允许气态燃料供应流动朝向内燃机的连续流动；
b. 阀，所述阀包括在所述整体阀块组件内的至少第一级气态燃料流动控件和第二级气态燃料流动控件，所述第一级气态燃料流动控件限定所述连续流体通路的第一部分，所述第二级气态燃料流动控件限定所述连续流体通路的第二部分，所述第一级气态燃料流动控件包括第一级促动器，所述第二级气态燃料流动控件包括第二级促动器；
c. 第一级促动器控件，操作性地连接以控制所述第一级气态燃料流动控件的所述第一级促动器；
d. 第二级促动器控件，操作性地连接以控制所述第二级气态燃料流动控件的所述第二级促动器；以及
e. 逻辑控制器，与所述第一级促动器控件和所述第二级促动器控件相关联；
f. 所述整体阀块组件包含所述第一级气态燃料流动控件、所述第二级气态燃料流动控件和所述逻辑控制器；
g. 所述整体阀块组件还限定所述连续流体通路的级间部分，所述级间部分在所述连续流体通路的所述第一部分与所述第二部分之间；
h. 所述第一级气态燃料流动控件包括电子压力调节器；
i. 所述第二级促动器包括快速作用的促动器，其可操作以至少部分地基于在所述第二可变有效阀开口下游所感测的条件来改变阀开口的有效面积；
j. 所述逻辑控制器编程为通过改变所述第一级促动器和所述第二级促动器的促动来相依地协调所述第一级流动控件和所述第二级流动控件的操作。

说明书全文

用于较大动态动力范围的高度准确的连续流动汽化 燃料供应

[0001] 对现有申请的优先权的申明本申请要求保护以下申请的提交日期的权益:(1)在2012年6月19日提交的名称为“Continuous Gaseous Fuel Supply with High Turndown Ratio”的美国临时申请序列号No. 61/661,775；(ii)在2013年4月5日提交的名称为“Continuous Gaseous Fuel Supply with High Turndown Ratio”的美国临时申请序列号No. 61/808,910；以及(iii)在2013年
6月14日提交的名称为“Highly Accurate Continuous-Flow Vaporized Fuel Supply for Large Dynamic Power Ranges”的美国非临时申请序列号No. 13/918,882，所有这些申请的全部公开内容以引用的方式合并到本公开中。

技术领域

[0002] 本发明主要涉及用于火花点火的内燃机的连续流动气态燃料供应的控制阀。更特定而言，其有关于响应于特别地在较大动态动力范围的火花点火的内燃机的发动机控制模块/单元(ECM)需求而以瞬间准确流率供应汽化燃料的连续流动燃料供应阀和相关系统。

背景技术

[0003] 在二十世纪八十年代的ECM进步大幅改进了连续流动的火花点火的内燃机的效率和性能并且最小化了排放问题。通过持续地监视多个传感器和输入，ECM能平衡当前的操作者命令与性能条件以确定发动机在任何给定时刻所需的最理想的燃料流率。

[0004] 但了解理想流率和递送理想流率为两种非常不同的事情。尽管现代ECM能知道在任何给定时刻的理想值，现有技术的燃料供应不能在它们的整个操作范围上根据需要在瞬间一致地递送理想流率。可用控件中最好的控件声称提供1%设定点准确度，这意味着它们声称递送在所需求的流率约1%内的实际燃料供应流率。以1%设定点准确度来一致地递送连续流动气态燃料流率的能力被认为是极为准确的并且将会是理想的，但声称那种效果倾向于只是部分情况。

[0005] 对于现有技术，极高的设定点准确度倾向于仅在有限的操作范围内达成，这意味着所声称的准确度通常是不可靠的，特别是对于具有较大动态动力范围的发动机而言。(发动机的“动态动力范围”为最大动力与最小动力的比例，在此范围，发动机将按照规定而操作，其在很大程度上取决于相关联的燃料供应系统的有效调节比)。对于在其操作范围的顶端处递送25克/秒的燃料供应，例如，百分之一将会为四分之一克/秒(0.25g/s)。虽然将最佳的可购买到的阀之一校准为四分之一克/秒误差对于中等流率而言是可管理的，相同的燃料供应常常需要也在其操作范围的相反端处以约四分之一克/秒怠速，从而使得对于接近怠速的流率而言相同的四分之一克/秒的误差将会是非常不准确的。尽管准确控制有时被认为以较低流率更易于实现，在四分之一克/秒怠速流率情况下的1%设定点准确度将会需要在±0.0025g/s内的准确度。因此，虽然现有技术气体流动阀声称在它们的总操作范围规定的部分(常常在200kPa)实现极为准确的流率，长期以来已在操作范围的两端和之间的每处不能同样实现这种极为准确的流率，特别是对于现实操作中这种较大的范围而言。

[0006] 太多现实变量的复杂的相互作用阻碍或阻扰了对于连续流动燃料供应的一致较高的全范围设定点准确度的追求。磨损和撕裂、泄露、滞后时间、假信号（glitch）、堵塞、噪音、假象和一般可变性全都倾向于在现实中发生。外部温度和气态燃料组分/组成的较宽可变性进一步加剧这些挑战。

[0007] 此外，即使在燃料供应流率控制阀本身内实现了完美的条件，流率准确度也可能会受到上游压力波动和下游压力波动的不利影响。因为气态燃料是可压缩的，与燃烧或阀和活塞移动有关的下游事件可能会造成压力波，压力波形成相当大的流率波动。上游压力波动同样可能有问题，特别是当控制着汽化的液体燃料(例如，丙烷、LNG或LPG)的流率时。

[0008] 在操作的过程期间，很大程度上由于罐压力的急剧变化而造成汽化液体的控制难度。举例而言，当LNG燃料罐是中等填满时，供应压力通常保持足够可管理。但是，当罐充满时控制挑战增加，这是由于缺少瞬间蒸气压力容量，而且当罐更接近空时，液体的燃料量随着时间而被汽化。如果汽化在源处少于全部，则控制经汽化的液体燃料总是越来越有挑战性。如果在通过汽化器时仍留有任何残余液相，诸如当热交换器变得堵塞时常常出现的情况，则在流率控制阀内或者在其它部位可能会出现显著的压力峰值，这可能会使控制系统中最可靠的控制系统无效。

[0009] 因此，常规气体流动阀并不一致地实现足够精细以确保在较大动态动力范围上最佳动力和排放的流率设定点准确度。即使控件中最好的控件通常也不能一致地实现并且持续地维持在大于大约15:1或者可为20:1动态动力范围的任何范围内1%的流率设定点准确度。尽管声称可能暗示其它情形，用于较大动态动力范围的大部分现有阀实际上通常仅在它们的规定的操作范围的大部分上具有“可变通范围(ballpark)”准确度(即，在3%设定点准确度与10%设定点准确度之间)。尽管它们在其操作范围的特定容易的部分产生其规定的准确度，这样的准确度通常限于该操作范围的中部或上二分之一，提供比原本预期的理想化水平差得远的总燃料使用和排放水平。

[0010] 因而，长久以来需要一种负担得起的连续流动阀，其能在较大动态动力范围以极高的准确度而一致地并且瞬间地递送ECM所需的质量流率，特别是在用于火花点火的发动机的汽化天然气燃料系统的领域中。

发明内容

[0011] 对于本领域技术人员将会显然的，本文所公开的发明和实施例的考虑周全的使用将解决上文所提到的和许多其它未满足的困难、问题、障碍、局限性和挑战，特别是在综合理解现有技术的情况下根据下文所考虑的进一步描述而构思时。

[0012] 本发明通过能实现针对火花点火的内燃机的快速作用、高度准确的气态燃料流率控制来实现。我们的目的包括响应于来自发动机ECM的瞬间需求信号来使得能实现这样的流动控制，同时在较大动态动力范围上一致地维持极高的准确度，尽管存在着大部分上游、下游和甚至中游压力波动。

[0013] 并无限制意义，本发明的大部分表达提及了二级流动阀，二级流动阀可操作以实现气态燃料的阻流用于一致地高度准确的流率设定点准确度。本发明的其它表达将这样的阀整合到燃料供应内以满足在较大动态动力范围上操作的火花点火的内燃机的瞬间需要。这样的阀的第一级通常包括电子压力调节器(或等效物)，第二级包括可变阻流阀(或等效物)，并且那二级与板上微控制器一起并置于共同块组件内，板上微控制器基于在二级中或周围所感测的流体条件来调整其控制。流体条件传感器最佳地定位成与腔室、空间或可被称作“级间”腔室的类似结构成流体连通，因为其在介于第一级与第二级之间的流体通路中。为了进一步优化，块内微控制器和相关的控制电路被实施于单个印刷电路板上，单个印刷电路板包括与介于该两级之间的级间腔室通信的换能器。微控制器相依地协调对CFV的二级的控制，除了到发动机ECM的动力和数据连接之外，基本上无任何外部通信。

[0014] 在附图所示的主要实施例中，第一级具有4:1的调节比，而第二级具有50:1的调节比，得到CFV燃料系统200:1的功能动力范围。虽然在替代实施例的范围内可实现其它不太优选的调节比(其中一个第一级替代实施例为1.5:1，并且第二级替代实施例为4:1)，优选的替代实施例实现了至少50:1的总调节比，而同时在两端和整个操作范围保持高度准确的流率控制(并且因此动力和排放控制)，即，实现了与目标流率一致地约1%或更小的偏差的实际流率。

[0015] 本发明的这些和其它方面也使得能实现从优化的效率和排放控制到负担能力、可靠性、耐用性、多样性和易于制造性、使用和维护的许多次级效益。

[0016] 可能的实施例可表现呈许多不同的组合和许多不同类型的改进的机器、内燃机、气态燃料控制系统等。其它可能的实施例表现为用于操作和优化这样的机器、发动机、系统和类似物的方法，以及其它类型的方法。本发明的全部各种多层面方面和那些方面的所有各种组合、替代和修改可各自被个别地构思为本发明，如果合适地考虑。

[0017] 所得到的本发明的组合不仅更加多样性并且更加可靠，而且它们也能实现比利用这样的简单系统曾经已取得的更大的准确度，尽管在较大动态动力范围上快速变化的条件下。各种实施例改进了相关技术，包括通过优化可靠性、可制造性、成本、效率、易于使用性、易于维修性、易于适应性等而改进。尽管下文所参考的实施例并未提供远非接近详尽的列表的任何内容，本说明书描述了认为实现本发明的基本要素中的许多要素的选定实施例。

[0018] 根据本发明的教导内容中的许多教导内容，提供了二级控件阀，其呈下面的形式：其可易于适应许多应用的动力需求并且能易于实现极为准确的设定点准确度用于在内燃机中的整个很大动态动力范围上控制燃料流率。这样的流率控制阀和相关的燃料系统实质上偏离现有技术的常规概念和设计，并且因此而提供并非由任何现有技术所预期、变得显然、表明或甚至暗示的、单独地或者以其任何明显组合的许多优点和新颖特征。

[0019] 为了更全面，考虑到现有技术，在所有可授予专利的范围，通过周到及全面地回顾下文的描述和附图，本发明的许多其它方面、目的、特征和优点将对于本领域技术人员显然。因此，预期到：这样的方面、特征和优点也在本发明的范围和精神内。但应了解到，详细描述和具体示例虽然指示了本发明的优选实施例，其仅以说明的方式给出，因为通过本详细描述，在本发明的精神和范围内的各种扩展、变化和修改将对于本领域技术人员变得显然。

[0020] 实际上，本发明将最终相对于本说明书所附的一个或多个专利权利要求或权利要求组或者主张本说明书的优先权的说明书来最终地受限定，因为那些权利要求可随着时间而被修订、拆分、改善、修改、替换、补充等。尽管本发明的相对应的范围取决于那些权利要求，为了方便起见，这些描述将偶尔参考“发明”或“本发明”，就像特定范围在其书写时已经全面地理解。实际上，多个独立和不同的发明可基于本说明书而被适当地主张，从而使得对于“发明”的参考为对于由相对应专利权利要求的最终形式所限定的任何事物的浮动参考。因此，关于这些描述指并非由最终专利权利要求单独地要求的本发明的方面的情况，这样的参考不应被认为具有限制意义或者描述了本发明的变型。

[0021] 本发明因此并不将其应用限于在下文的描述中所陈述和附图中所示的部件的构造和布置的细节。实际上，附图只是说明性的，并且可对图示或描述的任何具体内容做出变化，特别是被称作“优选的”任何具体内容。可实施这些变化，而仍在本发明的精神内。而且，应了解在本文中所用的措辞和术语是出于描述目的并且不应被认为具有限制意义。描述本发明和实施例和它们的功能的其它术语和语言将被认为在本发明的精神内。

[0022] 本发明能够具有许多其它实施例并且以多种其它方式来实践和执行。应了解到，并未示出或参考将会仍涵盖于本发明的精神内的许多其它替代实施例，本发明的精神仅受到权利要求的范围所限制，权利要求的范围可为在本专利申请或者可在未来主张本申请的优先权的任何其它专利申请中原始的、添加的或修订的权利要求的范围。

附图说明

[0023] 现将参考特定优选和替代实施例的附图来描述本发明的各种特征和优点，其预期说明本发明而非限制本发明，其中相同的附图标记指代相同的元件。

[0024] 图1为示出根据本发明的各种教导内容具有二级连续流动阀(CFV)10的气态燃料供应系统的优选实施例的框图，二级连续流动阀(CFV)10与内燃机270操作性地整合以提供对该发动机270的气态燃料供应的高度准确的控制。

[0025] 图2为整块组件90中的优选CFV 10的透视图。

[0026] 图3为穿过图2的截面平面3-3在中心截取的图2的CFV 10的优选整块组件90的截面图，图4A为图2和图3的CFV 10的优选整块组件90的局部分解透视图，分解以示出联合以形成整块组件90的三块组件90a、90b和90c。

[0027] 图4B示出了优选整块组件90和其子块90a、90b和90c的替代实施例的分解图。

[0028] 图5为CFV 10的第一级20的放大截面图，示出了与图3相同的视图，但仅示出了构成块组件90a的那些部分。

[0029] 图6为根据某些优选实施例用于CFV 10的第一级20的控制策略的框图。

[0030] 图7为CFV 10的第二级30的放大截面图，示出了与图3中相同的视图，但仅示出了构成块组件90b的那些部分。

[0031] 图8为根据某些优选实施例用于CFV 10的第二级30的控制策略的框图。

[0032] 图9为示出描绘了特别地当适用于发动机270的300 马力变型的CFV 10的操作特征的流动曲线的曲线图。

[0033] 图10A、图10B和图10C分别示出了中心阀构件125的实施例的三个正交视图，具体而言，侧视图、顶视图和端视图。

[0034] 图10D为中心阀构件125的流动表面1100的详细视图，示出了相对于孔口135的操作方位。

具体实施方式

[0035] 描述以下示例以示出实际上执行本发明的优选实施例，以及某些优选替代实施例到它们在本文书写时特别地阐明的程度。在理解优选和替代实施例的这些各种描述的过程中，本领域技术人员将能得到不仅对本发明的更好理解，而且也得到用以做出和使用本发明及其实施例的各种方式中的某些方式。

[0036] 措辞惯例出于这些描述的目的，几个词语简化应被认为是普遍的，除了在说明书的特定上下文中或者在任何权利要求中特别地阐明为其它情况。为了理解可能对于本发明而言基本的描述，使用术语“或者”应假定为表示“和/或”，除非清楚地指示为仅指替代选择，或者除非替代选择固有地相互排斥。当参考值时，可使用术语“大约”来指示近似值，通常为包括针对所公开的任何特定实施例的误差而言的标准偏差的值，或者为常用于确定或实现这样的值的值。对于一个元件的提及，通常被加以类似“一”的冠词可表示一个或多个，除非清楚地指示为其它情况。当结合诸如“具有”、“包括”或“包含”这样的开放式词语而被提及时，最特别地预期为这样的“一个或多个”的意义。同样，“另一”可表示至少第二个或更多个。其它词语或短语可具有此处或者在所附背景或发明内容中所限定的意义，并且应假定采用那些所限定的意义，除非上下文指示为其它情况。

[0037] 这些描述偶尔指出并且提供关于各种可能替代方案的观点以强调本发明并不限于任何特定实施例，尽管所描述的替代方案仍仅选择示例并且并不意味着给出在本文书写时可能已知的可能替代方案的详尽的确定/辨识。本描述可能偶尔甚至将对于特定替代方案的优选水平列为“最优选的”、“更优选的”或类似水平，但这些所列观点应当给予很少的重要性，除非最终要求保护的本发明无可辩驳地要求这样。实际上，在总体发明的上下文中，优选实施例或所提到的替代方案中的任一个都不应被认为具有限制意义，除非最终的专利权利要求不可辨驳地要求相对应的限制，而无另外等效物的可能性，认识到关于根据美国等同原则或其它相当的法律原理的侵权，可不需要那些最终专利权利要求的特定要素中的许多要素。话虽如此，即使本发明应假定涵盖对于所要求保护的主题的所有可能等效物，但也应认识到一个或多个特定权利要求可并不涵盖所有描述的替代方案，如将会在诉讼期间通过表达放弃/免责声明、或者通过为了保持根据现有技术的特定权利要求的有效性所需的限制而指示的。

[0038] 自书写日期起，由这些示例所表征的结构和功能组合被认为表示实践本发明的有效优选模式。但是根据本公开，本领域技术人员应能填补、校正或另外理解在这些描述中的任何空缺、误述或简化。

[0039] 对于描述性参考，如果燃料流率设定点准确度在其整个操作范围一致地在所需流率的5%内，则我们将燃料流率设定点准确度归类为“大体上准确”。当在整个范围一致地在所需流率的3%内时，设定点准确度可被归类为“高度准确”。在极端情况下，当设定点准确度在整个操作范围一致地在所需流率的约1%内时，其可被分类为“极为准确”。

[0040] 对于本领域技术人员不了解的其它方面，关于操作范围，“大(较大)”可表示对应于大于12:1的动态动力范围的范围。“很大”表示对应于约50:1或更大的动态动力范围，并且“极大”对应于100:1或更大的动态动力范围。

[0041] 关于任何阀或阀促动器，“快速作用”为本领域技术人员通常理解的术语，并且应假定为大体上表示其被设计成比大部分阀或阀促动器显著更快或更快速地作用或做出响应。更有限的定义可适用于在诉讼期间明确表示弃权或者为了保留根据现有技术的特定权利要求的有效性所必需的短语。尽管假定更广泛的意义，在这些描述中所提及的快速作用的促动器为优选地可操作的，以超过每秒十次(即，以超过5Hz)穿过其整个运动范围而移动该促动的阀元件。从另一观点，在这些描述中提及的快速作用的促动器优选地可操作以50毫秒或更短时间在若非全部该可操作的范围的情况下，在其可操作的运动范围的大部分范围(特别是从冲程的20%至80%)移动该促动的阀元件。从另一观点，在这些描述中提及的快速作用的促动器优选地以10Hz带宽或更快地操作，具有不超过3dB的衰减。为了理想的响应性，最优选的实施例使用音圈促动器，音圈促动器特征性地以比5Hz更快得多地操作，尽管许多其它类型的促动器仍很可能适合于用作替代物，特别是在特定权利要求元件并未明确地表示弃权以需要特定快速作用的特征的情况下。

[0042] 关于燃料，在本文中使用术语“流体”来表示液体或气体，但液体燃料实施例优选地适于在流动到达中心CFV 10之前汽化所述燃料的液相。在连续流动的燃料流率控制的情况下，“连续流体通路”指任何类型的流体途径，无论是通过管、通道、腔室、挡板、歧管或者在其控制燃料流率的正常操作模式期间不由完全闭合的阀、活塞、正排量泵或类似物所中断的任何其它流体途径，从而使得每当存在造成这样的流动的压力梯度时，气态流体通常能持续地流动通过连续流体通路。但应当认识到，尽管在本上下文中一种连续流体通路可通过将有效开口面积减小到零而被调节为零流率，但通路在本上下文中仍被认为是一种连续流体通路。此外，若不明确地另外表示弃权，等效结构当不操作以控制流率时可完全关闭，并且等效结构也可具有平行或替代途径，其中一个或多个可被中断而不断绝总流动。

[0043] 图1-框图在图1的图示框图中，存在针对于优选实施例所描述的燃料流动的三个主要区段：(1)描绘于左边的上游气态燃料供应350；(2)在中部在虚线框内所描绘的二级连续流动阀(CFV)10；以及(3)在右边以更小的虚线框描绘的发动机270。根据本发明的各种教导内容，三个区段350、10和270操作性地连接以提供用于任意多个发动机应用的旋转轴杆动力，并且燃料供应350用作用于发动机270的基本气态燃料供应，并且CFV 10用于提供对从燃料供应350到发动机270的气态燃料流率的准确控制。

[0044] 发动机270发动机270为使用气态燃料作为其主要能源的类型的火花点火的内燃机270，最优选地为使用天然气(NG)或汽化丙烷(LPG)作为其燃料的类型。常规地，发动机270具有发动机控制模块(ECM)100或等效物，其持续地监视发动机270的各种零件和其周围系统的操作条件。
在替代实施例中，这种发动机270可操作性地合并于任何多种动力应用中，其中的某些合并于公共汽车、卡车、叉车、拖拉机、船只和其它车辆或便携式动力系统中，以及可在现在或未来在本领域中知道的用于由火花点火的气态燃料内燃机提供动力的许多其它应用。

[0045] 发动机270的ECM 100经由数据通信线路281-282或其它常规手段而连接以监视在发动机270的任意多个子系统(诸如其空气处置系统，优选地包括涡轮增压器和中间冷却器；其节流阀240；其点火系统；其燃烧腔室280；其冷却剂系统；其油压；和其排气系统；以及尤其是本领域中已知的其它子系统)中或周围的压力、温度和操作状态。尽管替代实施例可使用无线连接用于在ECM 100与发动机270的各种子系统之间的某些或全部数据连接，ECM 100的优选实施例连接成用以通过线束或其它形式的通信线路101、281、282、282a、282b、
371和381来发送和接收模拟或数字信号。尽管在图1中由直接在各种部件之间的各种虚线通信链路表示，通信线路101、281、282、282a、282b、371和381优选地实施为呈常规数据网络的形式，诸如控制器局域网(“CAN”)网络。

[0046] 如将由本领域技术人员所了解的那样，ECM 100被编程为用以部分地操作以基于发动机270的当前操作条件与当前使用者需求相比来确定在任何给定时刻所需的燃料流率(“ṁ”或“mdot”)105。因为由ECM 100确定了所需的ṁ 流率，ECM产生相对应的ṁ 数据信号105，其表示发动机270的当前ṁ 流率需求。根据本发明的教导，发动机270的优选实施例还包括CFV 10，其利用发动机安装件91-94（如图2-4A所示，在图4B的实施例中被编号为91'-
93'）以及其他流体和电气连接以常规的方式操作性地连接到发动机270。因为由ECM 100确定所需的ṁ 流率，相对应的ṁ 数据信号105由通信线路101传送到CFV 10的微控制器320，并且CFV 10操作性地用于瞬间并且准确地从CFV出口70递送该ṁ 流率。

[0047] 在由CFV 10进行流动控制后，来自CFV出口70的气态燃料的受控制的流动被导向至发动机270，其中，其优选地在混合器261中与空气260相混合，以产生易燃的燃料-空气混合物250。燃料-空气混合器261优选地为类似文丘里管的混合器或者并不在燃料流动中使用移动零件的另一类型，由此最大化了耐用性和实际递送到燃烧腔室280的流动条件的燃料/空气混合均匀性。最优选地，燃料-空气混合器261呈包括燃料环的形式，帮助保留由CFV 10所提供的准确ṁ 流率控制的益处。

[0048] 在替代实施例中，导向至燃料-空气混合器261的进气260可从周围空气抽吸，具有或不具有压力补偿器，尽管有性能折中/损害。但更优选的实施例使用来自涡轮增压器系统的空气流动260，优选地与相关联的中间冷却器一起。空气流动260受到节流阀240控制，节流阀240优选地为电子节流阀，电子节流阀进一步便利于保留由CFV 10所提供的准确流率控制。

[0049] 在一旦由燃料-空气混合器261提供了适当燃料-空气混合250的情况下，然后在来自ECM 100阀控制下将混合物250操作性地引入到发动机270的燃烧腔室280内。在燃烧腔室280内，然后空气/燃料混合物250被操作性地火花点火以造成工作燃烧。

[0050] 多级CFV 10经由虚线101所示的通信链路链结到ECM 100，二级CFV 10适于响应于ṁ 流率信号105在其出口70处提供实际ṁ 燃料流率的快速和极为准确的控制，用于连续流动燃料供应到发动机270的受控制递送。就其性质而言，CFV 10用于控制从主要燃料供应350(在图1中的左边)到内燃机270(在图1中的右边的)气态燃料流动。因此，CFV 10操作性地定位于燃料供应350的下游和发动机270的上游，从而使得其在发动机270操作期间被铅封(plumb)并且密封为流体连续燃料供应系统的部分，并且CFV 10在燃料供应350与发动机270中间。

[0051] 作为额外背景，在连续流动系统中的燃料流动控制阀使用连续流体通路，连续流体通路在整个主动操作期间保持大体上打开，而控制阀控制着在该通路内的可变开口的有效大小以实现穿过它的ṁ 流率。尽管实际流动速度也实际上随着孔口大小而改变，通过用于相同流动速度的不同阀则可在理论上实现不同的ṁ 流率。用于这样的阀的促动器控制着可变开口的有效大小。当该有效大小相对于任何下游限制足够小时，通过开口的燃料流动速度变成音速或超音速，其也被称作“阻”流。

[0052] 本发明的优选实施例也控制至少一个开口136的大小以控制通过它的ṁ流率，但目前优选的实施例也形成多级方案，其中至少两级20、30联接于整块组件90内并且由共同包含的微控制器320相依地调节。多级20、30优选地由微控制器320调节以提供一种多级CFV 10，其在准确地并且持续地满足瞬间ṁ流率需求105的实际ṁ流率的情况下一致地实现通过开口136的阻流。为了能实现发动机270在较大动态动力范围上操作的性能，CFV 10的多个级20、30优选地并置从而使得燃料控制通路与具有板上微控制器320的印刷电路板(PCB)
40一起密封于共同块组件90内。微控制器320也包含于相同的整块组件90内，因此微控制器
30被称作“块内”微控制器320。因此CFV 10包括了在整块组件90内操作性地连接的至少三个基本子组件20、30和40。

[0053] 凭借通过块内微控制器320而调节的快速并且准确的控制，CFV 10被装备并且控制为用以在其预期操作过程中瞬间实现所需的ṁ流率105。尽管其它数据输入，诸如P3输入信号520也用于优选实施例中，CFV 10的许多实施例能实现快速并且准确的流率控制，而无需除了表示所需的ṁ流率的电子数据信号105之外的任何外部数据输入，电子数据信号105将适当地总是由印刷电路板(PCB)40的CFV微控制器320作为来自ECM 100的数据信号105而接收。

[0054] 实际上，CFV 10的优选二级型式的主要操作由图1中所示的框部件来表示。其第一级20优选地为压力平衡的电子压力调节器，该压力平衡的电子压力调节器位于第二级30上游以便控制并且调制流入到第二级30内的级间压力P2。从第一级20，然后使燃料流动被导向至第二级30，第二级30包括快速作用的阀125，快速作用的阀125优选地控制通过固定孔口135的阻流，并且然后将所得到的极为准确的阻塞燃料流动从CFV出口70递送到发动机270用于燃烧。如在其它地方所描述的那样，通过在第二级30内的孔口135中控制一种开口
136的有效大小来实现准确阻流，而第二级操作由块内微控制器320与第一级20的电子压力调节器相依地调节，以优化全范围流率设定点准确度，优选地为极为准确的水平。

[0055] 上游燃料供应350如图1中所示，燃料供应350优选地包括燃料罐360，用作流体燃料源，以及一种机械压力调节器370和其它常规部件诸如截止闸阀380。阀380优选地受到ECM 100控制，尽管在替代实施例中可利用独立控制。气态燃料供应350被配备并且调适为向CFV入口390递送连续流动气态燃料供应，优选地在CFV入口390处是处于在60与85psig之间范围的表压（gauge pressure）。

[0056] 更优选地，气态燃料供应350为递送在燃料罐360中储存的天然气或丙烷的天然气或汽化丙烷燃料供应。尽管在图1中未示出，燃料罐360可配备有汽化子组件和控件以管理LNG(液化天然气)或者丙烷汽化和在燃料罐360和相关联的线路365、375和376内所造成的压力。用于LNG的这样的汽化子组件和控件优选地通过穿过热交换环路而预先循环所储存的LNG中的某些来灌注罐360，热交换环路升高了预先循环的LNG的温度到部分或完全汽化的点，由此在罐360内造成具有充分压头的蒸汽相。线路365优选地还包括在燃料罐360下游的第二热交换器，以在允许一旦气态燃料从燃料供应350流动到CFV 10的情况下进一步辅助LNG、LPG或丙烷的完全汽化。

[0057] 在线路365中热交换器的下游，气态燃料被依序导向通过机械压力调节器370、下游燃料截止阀380、和线路快速断连组件(未图示)，之后进入到CFV 10。在此实施例中，初始燃料压力由罐360供应，但来自罐360的初始压力优选地在到达CFV 10的入口390之前由机械压力调节器370调节。机械压力调节器370能管理来自罐360的相对较高的压力并且包括一个或多个常规压力调节器，常规压力调节器使用压力平衡膜片来改变有效孔口大小并且由此控制在CFV入口390处的压力在优选范围(60至80psig)内。尽管并非至关重要的，机械压力调节器370优选地包括整合的压力传感器用于经由控制链路371向ECM 100提供上游压力数据(例如，等效于在CFV入口390处的压力“P1”)。作为与调节器370整合的压力传感器的补充或作为替代，替代实施例也可在线路376中包括单独的压力传感器377，单独的压力传感器377流体靠近CFV入口390，用于更可靠地输入进入CFV 10的气态燃料的实际压力。尽管已知上游压力P1的益处，应认识到CFV 10能在不知道上游压力P1的情况下起作用，尽管具有某些限制。

[0058] 假定所有线路365、375和376操作性地密封和连接以导向通过它的燃料流动，通过机械截止阀380的开/关操作来允许或禁止从燃料供应350到CFV 10的燃料流动。尽管在某些替代实施例中可使用手动阀，阀380优选地经由ECM 100所控制的监督控制，而实现马达或电磁促动，如由图1中的虚线控制链路381所示。当打开截止阀380时，由在罐360与CFV入口390之间的可操作的压力梯度引起气态燃料流动。因此，在阀380打开的情况下，燃料首先移动通过热交换器和(多个)机械压力调节器370，并且然后将燃料导向通过阀380并且到CFV入口390内。

[0059] 尽管有汽化子组件和控件，存在着传递也包含液相LNG或丙烷的液滴的汽化天然气或丙烷燃料的可能性，如果用于热交换流体的端口或管道变得堵塞，可能例如发生这种情况。如果任何LNG或丙烷液滴保留在(多个)机械压力调节器370下游的燃料流中，它们的随后的汽化可向CFV 10内引入显著的压力峰值，这在某些条件下可能会超过/压倒CFV 10的第一级20或其它部件的承受能力。为了补偿LNG或丙烷液滴在热交换器下游的可能引入，压力控制环路可被插入于系统中在(多个)压力调节器370与到CFV 10的入口390之间中间的位置，优选地在热交换器和(多个)压力调节器370的下游，并且优选地在任何上游压力P1传感器377的上游。

[0060] 在LNG或丙烷的任何游动液滴进入到CFV 10内的情况下，延迟的汽化将会很可能导致在CFV 10的入口390处增加的压力的峰值。如果产生这样的压力峰值，插入的压力控制环路优选地通过往回向机械压力调节器370的上游侧通风而减缓/缓冲峰值。某些替代实施例通过使用来自线路376中上游压力P1传感器377的信号来解决这样的过压风险。在这些替代方案中，在由P1传感器377检测到的过压条件，ECM 100适于做出其它调整以便解决或另外补偿压力峰值。作为其它替代方案，一个或多个过压通风口或旁路止回阀可被包括于线路375和/或376中以帮助转移汽化峰值，汽化峰值原本将会传播并且破坏CFV 10的控制。同样，由于机械压力调节器上游的燃料汽化所造成的压力峰值也可向大气通风和/或转移到在燃料供应350中进一步上游的其它包含物。

[0061] 通过提供用于这样的游动压力峰值的控制的多层面策略，即，通过将热交换器以及通风口、止回阀或如上文所讨论的类似物中的一个或多个包括于线路365中，优选实施例控制并且调制了引入到CFV入口390的压力以减轻或防止超过CFV 10流率控制。

[0062] 燃料罐360可替代地实施为许多普遍易得的气态燃料源中的任何气态燃料源，诸如固定的气体管线，压缩气瓶，或带有汽化控件以及常规压力调节器和类似物的其它类型的液化储罐。优选地，大部分这样的替代物仍包括某些形式的燃料储罐360，其经由高压机械压力调节器370将燃料进给到CFV 10，高压机械压力调节器370将压力调节为CFV入口390的所需的范围。

[0063] 同样，从高压机械压力调节器370，燃料通过燃料管或供应线路375进给，燃料管或供应线路375优选地包括如图所示的截止闸阀380。在从截止闸阀380的下游，燃料供应线路376在CFV燃料入口390处连接到CFV 10，在这点，燃料优选地被引入到CFV 10的第一级20内。

[0064] 如将由本领域技术人员所了解的那样，供应线路375也可包括燃料过滤器(未图示)或用于在燃料引入到CFV 10内之前监视和/或优化燃料供应条件的其它常规系统。这样的其它系统可包括例如连接到发动机控制模块100和/或CFV 10的PCB 40用于预期的操作需要的燃料品质传感器。燃料供应350还可包括若干独立压力调节器370(而非仅一个)的组合，或者可包括与燃料储罐360一体的额外压力调节器。

[0065] 再次参考如图所示的最优选的实施例，较大燃料系统包括具有二级CFV 10的燃料供应350。在较大燃料系统的下游，供应的燃料流动然后与空气260掺混用于向内燃机270供应气态燃料-空气混合物250。虽然图1的布置是优选的，符合本发明的某些较宽泛教导内容的替代实施例可替代地将所需空气中的某些或全部引入到CFV 10上游(如由替代空气混合流动箭头260’所表明)或者可能甚至CFV 10中间的燃料内，尽管具有相对应的挑战和可能的损害，考虑到可需要相对应调整来应对在其被引入的任何点处的空气流动引入。

[0066] 优选整体CFV块组件90参考图2至图4A，示出了CFV 10的三个基本子组件20、30和40整合于整块组件90内。整块组件90为三个铝子块90a、90b和90c的刚性整合组合，铝子块继而合并了用于可操作地容纳那些基本子组件20、30和40的更小铝块元件的联合。子块90a通常包含第一级20；子块90b通常包含第二级30；并且子块90c通常包含PCB 40和其块内微控制器320。

[0067] 如图所示，在图2至图4A中每一个中，第一级20通常在第二级30上方定向。优选地，通过分别将第一级20的块90a和90c以及PCB 40刚性地安装到第二级30的块90b上，而实现整块90。如图所示的刚性安装将第一级出口400和第二级入口460定位于被称作级间腔室300的共同空间中。级间腔室300为在两级20、30之间共用的中间空间，并且在CFV 10的流体途径中提供密封的开放空间。因此，来自第一级20的流动开放地连通到第二级入口460，但在密封的空间中使得压力和燃料并不从块90泄露/漏失。

[0068] 将了解，通过在子块90a、90b、90c之间的密封联合来(至少部分地)形成级间腔室300（在图2中用虚线概念性地示出），这产生组合的整体CFV块90。除了一体地联结以形成整块90之外，封闭着基本子组件20、30和40的配合表面利用垫片、粘合剂、密封件、螺栓、O形环和类似物而密闭地/气密地密封到足以包含超过将通过CFV 10传导的最大操作压力的内部压力。最大CFV操作压力优选地为至少85psig，但在子块90a、90b、90c之间和内部的密封件和类似物优选地被设计成包容/承受超过100psig并且优选地多达320psig，作为安全因子/系数。尽管如本领域中已知的可使用不同的密封技术，机器螺钉和粘合剂和/或室温硫化（RTV）硅树脂是最优选的以便实现在子块90a-90c的各个配合表面之间的充分密封。

[0069] 参考图2至图4A，例如，螺栓21至24联合第一级块90a与第二级块90b，且在这些块之间具有密封，以密封地封闭并且限定介于该两级20、30之间的级间腔室300。同样，螺栓41-44以密封方式联合PCB子块90c与第二级块90b从而使得在PCB 40和其部件周围的空间也被密封，以在压力沿着线或换能器端口诸如端口342、343(在图7中标出)从腔室300泄露到PCB 40的情况下防止压力从PCB 40周围泄露。

[0070] 尽管在图2至图4A中并未清楚地示出相关联的聚合物密封件，可以看到周向凹槽31和46，在组装期间，连续弹性密封件401插入于周向凹槽31和46中并且被压缩。这样的密封件分别用于确保在腔室300中和PCB 40周围充分承压。为了进行比较，相当的弹性密封件
401和403被示出处于图4B的替代实施例中，其装配于相当周向凹槽31’和46’中用于替代实施例中的类似目的。

[0071] 同样，子块90a、90b和90c中的每一个继而涉及更小块元件的密封刚性联合。例如，如在图5中更清楚地看出，块90a包括由螺栓25至28(在图2中部分地标出)密封地联合在一起的主要部分95和帽部分96从而使得其将弹性密封件97俘获于周向凹槽96a中。在更小块元件之间的其它相当的联合在附图中反映出来，其中的每一个用于确保充分的密封以在共同块组件90内承受操作压力。如本领域技术人员将了解的那样，许多其它的配置和替代材料也可替代各种子块和更小的块元件，而同时仍在刚性块组件中承受操作压力，尽管具有各种联合和移动零件，以在替代实施例中起到整块组件90的目的。

[0072] CFV 10的第一级20在优选实施例中，CFV 10的第一级20基本上充当受PCB 40控制的电子压力调节器330。
第一级20包括CFV燃料入口390和第一级燃料出口400。第一级20使用常规电子压力调节器结构来控制所述第一级出口400处(在级间腔室300中)的压力以形成连续流动系统的阀50的可变有效面积。

[0073] 如在图5中更佳地示出，在第一级20中的阀50的有效面积受到促动盘419控制，促动盘419由周围通路421-423而压力均衡。促动盘419的位置移动并且受到来自周围元件140的电动力控制。促动盘419继而控制阀轴120的移动以控制阀50的位置，阀50为压力平衡的膜片阀，其有效面积基于阀50的轴向位置而改变。阀5本身由来自端口391的入口压力而压力平衡。

[0074] 为了做出理想的响应，第一级促动器420优选地为快速作用的促动器，优选地为音圈促动器，其在压力平衡阀50上产生促动力，以便根据由PCB 40所提供的控制在第一级压力出口400处(和因此在级间腔室300中)实现策略性压力。

[0075] 在优选实施例中，第一级阀促动器420具有1.75”直径，2至3磅力和3.5mm的冲程。CFV 10的第一级20优选地具有力平衡膜片130，力平衡膜片130在能够以4:1的调节比进行操作的座几何形状中起作用。

[0076] 在本发明的某些方面的至少一个替代实施例中，CFV 10的第一级20也具有用于进气的端口(未图示)，但这样的端口并非图示优选实施例的部分。

[0077] 从本文所提供的其它图示和相关描述，特别地参考图5和图6，CFV 10的第一级20的另外的细节将会变得显然。在PCB 40的控制下，特别是在描绘为图1中的“第一级CFV策略”600和压力促动器环路450的算法的控制下，来自CFV 10的第一级20的气态燃料350在受控制的压力下提供给第一级出口400。

[0078] 第一级出口400通过密封于整块组件90内的不受限制的级间腔室300而与第二级入口460直接流体连通。因此，来自第一级20的受控制的流动351直接流入到第二级30内，而不会有外部影响的机会。

[0079] CFV 10的第二级30在图7中所示的优选配置中，CFV 10的第二级30包括快速作用的阻流阀125，快速作用的阻流阀125受到与第一级20相同的PCB 40所控制，从而使得二级20、30根据图6和图8的控制策略而相依地受调节(在这些描述的其它部段中进一步描述)。尽管亚音速或接近音速的流动或等效流动可利用基于过渡流动方程式而建模的替代实施例管理，特别优选的实施例被控制为用以在CFV 10的第二级30中产生具备音速或超音速ṁ流率的阻流。出于这种替代实施例的目的，“接近音速”的速度表示在0.90至0.99音速范围中，而“亚音速”速度表示小于0.90音速。

[0080] 第二级30具有其自己的燃料入口460，该燃料入口460完全地密封于整体外壳90中(在中间腔室300中)。第二级30具有其自己的燃料出口70，其也用作整个CFV 10的出口。第二级30基本上具有配置于其入口460与其出口70之间的连续流动阀125，该连续流动阀125优选地被设计成在正常操作期间实现通过它的气态燃料阻流。优选地，连续流动阀125本身呈轴向可调整的中心阀构件125的形式，其将流动控制表面1100操作性地定位于流动路径中以限定在表面1100与同心孔口135之间的有效阀开口136。用于第二级控件30的阀促动器430（也称为“音圈促动器430”）通过操作以形成开口136的可变有效面积，其直接地控制了在第二级出口70处的燃料的ṁ 流率。通过高度响应性的(即，快速作用)的促动器430来控制第二级30的有效面积。为了做出理想的响应，第二级促动器430实施为快速作用的音圈促动器，其在中心阀构件125的促动器杆115上产生促动力。比许多快速作用的促动器更积极地响应，音圈促动器430能在小于二十毫秒，优选地甚至小于十毫秒内移动中心阀构件125经过其整个16mm的运动范围。

[0081] 由PCB 40来确定了促动器430的位置控制以便在第二级出口70(其也实际上为CFV出口)处实现所需的ṁ流率，很大程度上取决于在整块90的级间腔室300中所感测的条件。在级间腔室300内的燃料流动的流体条件优选地由经由端口340接近级间腔室300的级间T1和P2传感器而检测到。

[0082] 图7示出了在中心阀构件125的优选实施例中CFV 10的第二级30的详细视图。在优选实施例中，第二级CFV 30具有中心构件轴杆115，中心阀构件125在被设计成允许计量第二级30燃料的阀体175的同心阀孔口135内可进行轴向调整。通过改变到促动器430的音圈的电流来调整了中心阀构件轴杆115的轴向位置。为了进行准确控制而同时优化响应性，第二级30的中心阀构件轴杆115与阀位置传感器165相关联，阀位置传感器165确定轴杆115的轴向位置，与作用于中心阀构件孔口135上的力的平衡无关，从而使得燃料计量被监视并且根据需要进行修改以趋向相关联发动机的更佳的性能。如图1所示，然后将来自该传感器165的阀位置信号用于阀促动器环路190，阀促动器环路190控制着阀125相对于孔口135的位置。

[0083] 在优选实施例中，CFV 10的第二级30具有比第一级20的促动器420显著更大的力的促动器430。与由第一级20所贡献的个别调节比相比，第二级30也优选地本身能实现更高的调节比。更特定而言，第二级30促动器430的特定示例被实施为具有3”直径、8至12磅力和16mm冲程的促动器，但对于本发明的大部分方面，特定细节显著变化的空间对于本领域技术人员将显然。

[0084] 参考图7和图8和相关的描述，CFV 10的第二级30的另外的细节将显然。CFV 30的第二级的促动器430受到阀控制器环路190控制。图8例如示出了第二级CFV 30的“第二级CFV策略”800和“阀促动器环路”190的控制算法(如同第一级20的替代方案，在本发明的某些方面的替代实施例中，CFV 10的第二级控件30也具有用于进气的端口，但这样的端口并非优选实施例的部分)。

[0085] 在优选实施例中，第二级30具有中心阀构件125，在促动器430的操作影响下，处于相对于同心阀孔口135可轴向调整的位置。阀125的流动控制表面1100的形状被设计成允许第二级30计量通过孔口135流动的燃料，从而允许在CFV 10的整个操作范围上一致的设定点准确度。通过改变音圈促动器430的电流来调整中心阀构件轴杆115的轴向位置。为了进行准确控制而同时优化响应性，第二级CFV 30的中心阀构件轴杆115与阀位置传感器165相关联，阀位置传感器165确定轴杆115的轴向位置，与作用于中心阀构件孔口135上的力的平衡无关，从而使得燃料计量被监视并且根据需要修改以趋向于相关联的发动机更佳的性能。如图1所示，来自该传感器165的阀位置信号然后用于阀促动器环路190，阀促动器环路190控制着阀125相对于孔口135的位置。

[0086] 印刷电路板(PCB)40为了进一步优化，块内微控制器320和相关的控制电路优选地实施于单个印刷电路板
40(也在图4A中可看到)上，单个印刷电路板40包括与介于两个级20、30之间的级间腔室300通信的换能器。PCB 40的块内微控制器320经由数据链路101连接以从ECM 100接收ṁ 数据信号105(和其它可用的数据，包括P3数据信号520，在本文中其它地方讨论)。数据链路101通过模制的线束连接器45连接到ECM 100和其控制网络，在优选实施例中，控制网络为CAN网络，模制的线束连接器45被额定用于在100psi或更大的压差，以最小化压力通过线路101从腔室300泄露的风险。使用所接收的数据信号105、520，印刷电路板40控制了CFV 10的双级20、30，优选地除了到发动机ECM 100的电力和数据连接101之外，并无任何外部通信。如将由本领域技术人员将了解的那样，替代实施例可为直接(0-5V)数据连接或者原本适用于诸如CFV 10这样的应用的数据连接的任何其它已知的替代物。

[0087] 参考图1，PCB 40包括微控制器320，微控制器320可为任何市场上可购买到的微控制器，其具有能够接受机器可读代码的存储器，即，软件。微控制器320提供CFV 10的“大脑”、并且从压力换能器331接收压力信号，从热敏电阻340接收温度信号，从阀位置传感器160、165接收阀位置信号，以及从电子控制模块(ECM)100接收控制信号并且分别向CFV 10的第一级20和第二级30输出压力和阀位置命令。

[0088] 热敏电阻340为常规热敏电阻，其感测在其顶端处的温度并且具有从基部341延伸到顶端的引线，但其它形式的温度传感器(或甚至用于并非温度的流体条件的传感器等)能被认为用作相同目的中的某些目的的替代物。在优选实施例中，通过将热敏电阻340的传感器顶端直接地定位于级间腔室300内来得到最佳流体条件反馈，而热敏电阻340的基部341直接地钎焊到PCB 40上。交叉参考图7，尽管PCB 40在限定着级间腔室300的块90b的图示表面302的后方，热敏电阻340的感测顶端通过在腔室300的侧壁中适当定位的传感器端口342而略微延伸到腔室340内。在一实施例中，压力换能器330具有从0至100psi的绝对压力范围，并且热敏电阻340具有从-40℃至125℃的温度测量范围。

[0089] 压力换能器331为常规压力换能器，但非常规的压力换能器(或甚至用于除了压力之外的流体条件的传感器或类似物)可被认为用作相同目的中某些目的的替代。压力换能器331优选地为能安装到控制板上并且具有从其基部延伸的刚硬管连接器(有时被称作“炉管”)的类型，换能器通过刚硬管连接器而接近待感测的压力。在优选实施例中，通过将其炉管的顶端330(或者从那里的管，作为替代)定位成与级间腔室300成直接流体接触而从换能器331得到最佳流体条件反馈，而基部换能器331直接地安装于PCB 40上。进一步交叉参考图7，炉管顶端330从PCB 40(未图示，但在块90b的图示表面后方)延伸穿过在腔室300的侧壁302中适当定位的传感器端口343。为了最小化顶端330的堵塞或者换能器331的其它污染，端口343优选地在级间腔室300的侧隔室301中、并且利用挡板壁或类似物屏蔽，如已知那样，用作防污染件。

[0090] 处理器封闭件90c包含单个印刷电路板(PCB 40)的块内微控制器320和相关联的电路部件用于对CFV 10的所有基本方面进行主控。虽然来自PCB 40的电引线和类似物进入到或者靠近封闭的级间腔室300，PCB 40同样优选地被密封于在整体CFV块组件90内所创建的专用空间300内，如在图4A和图4B中最佳地了解到。对于PCB 40的额外保护,不仅其利用机器螺栓310安装就位，其也封装并且包封在其专用空间中。这样的密封整合使得能实现最佳控制并且帮助最小化原本可能会影响其操作的外部假象或其它影响。

[0091] 出于控制目的，压力换能器330和常规温度传感器340监视级间腔室300中的燃料的压力和温度，级间腔室300在第一级20与第二级30中间。

[0092] 在块内微控制器320的整个控制中，本发明的实施例通过克服了现有技术的局限性和挑战中许多局限性和挑战的创新性方案而解决了在本领域中长期以来未解决的需要。根据本发明的教导内容中的许多内容，能使该行业提供以二级连续流动控制系统所表现的解决方案，二级连续流动控制系统可易于适应多种应用的动力需求，并且在内燃机中的相当大的动态动力范围上易于准确地并且精确地控制燃料流动。

[0093] 图4B-相当的替代CFV 10’图4B示出了呈CFV 10’形式的CFV 10的相当的替代实施例。CFV 10’的结构和功能与CFV 10很大程度相同，从而使得每一个的相似的部件用相同附图标记标注，但对于CFV 10’的部件添加了引号 [’] 符号。类似于CFV 10的块组件90，CFV 10’的整块组件90’包括三个子块90a’、90b’和90c’的刚性整合的组合。从图4B的透视图， CFV 10’的替代实施例示出了密封件401和402。密封件401密封地包围着在第一级子块90a’与第二级子块90b’之间的联合。密封件402同样密封地包围着在 PCB子块90c’与子块90b’之间的联合。所得到的联合形成了整块90’，即用于CFV 10的内阀部件的密封的整体外壳。在一实施例中，CFV 10’也可包含至少320 psig的内部压力。微控制器320’和相关联的电路优选地安装于单个印刷电路板(PCB 40’)上用于控制CFV 10’的所有方面。

[0094] 在整块组件90’内，线403和404从子块90c’中的PCB 40’分别伸展到子块90a’和90b’中的促动器420和430以操作性地连接CFV 10’的各种部件。具体而言，线403和404能将整块组件90’的部件链结到它的其它部件。线403，特别地具备单独于腔室300’ (如由图4B 中子块90b’的分割的密封件401a和相关联的壁所示)而限定的单独通道291'（相对应的通道在图4A中表示为291）以将 PCB 40’连接到促动器 420’。线404同样通过子块90b’中单独的通道而连接。

[0095] 第一级控件策略在图1的图解与图6的第一级逻辑树之间进行交叉参考，由压力促动器环路450来控制了CFV 10的第一级20的促动器420，压力促动器环路450受到图6中所描绘的第一级控件策略控制。图6示出了用于确定压力命令(Pcmd)470的算法控制策略的框图，压力命令(Pcmd)470用作CFV 10的第一级20的压力促动器环路450的目标压力。

[0096] 尽管第一级策略算法和第二级策略算法应由本领域技术人员通过仔细阅读附图根据到本描述的其它方面来合理地理解，某些另外的详细阐述也可以是有帮助的。一般而言，为了描绘在图6和图8中的优选算法，反复使用常用名称。那些名称中的某些为具有常见意义的完整字词，诸如，“air”指空气；“ratio”指在两个数据值之间的比。尽管“CAN”在技术上指控制器局域网的首字母缩略词，“CAN”为指代CAN网络或者更准确地在图6和图8的情况下指经由CAN网络所接收的数据的常用技术词语。

[0097] 关于这一点，应当认识到尽管CAN网络为用于传送由CFV控制器320从CFV组件10外侧所接收的所有命令、变量和其它数据的优选通信链路，无线、模拟信号、数字信号或其它通信手段可用作替代物，而同时仍涵盖本发明的许多方面。

[0098] 在附图中也可使用常用或者易于理解的缩写词。特别是对于图6和图8而言，但特定参考还可进一步另外阐明的除外：“mdot”指质量流率；“Cmd”表示命令；“nrm”指的是特定变量的归一化值，其为该变量的全标度的百分比；“FS”指全标度或比例因子，归一化值乘以该比例因子以得到相对应变量的实际值；“Pos”指位置，诸如阀或其促动器的位置；“Tgt”指目标，如阀的有效面积的目标值，表示为“AEffTgt”；“lp”指低通滤波器，或者已由低通滤波器滤波的变量；“ck”指理论阻流方程式；“SQRT”通常表示数学平方根函数，其将在其它地方在理论阻流方程式的上下文中更全面地描述；“Aeff”为特定阀的有效孔口面积；“TAEff”指对于特定条件AEff的查表值；“max”指变量的最大值；“T”指温度(除了在TAEff的上下文中)；“P”指压力；并且“dis”为“distant(较远)”的缩写，反映了以下现实：在优选实施例中的P3信号520表示从发动机270的进入口的下游压力测量。

[0099] 更特定而言，相对于由温度传感器340(在图7中标出)感测的温度，基于“伽马”比热比燃料常数(常常表示为“k”)来计算了“SQRT_ck_T_air”570。就目前的目的而言，控制策略假定mdot将基本上遵循以下经典理论方程式：mdot = Aeff*P*(SQRT_ck_T)，
在这种表达中，“SQRT_ck_T”480为下式的方程根：
{M/RT*gamma*{[2/(gamma+1)]^[(gamma+1)/(gamma-1)]}}.
在这里和在若干其它表达490、492、493和494中，“Aeff”(或“AEff”)为特定阀20或30的有效面积。自然地，特定阀20、30的有效面积(Aeff)对应于相应阀20、30和/或其促动器的位置，阀20、30和/或其促动器的位置继而在很大程度上取决于发送到用于相对应的阀20、30的促动器的一种命令信号。

[0100] 图6的控制策略的中心是“最大（Max）”590决策，其允许两个目标压力值575、550中的较大者为实际压力促动器控制环路450的目标。第一目标压力值(“PcmdTgt1”)550基于在两个主要计算505、510中的第一个(第一计算505在图6中的右边示出)中所表征的假设和关系来确定。根据质量流率的经典理论方程式，PcmdTgt1550在除法操作559中通过将mdotCmd_lp 558除以AEffTgt (SQRT_ck_T) 494而被计算得到。同样，第二目标压力值(“PcmdTgt2”)575基于在两个主要计算505、510中第二个(第二计算510被示出在图6的下左象限上)所表征的假设和关系来确定。当第一计算505进行控制时，其基于将利用第二级30中的阀125的标称位置而易于实现阻流的假设来产生了Pcmd 470 ；而两个计算505、510中的第二计算510(第二个在图6中的左边)增加Pcmd 470，如果可得到的数据表明在级间腔室300中无更大压力P2的情况下将不太可能发生阻流。

[0101] 为了拦截将不可能维持预定充分级间压力P2以用于实现第二级30中的阻流的情形,两个计算505、510中的第二计算510(第二计算510在图6中的左边)从在表达520、530和571中表示为“P3”或“Pdis”的下游压力信号而扣除。P3数据点表示在CFV 10的出口70处的燃料压力，在如附图中所示的优选实施例中，其由Pdis接近/近似。优选地，Pdis数据点经由CAN网络的线路101作为数据信号520从ECM 100接收。特定压力信号 (Pdis_nrm)520认为是基于发动机270中的TMAP和/或TIP传感器521的实际下游压力确定。基于从传感器521(或替代物)收集的数据，ECM 100做出在CFV 出口70处的压力的逼近/近似。如由mdotCmdFS 555(如同在图6和图8中的任何其它“FS”555、530指示)所反映，然后算法策略通过乘以全标度(因此，“FS”)值而将mdotCmd_nrm 560数据非归一化以便达成Pdis 571的实际值。同样，该Pdis
571然后可被用作可变通的范围(ballpark)以逼近在CFV出口70处由CFV 10递送的可能的燃料压力。然后，通过比较该压力571与为第二级阀125的特征的预定Pratio 540，成比例地(即，除以Pratio 540)增加第一级目标压力(Pcmd)以便总体上确保在中间腔室300中的压力足够高。

[0102] 再次参考图6中的两个计算的第一计算505(第一计算505在右侧)，第一计算505基于阻流将易于在CFV 10的第二级30中实现的假设来确定第一级20的目标PcmdTgt1 550。尽管第一计算的策略应可从附图了解，可帮助理解到了，“TAEffTgtNrm”565是指表(因此，“T-”前缀)查找将为目标的第一级CFV 20的有效面积的最佳标称值以便实现由ECM 100所需的特定mdot流率105。虽然各种表或算法可用于确定“TAEffTgtNrm”565，在优选实施例中使用了经验地确定的表，其为预定的，优选地基于可适用于每个特定第一级20的阀特征的测试。为了更清楚起见，用于CFV 10的特定复制品的一个这样的表在下文中表示，其中AeffTgt_nrm(%)565的标称目标值基于mdotCmd_nrm 560(在这个表的左边)而设置：
mdotCmd_nrm(%) AeffTgt_nrm(%)
0.00 0.000
0.10 2.560
1.00 3.840
5.00 8.320
9.00 12.800
14.00 20.480
20.00 28.160
27.00 35.840
35.00 43.520
44.00 52.480
54.00 60.800
65.00 67.840
77.00 72.960
90.00 76.800
99.90 78.080
99.90 78.080

[0103] 从根据这个表所确定的AeffTgt_nrm 565，然后对于所用的特定燃料(对空气570相对于使用的特定燃料480、580的SQRT_ck_T变量的比进行因子分解)和对于使用的特定第一级20的最大有效面积492，归一化的查表565然后适当地依比例而定。已知mdotCmd_nrm560，对SQRT_ck_T比和最大Aeff的因子分解的结果基于阻流假设而依比例增大适当目标压力水平，其产生了从图6的右侧505所反映的PcmdTgt1 550数。尽管以数学方式计算(buried in the math)，应意识到由中间腔室300(“T”)中的热敏电阻340所感测的温度T2由PCB 40 微处理器320在控制策略的各个点处使用，用于第一级20和第二级30控制。

[0104] 因此，最佳Pcmd 470水平在图6中的策略图中在“Max”接合590处加以控制。无论哪一个更大，在操作中，PCB 40发送确定的Max Pcmd 470、590到CFV 10的第一级的压力促动器环路450以便在CFV 10的第一级20的压力促动器环路450的控制下在第一级CFV 20的出口400处实现该压力。应了解，压力促动器环路450为常规压力反馈环路，其以反馈控制关系来调整阀促动器420操作以确保Max Pcmd 470, 590实际上在中间腔室300中产生，如由PCB 40的压力传感器331确认，压力传感器165与在该级间腔室300中的压力感测端口343成直接流体连通。

[0105] 第二级控件策略CFV 10的第二级30的另外的细节将从本文所提供的其它图示和相关描述显然，特别地参考图7和图8。在PCB 40的控制下，特别地，在描绘为“第二级控制策略”(在图8中)的算法和图1中的“第二级促动器环路”190的控制下，来自CFV 10的第二级30的气态燃料以受控制的ṁ 流率提供给CFV出口70，CFV出口70与发动机270成流体连通。

[0106] 在第二级30中，PCB基于P2和第二级30相对于其移位的已知流动特征来控制阀构件125和其流动控制表面1100的位置，如在图9中所描绘的那样。在PCB 40控制下，遵循PCB 40的二级控件策略来管理了离开CFV出口70的实际ṁ 流率，以匹配来自ECM 100的当前mdot需求105一致地并且持续地在1%设定点准确度内。

[0107] 在优选实施例中，中心阀构件125为具有中心纵向轴线126的细长阀构件。中心阀构件125定位于第二级30内与促动器430和孔口135二者同心从而使得其能够在促动器430的受控制影响下自由地朝向和远离孔口135移动。中心阀构件125的特征在于以其端部位于腔室300中的流动控制表面1100，在其端部与中心阀构件125相对着的促动杆115，以及在它们之间的机械止挡结构1200。中心阀构件125具有主动流动控制表面1100，主动流动控制表面1100具有“绕转”形状。表面1100绕转，因为其总体上具有绕转表面的形状。该绕转表面优选地为在图10D中可见的形状轮廓绕中心阀构件125的中心纵向轴线126旋转的轴向旋转。流动表面1100起到调节气态流体的流量和压力的作用，如在下文中进一步描述的那样。

[0108] 图8示出了用于确定发送到CFV 10的第二级30的阀促动器环路190的阀位置命令(V_PosCmd)620的控制策略800的框图。因为第一级策略600在第二级上相依地控制所述级间压力P2，第二级策略800看起来相对简单。如在框图中所示的，AeffCmd 803基于mdotCmd_lp 558而被确定，在全标度因子555因子分解以确定mdotCmd 556和低通滤波557因子分解之后，所述mdotCmd_lp 558基于图6的 mdotCmd_nrm 560而确定。在已知mdotCmd_lp 558之后，然后命令变量在除法操作802中除以P3*(SQRT_ck_T)594确定（在乘法操作801中被计算出）以解算第二级30的必需的有效面积AeffCmd 803。通过必需的有效面积AeffCmd 803，然后从查找表TAeffCmd 804确定阀125的阀位置命令。在优选实施例中，该表804为图9中所描绘的流动曲线900的数据等效物。然后将所得到的位置命令V_Pos_Cmd 620发送到第二级促动器控制环路190用于实现阀125相对于孔口135的相对应的瞬间位置。当以200kPa的级间压力P2操作时，CFV 30的第二级的优选实施例能以16mm冲程实现接近18 g/s ṁ的流率。

[0109] 操作压力尽管将了解到可对于其它上游条件做出调适，在CFV入口390处在供应线路376中的压力优选地由机械压力调节器370控制为60psig(74.7psi绝对)或更大，优选地在60至85psig的范围。比较而言，CFV 10的最大排放压力优选地被控制为至多41.7psi绝对值，其将通常允许控制CFV 10约0.558或更小的临界压力比、而同时仍能实现较大动态动力范围。

[0110] 在CFV 10的整块90内，PCB 40也监视着在桥接于两级20与30之间的级间腔室300中的级间压力P2和温度T2。CFV 10然后使用电子压力反馈控制来控制级间压力P2以遵循在图6中所描绘的策略来瞬间实现Pcmd确定，而图6中的所描绘的策略，在给定第一级的优选调节比4:1的情况下，将通常被控制为在15psig(60的¼)与85psig之间的某值。

[0111] 控制CFV 10以实现这个目的的优选方法部分地取决于离开CFV 10的出口70的燃料流动的实际或估计流体条件。尽管在本发明的某些变型的范围内设想到确定或估计出口流体条件的其它方式，图示的实施例从监视压力(标为“P3”，为了我们的目的)的下游传感器521确定出口流体条件，压力由ECM 100监视并且为此，从ECM(或者从与ECM相关联的数据网络)持续地可获得代表性数据信号520。数据信号520的特定P3值优选地表示从发动机270可提供的任何数据流，其为在发动机270内的预燃的燃料压力的特征。如图所示，优选的下游传感器521为位于电子节流阀240下游的发动机进气歧管262中的常规TMAP传感器模块。作为常规TMAP传感器521的补充或替代，也可从节流阀240上游的常规TIP传感器模块收集下游数据。其它替代实施例也可包括直接在发动机270的进入口272处的独立压力传感器(未图示)，并且另外替代实施例替代地依靠于在离开CFV出口70的燃料供应线路中直接测量的下游数据，用于关于从CFV 10排放的气态燃料的实际压力的可靠数据。尽管本发明的更优选变型具有已知下游压力P3的益处，应认识到CFV 10的较不优选替代实施例能在不知道下游燃料压力P3值的情况下起作用，尽管需要其它调整和折中。

[0112] 根据第二级阀位置的流动控制变化图9为CFV 10的流动曲线900的曲线图。主要曲线900示出了当第二级30适用于发动机
270的300马力变型时第二级30的预期的流动曲线。为了易于说明，尽管在正常操作期间在块内微控制器320的控制下在级间腔室300中的压力P2改变，流动曲线900示出了根据阀位置的第二级的阻流ṁ 流率关系，全都关于在腔室300中的单个给定压力P2。曲线900的该给定压力P2为200kPa。

[0113] 流动曲线900的曲线图主要示出了基于第二级阀构件125的受控制的位置，离开CFV 10的燃料ṁ 流率(每秒克数)之间的关系，其中该受控制的第二级阀位置的特征为当阀125几乎接触着同心孔口135时其从完全闭合位置的纵向移位(或者“冲程”，以毫米为单位)，其中，由机械止挡组件1200确保了避免这样的接触。与相对于图10D中的孔口135而言的阀125的打开位置的实线描绘相比，也在其中以虚线135'示出阀125的完全闭合位置(但应了解在实际操作中，阀125相对于孔口135移动，而非孔口135相对于阀135移动)。

[0114] 如由曲线900所示，第二级30的流动表面1100已被成形为使用曲线图的两个轴线的线性标度，根据第二级促动器430已将中心构件125相对于第二级阀孔口135远离完全闭合位置移动了多远来改变所得到的ṁ 流率。本领域技术人员将意识到，由曲线900所描绘的关系很大程度上为中心构件125的外流动表面1100(在图10D中最佳地示出)的形状的结果，如在本文中进一步描述的那样。

[0115] 为了参考，图9示出了从左边的0.0mm至右边的15½ mm的全“冲程”范围，如由竖直虚线920所标记。三个其它虚线竖直冲程线921、922和923也由全范围的中间显要地指示，其中线921对应于总冲程范围的一半(即，在大约7.7mm处)并且线922对应于总冲程范围的三分之二(即，大约10.3mm处)。四个虚线水平线930-933分别对应于在与四个虚线竖直线920-923相对应的点910-913的流率。而最大流率930为图9中的大约17.6g/s，虚线水平线933对应于该流率的一半，或者大约8.8g/s。

[0116] 尽管可从曲线900形状的额外观察绘制流动曲线900的特征，目前认为若干特征对于实现CFV 10的预期性能而言是特别重要的。例如，曲线900在其冲程范围的下四分之一中并且实际上在其冲程范围的整个下二分之一中具有相对较小的斜率(即，冲程中每个变化的流率变化)，与其冲程范围的其余部分的斜率或平均斜率相比。这种相对较小的斜率允许设定点准确度在那些较低范围中为与更高冲程范围中的设定点准确度相当的设定点准确度。

[0117] 还应当指出的是，流动曲线900在冲程范围的下二分之一(线921的左边)大体上向上弯曲(即，以指数方式增加)，并且实际上在冲程范围的下三分之二(线922的左边)中大体上向上弯曲。因此，曲线900的最大斜率(即，在冲程中每个变化的最大流率变化)优选地出现在冲程范围的上二分之一(即，其中中心阀构件进一步远离孔口135移位的二分之一中)。曲线900的这种最大斜率最优选地出现在该冲程范围的上三分之一中，或者如图9所示在总操作冲程范围的约三分之二处。流动曲线900的形状(和等效曲线)允许设定点准确度在上冲程范围和下冲程范围二者中相当。

[0118] 最后，应当指出的是，如由曲线900上的点913所反映，并未到达总ṁ 流率的一半直到第二级促动器430将流动阀125移动到其冲程范围的上二分之一内，优选地甚至到其冲程范围的上三分之一内，如分别由线921和922的右边的点913所指示。

[0119] 每个特定的CFV 10可大体上由其最大ṁ 流率、其第二级30的操作冲程长度、和如图9所示的流动曲线900的总体形状所表征。尽管这种一般性表征，CFV 10的每个特定复制品的精确流动曲线900将由于制造公差等而改变。因此，为了在CFV 10的整个操作范围确保极为准确的设定点准确度，CFV 10的每个复制品的曲线900(或等效数据)应当为定制生成的、并且存储于块内控制器320中。为了产生CFV 10的每个复制品的定制的流动曲线900，CFV 10在完成制造时在生产线末端校准期间要额外注意，确定第二级30在整个其操作范围上的若干特征性阀位置中的每一个，优选地第二级30的至少15个阀位置的中每一个的有效面积。为了甚至更好地保证设定点准确度，在校准期间也可对第一级20给予相当的额外注意水平。

[0120] 本领域技术人员应了解到，当CFV 10的特定模型适于实现更高的最大流率(通常将会适于具有更大马力的发动机)时将得到与曲线900类似形状的曲线(但具有不同的流率范围)。为了产生不同功率范围和/或不同应用的类似曲线，对于针对该范围和/或应用而言很可能足够的特定级间压力，对第二级30建模。例如，为了适应300马力的变型为流动曲线900的特征，对于足够高的固定的级间压力值P2，对第二级30进行建模，认为级间压力值P2为在曲线900的225kPa至300kPa中预定某处。对于一定功率范围的较少部分，曲线将会看起来与曲线900很相似，尽管最大ṁ 流率将不需要这样高。同样，对于功率范围的较大部分，将需要更高的峰值流率。例如，为了适应450马力变型，对于更高的固定级间压力值P2，对第二级30进行建模，并且最大流率将很可能需要到达超过25克/秒。

[0121] 机械止挡组件1200阀组件125的机械止挡组件1200跨在促动器杆115与其主动流动控制表面1100之间。机械止挡组件1200具有朝向阀构件125远端的两个径向相反的止挡件1200a和1200b，和在相反方向上朝向促动器轴杆115的一个环形止挡件。机械止挡件1200a和1200b限制流动控制表面1100到孔口135内的轴向移动，并且环形止挡件1200c限制流动控制表面1100在相反方向远离孔口135的轴向移动。

[0122] 如图所示，机械止挡件1200a和1200b优选地支承于从中心阀构件125的相反侧在径向延伸的翼状突起的外部朝向远端的表面上。机械止挡件1200a、1200b的翼状突起与阀构件125的中心轴线大体上共面以更易于允许气态流体流过翼状突起。在相反方向的机械止挡件优选地凭借着促动器杆115的更小的直径而设置于止挡组件1200的促动器端部上，促动器杆115比机械止挡组件1200以及旋转流动控制表面1100显著更窄。

[0123] 在整个操作范围上的极为准确的流率设定点准确度已经修改了图9的曲线图以示出相对于该曲线图的流动曲线900的设定点准确度带
901、903和905。设定点准确度带901、903和905示出了将会在如下归类的全范围设定点准确度的规范内的流率范围：对于设定点准确度带901，+/-1%，即，极为准确；对于设定点准确度带903，+/-3%，即高度准确；以及，对于设定点准确度带905，+/-5%，即，大体上准确。如已知的，更小的百分比为更大准确度的特征，并且设定点准确度越大，每个给定条件集合的流率将更密切地匹配预期的ṁ 流率。

[0124] 在优选实施例中，在整个操作范围上经历了控制公差。包围的实线901a和901b示出从设计的设定点的1%的变化。同样，中间虚线903a和903b示出了从设计的设定点的3%的变化。最后，外部实线905a和905b示出了从设计设定点的5%的变化。

[0125] 由于在二级CFV 10及其控制器320中所实施的改进，二级CFV 10的优选实施例能够实现极为准确的、全范围的ṁ 流率，实现设定点准确度，更特别地大约1%(并且，对于额外细致的品质控制，小于1%)。已知第二级30的阻流方面，与优选CFV 10的其它方面相组合，对于图示实施例可易于实现160:1的调节比，而同时也在制造CFV 10期间使得能实现全范围设定点准确度在小于3%内并且对于额外细致的QC甚至为约1%。这意味着不仅在该范围较高的流率，而且在通常在约0.25克/秒怠速的操作范围中流率的最低端处，以及在操作范围的整个其余部分上，均实现了这样的准确度。

[0126] 较大动态动力范围与CFV调节比优选组合也能对于从0.1g/h至40g/s范围的燃料流量实现这样的设定点准确度。但应认识到，替代实施例未必实现这样的操作参数。在该优选范围中的任何范围可用于优选替代实施例中，但优选地实现60:1或更高的调节比，优选地在受共同微处理器320控制的二级CFV 10中，共同微处理器320管理相互作用的控制策略图6和图8和/或在不同范围的操作条件的不同控制策略之间选择。

[0127] 第二级30的特定调节比贡献优选地为30:1或更大，而更优选地，第二级30的最优选的实施例提供50:1的调节比。因此，本发明的替代CFV实施例可实现的总调节比可实现高达(若非高于)200:1(对于第一级为4:1，外加对于第二级为50:1)，这远超过大部分较大动态动力范围应用的需要。

[0128] 在附图中所示的实施例中，第一级20具有4:1的调节比，而第二级30具有40:1的调节比，得到160:1的动态动力范围。虽然在替代实施例的范围内可实现其它调节比，具体替代实施例实现60:1的调节比，而同时仍保持在两端和整个操作范围上高度准确的连续流动控制(和因此动力控制)，即，实现小于与目标流率1%偏差的实际流率。此外，CFV系统的优选实施例并不具有足够小以易于堵塞的任何孔口，从而使得CFV系统相对地不受燃料污染物的影响。

[0129] 希望在整个操作范围与预期流动曲线900在1%变化内的设定点准确度(即，产生在带901内的实际流率)并且能通过使用CFV 10的优选实施例来实现，只要在制造期间使用额外细致/关注。实际上，在制造中的变化、压力泄露和诸如中心阀构件125这样的控制构件的所累积的磨损、以及在CFV 10和发动机270中其它的可变性能造成偶尔在带901外侧但在整个流动曲线900上一致地在3%设定点准确度带903内的实际结果。但是，即使具有3%的变化，在整个流动曲线上用以控制燃料流动到这些公差带901、903、905的能力将会由合理技能的本领域技术人员立即识别为本领域中新颖的，特别是在斜率更平坦的流动曲线的下端处，并且希望相对较大的冲程距离变化导致流率最小变化。

[0130] 当前市售的气态流率控制器主张1%设定点准确度，但它们通常仅在操作范围的上端处实现这种设定点准确度，在那里1%的准确度为远大于的、并且更易于实现的数字。当对于高动态动力范围应用而言该范围在某种程度上显著地更小时，市售的CFV控制系统不能在其整个操作范围上维持甚至5%的设定点准确度。

[0131] 对比而言，CFV 10和许多其它实施例能在几乎所有车辆应用中实现高度准确的设定点准确度。实现了这个能力部分地由于在其操作范围的下二分之一(与其操作范围的上二分之一相比)中产生相对较小斜率(即，更接近水平)的流动曲线900的第二级性能特征。这种性能特征的更详细的方面能由本领域技术人员通过仔细检查图9所示的曲线900而理解。

[0132] 例如，对于相对较低的流量设置，流动表面1100提供每毫米促动器冲程的流率的相对微小增加，如在流动曲线靠近水平处所示，诸如在0mm与4mm之间的冲程距离。可实现这种对流率的严密控制，优选地在整个冲程上在预期设定点的3%内，并且更优选地在预期设定点的1%内，部分地是由于第二级流动阀的几何形状。此处，中心阀构件轮廓几何形状朝向顶端的一点而持续地渐缩从而使得几何形状被微调并且在整个冲程范围上持续地可变。此外，在生产时，校准了中心阀构件125的几何形状，与在每0.5mm处其相关联的受限制孔口相组合，从而使得实际值可用于微调每个个别阀和中心阀构件组件125的流率。这种微调还有助于在整个流动曲线范围上实现所需的微调控制。同样，对这些低流量设置情况下维持阻流做出主要贡献的是第二级30实现接近瞬间流率控制的能力。

[0133] 在这些描述的其余部分的上下文中考虑图9，对于本领域技术人员显然，利用CFV 10能在较低流率并且在高动态动力范围应用中的整个操作范围上在3%至5%的设定点准确度内实现并且维持阻流。

[0134] 此外，应认识到由第二级曲线900所表明的益处外加第一级控件20的益处，以及由PCB 40的块内微控制器320所确定的CFV的主逻辑。虽然曲线900为特定级间压力P2的特征，对于图9所示的相对应流率水平，PCB 40能通过第一级20的操作改变该级间压力P2而使得能实现具有相当准确度的更大范围的流率。假定，给定第一级20的4:1的优选调节比，流率的更大范围将会多达图9中所示范围的大致四倍，而同时仍在更大范围上实现相当的设定点准确度。

[0135] 第二级流动控制表面图10A、图10B、图10C和图10D示出了中心阀构件125的实施例的4个视图，具体而言，分别为侧视图、顶视图、端视图和侧视图。中心阀构件125为细长阀构件，在一个纵向端处具有绕转流动控制表面1100，在其另一纵向端处具有更窄的促动器杆115，以及在它们之间具有机械止挡组件1200。促动器杆115的大小适于可滑动地装配于促动器430内，并且通过操作该促动器430来控制(即，在纵向驱动或移动)其纵向位置。在杆115之间的空间被制造为严格的公差以便最小化通过促动器430的燃料泄露的风险，而同时也最小化了约束杆115的操作移动的风险。O形环、衬套、套环或类似物也可用于优化在杆115与促动器430之间的相互作用。

[0136] 在气态燃料从第一级20的流动351内，中心阀构件的绕转流动控制表面1100操作性地定位成与第二级阀孔口135同心，以限定在中心构件125与第二级阀孔口135之间在径向均匀的有效开口。而由促动器430经由杆115控制的该绕转流动表面1100的纵向位置继而控制着在该表面1100与孔口135之间的径向均匀的有效开口的有效面积。

[0137] 参考图10D，流动表面1100的形状使得能实现在其整个操作位置的范围上一致的流率设定点准确度。为了参考，如图10D所示的形状可相对于表面1100的八个依序相邻的部段1210、1220、1230、1201、1240、1250、1260、1270而加以讨论，这些全都为同心部段(绕中心轴线126)，它们一起限定着流动控制表面1100的绕转形状的特点。尽管在图10D中放大，表面1100具有从基部1210的其近端到在下游顶端1202处的其远端的约25mm至30mm的总长度，其中径向隆起部段1201仅定位于与表面1100的近端1210相距约6mm处。

[0138] 表面1100的绕转形状的最宽尺寸是在径向隆起部段1201的中部，其优选地为约10mm的直径并且大于孔口135的直径。对于另一参考尺寸，过渡部段1250具有约7½mm的直径，其小于孔口135的直径。两个轴向最薄的部段为基部段1210和过渡部段1250，它们都为恒定直径，但它们仅为在轴向尺寸的约1毫米，给予每个部段相当于圆柱形盘的形状。这两个圆柱形盘部段1210、1250具有在径向隆起部段1201的直径二分之一和四分之三之间的直径，但过渡部段1250具有比基部段1210更大的直径。

[0139] 在图10D中，径向隆起部段1201具有凸起的外部轮廓。两个部段1260、1270组合以限定表面1100的长度的大部分，并且二者大体上为圆锥形，而同时在图10D中具有略微凸起的外部轮廓。相比而言，两个部段1220和1240在图10D中具有凹入的外部轮廓，而部段1230具有基本上圆锥形状。

[0140] 尽管该形状的其它特征将通过仔细检查图10A至图10D而显然，该形状的若干方面也是值得注意的。例如，在主要行进止挡件1200a和1200b故障的情况下，平滑的径向隆起1201提供了冗余的行进止挡件。

[0141] 在优选实施例中，绕转流动表面1100可包括钟形特征，表达从其在基部1210的近端延伸到隆起1201且最终到突伸顶端1202的曲率的功能。具体而言，中心阀构件125的直径能从其近端平滑地扩展直到其到达径向隆起1201。从中心阀构件125的隆起1201，中心阀构件125的直径能持续地减小，最终渐缩为在突伸顶端1202处的一点。

[0142] 从表面1100的近端伸展到隆起1201的逐渐曲率成角度地平滑的增加以适应气态燃料从中心阀构件125定向地从左流动向右的流动，如在图10A、图10B、图10C和图10D的优选实施例中所表示。气态流体从轴杆115沿着中心阀构件125的流动可导致较大低压力峰值。因此，以中心阀构件125的持续扩展的直径的平滑成角度的曲率允许充分扩展以适应气态流体增加的体积并且继续流动。

[0143] 从中心阀构件125的隆起1201，直径持续地减小一直到中心阀构件125的顶端1202。首先，从隆起1201，直径最初成角度地更尖锐地减小，但导致直径更逐渐的减小直到其到达顶端1202的基部。从顶端1202的基部到顶端的端部，直径再次更显著地减小直到其渐缩为在端部处的单个点。

[0144] 中心阀构件125的流动表面1100的隆起的外部形状使得能实现其性能特征。沿着流动表面1100的整个长度持续地变化的隆起的形状，从轴杆115到隆起1201持续地增加的直径、之后从隆起1201到顶端1202持续减小的直径的组合，帮助管理气态流体的流动分布以维持充分层流并且在CFV 10的整个操作范围上实现所需的设定点准确度。通过控制有效的孔口面积而同时实现阻流，CFV 10可操作以实现合乎需要的准确流动控制。因此，通过中心阀构件125的流量与有效面积相对应，因为中心阀构件125与孔口135同心。

[0145] 应当指出的是，尽管在优选实施例中，孔口135为方形面的孔口，在实际孔口135下游具有呈圆锥形发散的形状，本发明的方面可用于具有其它类型的阀或孔口的替代实施例中。例如，作为孔口135的方形面性质的替代，具有可属于或可不属于所要求保护的发明范围外的某些权衡，替代实施例可使用具有类似文丘里形状的喷嘴，其朝向喉部平滑地会聚，从而使得到孔口的入口平滑地会聚，而同时来自孔口的出口平滑地发散。同样，虽然在孔口135与出口70之间的流体通路的优选实施例被示出具有略微圆锥形的发散，其允许流动在孔口135下游优选地扩散，即，许多替代形状可被替代用于导向来自第二级30的排放，假定这些替代形状和所得到的流动特征能以特定方式管理从而仍使得能实现从本发明得到的某些益处。

[0146] 替代燃料用于这些目的的气态燃料表示燃料在标准操作温度和压力处于气态。在目前优选的实施例中，气态燃料为从液化天然气(LNG)或压缩天然气(CNG)储存状态得到的天然气。虽然最优选的实施例适用于这些燃料，在替代实施例中本发明用于其它燃料的适应对于本领域技术人员将显然。这样的替代实施例例如适用于氢气或其它气态燃料，诸如丙烷、丁烷或其它气体混合物，包括与液化石油气(LPG)混合物共同的那些。实际上，尽管本发明关注于优选实施例适用的特定领域，本发明的某些方面也可发现能创造性地用于其它领域。

[0147] 一般替代物虽然前文的描述和附图应使得能实现本领域技术人员做出和使用目前认为是本发明的最佳实施方式的实施例，它们在所有方面应被认为是说明性的而不是限制性方式。本领域普通技术人员将了解到和意识到存在无数种修改、变化、变型、组合、重新布置、代替、替代物、设计选择和等效物(“替代物”)，其中的大部分(若非全部)可在不偏离本发明的精神和范围的情况下做出。

[0148] 因此，本发明并不受到所描述的实施例和示例所限制，而是涵盖了在所要求保护的本发明的范围和精神内的所有可能实施例，因为权利要求可在相关诉讼的过程中修订，替换或另外修改。任何当前、修订或添加的权利要求应被理解为涵盖对于本领域技术人员显然的，无论是目前已知还是后来发现的所有另外的修改、变化、重新布置、代替、替代物、设计选择和实施例。在任何情况下，所有等效物应被认为在本发明的范围内，除非在诉讼期间明确地表示弃权或者到根据现有技术保留特定权利要求的有效性所必需的程度。

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用于较大动态动力范围的高度准确的连续流动汽化燃料供应